传感与测试技术-绪论.ppt

第一章 绪论,第一节 测试技术概况 学习要求 掌握测试技术的概念 了解测试技术的应用情况 了解测试技术的发展动态,一、测试和测量系统,测试技术：是测量和试验技术的统称。 试验：是机械工程基础研究、产品设计和研发的重要环节。 测量：不仅各类工程试验需要测量，机器和生产过程的运行监测、控制和故障诊断也需要在线测量。,本课程重点是测量技术和仪器,Measurement and Instrumentation,一、测试和测量系统,试车,一、测试和测量系统,航天发动机试车,一、测试和测量系统,汽车撞击试验,一、测试和测量系统,工程测量分为： 静态测量:是指对不随时间变化的物理量的测量。如加工零件的尺寸测量 动态测量:是指对随时间变化的物理量的测量,一、测试和测量系统,测量的作用： 获得定量的试验结果 可用于过程参数监视、故障诊断 作为控制系统的控制、反馈变量。,测量的作用,例：2007年12月“阿特兰蒂斯号”航天飞机的推迟发射,测量的作用,例：2008年2月B-2隐形轰炸机坠毁,测试技术,测量系统,海基X波段雷达,测试技术,测量系统组成,传感器,电信 号,放大、滤波、 调制解调,模/数转换,二、测试技术的发展概况,新原理新技术在测试技术中的应用 声发射是材料受外力或内力作用而产生变形断裂时，以弹性波的形式释放能量的现象。 测量刀具的磨损情况,二、测试技术的发展概况,雷达测速：多普勒效应,二、测试技术的发展概况,专“嗅”爆炸物的生物传感器,二、测试技术的发展概况,新型传感器的出现 光电鼠标：发光二极管发出的光线从光电鼠标底部表面反射回来，传输到一个微成像器内成像。鼠标移动轨迹会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，用图像分析芯片对图像进行分析处理，来判断鼠标的移动方向和移动距离。,二、测试技术的发展概况,计算机测试系统与虚拟仪器的应用 用PC机仪器板卡 代替传统仪器 用计算机软件 代替硬件分析电路,三、要求掌握的基本知识,掌握信号的时域和频域分析的基本方法和原理。,三、要求掌握的基本知识,掌握测试装置的静态和动态特性及不失真测试条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。,三、要求掌握的基本知识,掌握常用传感器和中间变换电路、记录仪器的工作原理。,第一章 绪论,第二节 测量的基础知识 学习要求 掌握测量结果的表达方式 掌握准确度等级和引用误差的关系 了解量与量纲的概念 了解测量误差的定义和分类,第二节 测量的基础知识,测量结果具普遍意义需具备得条件： 测量的过程是被测量的量与标准或相对标准的比较过程。 进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定。,第二节 测量的基础知识,一、量与量纲 量值 由量的大小和单位两部分组成的。它被用来定量地表达被测对象相应属性的大小，如3.4m、15kg、40等 基本量和导出量 在量制中，约定地认为基本量是相互独立的量，而导出量则是由基本量按一定函数关系来定义的。,一、量与量纲,基本量：长度、质量、时间、温度、电流、发光强度和物质的量 量纲和量的单位 量纲：将一个物理导出量用若干个基本量的乘方之积表示出来的表达式，称为该物理量的量纲式，简称量纲。,速度：v = ds/dt,量纲：长度*时间(-1),二、法定计量单位,基本单位：七个基本量的单位分别是长度米(m)、质量千克(kg)、时间秒(s)、温度开尔文(K)、电流安培(A)、发光强度坎德拉(cd)、物质的量摩尔(Mol)。 导出单位：按物理量之间的关系，由基本单位和辅助单位以相乘或相除的形式所构成的单位 辅助单位：指未归入基本单位或导出单位如弧度(rad)和 球面度(sr),有关“米“的定义的历史变迁,1791年法国决定采用通过巴黎的地球子午线的四分之一的千万分之一为长度单位。,三、测量、计量、测试,测量：以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程 。测量四要素：被测对象、计量单位、测量方法和测量误差 测试：具有试验性质的测量，或测量和试验的综合 计量：是指以技术和法制手段保证量值准确可靠、单位统一的测量。,四、术语,准确度等级：在正常的使用条件下,仪表测量结果的准确程度。引用误差越小,仪表的准确度等级越高。一般工业用表为0.5-4级.精度数字越小说明仪表精确度越高。,四、术语,标称范围：测量器具标尺范围所对应的被测量的示值范围。如-2020 量程：标称范围的上下限之差的模。 漂移：测量器具的计量特性随时间变化的特性,五、测量误差,定义:测量结果与被测量真值之差，即： 测量误差=测量结果真值。 真值x0 ：是一个理想的概念，是不可能被最终确定的。 约定真值：充分接近于真值。,五、测量误差,误差的分类 系统误差：特点是测量结果向一个方向偏离,其数值按一定规律变化,具有重复性、单向性。 随机误差:在相同条件下，对同一物理量进行多次测量，由于各种偶然因素，会出现测量值时而偏大，时而偏小的误差. 粗大误差:明显超出规定条件下预期误差范围的误差.,五、测量误差,误差的表示方法 绝对误差：按定义式表示的误差，有单位 相对误差=误差真值，无量纲，用%或表示。当误差值较小时：相对误差误差测量结果 分贝误差：单位为dB 分贝误差=20lg(测量结果真值),五、测量误差,引用误差：计量器具的绝对误差与引用值之比。引用值是指计量器具的标称范围的最高值或量程。例：温度计标称范围为-20 50，量程为 70 ，引用值为70 例：示值范围为0-150V的电压表，当其示值为100.0V时，测得电压实际值为99.4V ，则该电压表的引用误差为：,多数电工、热工仪表采用允许引用误差作为准确度级别的代号。如例子中的电压表为0.4级,准确度等级：1.0级 电压表的引用误差:1% 引用值/量程：9999kwh 绝对误差：99.99kwh,五、测量误差,六、测量结果的表达方式,基础知识 从误差定义出发，每次测量就有一个误差值 误差中包含偶然误差，误差的统计特性要通过多次乃至无限次重复测量才能获得 测量数据是总体中的一个样本。,六、测量结果的表达方式,概率统计学的概念 均值 测量序列（样本）的标准偏差 总体标准偏差,六、测量结果的表达方式,测量结果的表达方式 极限误差表达方法 置信区间表达方法 不确定度表达方法,六、测量结果的表达方式,六、测量结果的表达方式,测量结果的扩展不确定度表达式： u为置信因子 在自然界与生产中，一些现象受到许多相互独立的随机因素的影响，如果每个因素所产生的影响都很微小时，总的影响可以看作是服从正态分布的。测量结果的常用表达式：,六、测量结果的表达方式,例：测量5个样品的拉断力F分别为7890N、8130N、8180N、8200N和8020N，要求置信概率为0.90