工程测试第一章概述.ppt

1,机械工程测试技术基础,主讲教师：李 智,第一章 概 论,2,课程内容：,本课程主要介绍机械工程领域中常见物理量(位移、加速度、应变、力、压力、温度等）的传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法。,第一章 概 论,3,本章学习要求： 1.掌握测试技术的概念及研究内容 2.了解测试技术的应用情况 3.了解测试技术的发展动态 4.掌握测量误差的概念,第一章 概 论,第一章 概 论,4,为确定被测对象量值(Value)而进行的实验过程,对未知事物的探索性认识过程(Process)，是一个动态过程而非静止,Measurement & Test, 测试定义: 是具有试验 性质的测量或者说测量和试验的结合,第一章 概 论, 测量、 计量和测试是三个含义相近的术语。 测量确定被测对象量值的实验过程。 计量单位统一和量值准确的测量一般称为计量。,测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。,5,第一节 测试的意义,1.测试是人们认识客观世界的手段之一,是科学研究的基本方法 人们在生产实践和科学研究中常用的方法有两种：理论分析 和实验测量。而理论分析是建立在实验测量的基础之上的。 测试是人类认识自然、掌握自然规律的实践途径之一，是科 学研究中获得感性材料、接受自然信息的途径，是形成、发 展和检验科学理论的实践基础。,第一章 概 论,测试的意义： 测试属于信息科学范畴，是信息技术三大支柱（测试控制技术、计算机技术、通信技术）之一，因而被称为信息探测工程学。,具体体现：,6,测试技术广泛应用于科学研究、 工农业生产、 国防军事、医疗卫生 、环境保护和日常生活等各个方面。使用先进的测试技术是经济高度发达和科技现代化的重要标志之一。,第一章 概 论,4. 在产品开发、质量控制和生产管理等方面离不开测试技术。,3.对设备正常运行时的某些参数如震动 噪声等进行监测,保证设备的安全与经济运行。,2.在闭环自动控制中,检测被控对象状态参数的环节是必不可少的。,7, 测试技术的工程应用,在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。,第一章 概 论,8,1) 机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。,第一章 概 论,9,第一章 概 论,10,3) 生产加工过程监测,切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。,第一章 概 论,11,2、流程工业设备运行状态监控,在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。,第一章 概 论,12,3、产品质量测量,在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。,图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。,汽车扭距测量,机床加工精度测量,第一章 概 论,13,4 楼宇控制与安全防护,为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。,图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。,第一章 概 论,14,5、家庭与办公自动化,在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。,全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。,指纹传感器,透光率传感器,第一章 概 论,15,鼠标:光电位移传感器,摄象头:CCD传感器,声位笔:超声波传感器,麦克风:电容传声器,声卡:A/D卡 + D/A卡,软驱:速度,位置伺服,6、PC机中的测试技术应用,第一章 概 论,16,7、其他应用,航天,交通,医学,航空,第一章 概 论,17,农业,海洋监测,18,第二节 测试方法和测试系统的组成, 测量过程是把被测量与同性质的标准量进行比较，从而获得被测量是标准量的若干倍的数量概念。 例如，1）直接测量：天平称重。2）大多数情况下，无法将被测量直接与同性质的标准量进行比较，需要使用传感器进行某种变换。,玻璃管温度计, 传感器是将被测量按一定规律转换成便于应用的某种物理量的装置。, 常见的机械参数： 力学参数：拉力 荷重 压力 应力 扭矩等。 运动参数：位移 速度 加速度等。 还有振动参数以及温度 湿度 流体的流量等。,第一章 概 论,19, 在现代测试系统中，愈来愈多的利用传感器把被 测非电量变换为电量，然后进行测量，称为非电量电 测法。由于电量更便于传输转换处理和显示，非 电量电测法获得了广泛地应用。,第一章 概 论,非电量电测法有以下优点： 1能连续测量，自动记录。便于通过反馈去自动控制和调整生产过程。,2通过电量放大器很容易将被测量放大很多倍，可测极其微小的量。,3既可测静态量也可测动态量，而且可测瞬态量。,4可以有线或无线实现远距离遥测。,5可利用计算机进行自动测试以及分析和处理测试数据。,20,一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。,传感器将被测物理量 检出并转换为电量，中间变换装置(包括信号调理和信号处理电路）对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,信息转换,信息提取,第一章 概 论, 信号是信息的载体，信息总是蕴涵在某些信号之中。, 被测对象是否需要激励。,21,第三节 测试技术的发展,一、传感器技术的发展,1、物性型传感器大量涌现 利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器。,第一章 概 论,光纤流速传感器,荧光材料制作的电子鼻传感器,生物酶血样分析传感器,22,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,智能倾角RS232传感器,IC总线数字温度传感器,第一章 概 论,3、新型传感器的开发 光纤传感器、固体图像传感器、红外传感器、化学传感器和生物传感器等新型传感器不断出现和发展。气体传感器、湿度传感器和离子传感器等传感器的应用日益广泛。,23,我们的工作,二、计算机测试技术的发展,第一章 概 论,24,25,第四节 测量误差的概念,1真值 真值即真实值，是指在一定条件下，被测量客观存在的实际值。真值通常是未知的。一般所说的真值是指理论真值、约定真值和相对真值。,第一章 概 论,测量过程中，由于测量装置存在缺陷，测量方法不够完善，环境中存在各种干扰因素以及测量者本身技术水平的限制等原因，必然使测得值与真实值之间存在一定的差值，这个差值称为测量误差。 测量产生误差是不可避免的，任何测得值都只能近似地反映被测量的真实，只有当测量误差已经知道或者已经指明测量误差的可能范围，测量结果才是有意义的。,26,1）理论真值 如平面三角形的内角和恒为180。,2）约定真值 国际上公认的某些基准量值。例如，1982年国际计量大会通过的米的定义为“米是光在真空中在1/299792458秒时间间隔内所行进的路程。” 这个米基准就当作计量长度的规定真值。,3）相对真值 在实际测量中常把高一精确度等级的计量仪器的测量值作为低一等级仪器测量值的真值。,27,2误差的表示方法,在实际测量过程中，测量误差的表示方法有多种，常用的有绝对误差、相对误差和引用误差。,2）相对误差 相对误差是被测量的绝对误差与其真值之比，一般用百分数表示，即,第一章 概 论,1）绝对误差 绝对误差是指测得值与被测量真值之差，即,式中绝对误差， x 测得值，x0 被测量真值,28,我国规定电工仪表精确度等级有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级。0.1级即表示引用误差是0.1%,其他类推。,3）引用误差 是指仪表示值的最大绝对误差与仪表 的测量上限值或量程之比。,3.误差的分类,按照误差的性质,可分为以下三类: 1）系