测试技术基础电子教案——第一章 绪论

1、1.1 测试的含义测试的含义1.2 测试技术在机械工程中的作用测试技术在机械工程中的作用1.3 测试方法分类与电测法测试系统测试方法分类与电测法测试系统1.4 课程的性质和任务课程的性质和任务 1.5 测试技术的发展动向测试技术的发展动向 1.6 小结小结l测试是人们认识客观事物的方法。测试技术泛测试是人们认识客观事物的方法。测试技术泛指指测量测量和和试验试验两个方面的技术。两个方面的技术。l测量的过程或行为就是进行一个被测量与一个测量的过程或行为就是进行一个被测量与一个预定标准之间的定量的比较，从而获得被测对预定标准之间的定量的比较，从而获得被测对象的数值结果。被测量表示被观察和被量化的象的

2、数值结果。被测量表示被观察和被量化的特定物理参数，这个物理参数称为测量过程的特定物理参数，这个物理参数称为测量过程的输入量。输入量。 1.1 测试的含义测试的含义 l例一、确定某人的身高例一、确定某人的身高l 通常采用标准长度的米尺通常采用标准长度的米尺(一个预定标准一个预定标准)对其进行测量，通过被测量与预定标准之间对其进行测量，通过被测量与预定标准之间的定量比较，从而得到此人实际的身高的定量比较，从而得到此人实际的身高(被测被测对象的数值结果对象的数值结果)。 比较的标准比较的标准必须与被测量具有相同的特征，这必须与被测量具有相同的特征，这些标准通常是被法定的或被承认的机构或组织些标准通常

3、是被法定的或被承认的机构或组织规定和确认，如国际标准化组织规定和确认，如国际标准化组织(ISO)或中国国或中国国家标准化管理委员会家标准化管理委员会(SAC)。如图。如图1.1所示，所示，“米米”便是一个明确规定的长度标准。便是一个明确规定的长度标准。机械测量的范畴中除了机械测量的范畴中除了长度、质量、时间长度、质量、时间等基等基本量之外，还包括本量之外，还包括温度、应变，以及有关液流、温度、应变，以及有关液流、声学和运动声学和运动(如位移、速度、加速度如位移、速度、加速度)有关的参数有关的参数等。等。例二、汽车乘坐舒适性的台架试验例二、汽车乘坐舒适性的台架试验 综上所述，可以得到测试的基本特

4、征如下：综上所述，可以得到测试的基本特征如下： 测量的特征：比较测量的特征：比较 测量可分为：直接测量及间接测量测量可分为：直接测量及间接测量 直接测量：可分为直接比较、间接比较直接测量：可分为直接比较、间接比较 直接测量和间接测量的差异或区别直接测量和间接测量的差异或区别测试技术测试技术是信息技术的重要组成部分，它所是信息技术的重要组成部分，它所研究的内容是研究的内容是信息信息的的提取与处理提取与处理的理论、方的理论、方法和技术。法和技术。具体来说，具体来说，测试技术测试技术的研究内容包括：的研究内容包括：l发现与各种信息相对应的信号表现形式，以及发现与各种信息相对应的信号表现形式，以及信息

5、、信号之间的定性、定量关系，以开辟新的信息、信号之间的定性、定量关系，以开辟新的测试技术领域；测试技术领域；l在不同环境下寻求最佳的信号拾取、变换、处在不同环境下寻求最佳的信号拾取、变换、处理、存贮、传输、指示、记录等方法、手段与设理、存贮、传输、指示、记录等方法、手段与设备。备。l信息：信息： l 事物运动的状态和方式。不是物质，不具事物运动的状态和方式。不是物质，不具有能量，却是物质所固有的，是其客观存在或运有能量，却是物质所固有的，是其客观存在或运动状态的特征。信息的传输却依靠物质和能量。动状态的特征。信息的传输却依靠物质和能量。 如：天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李如：天气较冷、

6、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。四病了。l信号信号(信息的表现形式信息的表现形式):l 具有能量，是某种具体的物理量。信号的具有能量，是某种具体的物理量。信号的变化则反映了所携带的信息的变化。变化则反映了所携带的信息的变化。 如：刀具磨损，切削力会加大；李四病了，可能如：刀具磨损，切削力会加大；李四病了，可能会发烧；等等。会发烧；等等。信息的提取信息的提取 信息的提取是指从自然界中、社会中、生产过程信息的提取是指从自然界中、社会中、生产过程中或科学实验中获取人们需要的信息。中或科学实验中获取人们需要的信息。 信息的处理信息的处理 信息处理是指人们把已经获得到的信息进行加工、信息处理是指人们

7、把已经获得到的信息进行加工、运算、分析或综合，以便进行预报、报警、检测、运算、分析或综合，以便进行预报、报警、检测、计量、保护、控制、调度和管理等等，以期达到预计量、保护、控制、调度和管理等等，以期达到预防自然灾害、预报事故、提高劳动生产率、正确计防自然灾害、预报事故、提高劳动生产率、正确计量、改善产品质量、顺利进行科学实验、进行文明量、改善产品质量、顺利进行科学实验、进行文明生产和科学管理等目的。生产和科学管理等目的。1.2 测试技术在机械工程中的作用测试技术在机械工程中的作用 | 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监在工程领域，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。

8、测试技术督、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。等每一个工程领域。 1. 测试技术应用于产品中，提高了产品的测试技术应用于产品中，提高了产品的自动化程度及其功能，从而提高了经济自动化程度及其功能，从而提高了经济效益。效益。如机电一体化产品就是明显的例如机电一体化产品就是明显的例子子(如冰箱、洗衣机等如冰箱、洗衣机等)；2. 工业生产中，通过应用自动检测系统，工业生产中，通过应用自动检测系统，有利于提高劳动生产率，从而提高经济有利于提高劳动生产率，从而提高经济效益效益（自动控制系统中）（自动控

9、制系统中）；3. 采用采用自动检测系统自动检测系统进行实时进行实时测量测量及分析产及分析产品性能，采用自动控制系统对产品加工过品性能，采用自动控制系统对产品加工过程进行实时控制，是提高产品质量的现代程进行实时控制，是提高产品质量的现代化方法；化方法；4. 国民经济中的任何一个部门在使用微型计国民经济中的任何一个部门在使用微型计算机正确及时地处理获得的各种信息，信算机正确及时地处理获得的各种信息，信息的转换必须由息的转换必须由检测系统检测系统来完成；来完成；5. 没有没有测试技术测试技术就不可能有自动保护、自就不可能有自动保护、自动报警和自动诊断系统，就不能组成自动动报警和自动诊断系统，就不能组

10、成自动控制系统，就不能实现自动计量和自动管控制系统，就不能实现自动计量和自动管理。理。1.3 测试方法分类与电测法测试系统测试方法分类与电测法测试系统 1 直接测直接测量量 无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量。得到被测量值的测量为直接测量。 例： 天平测物体质量天平测物体质量 用米尺测量物体长度用米尺测量物体长度 测量导体的电阻测量导体的电阻 利用仪器仪表利用仪器仪表统称之为测量系统统称之为测量系统把原始把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系（通常是线性关系）的

11、另一种物理量的变化，关系（通常是线性关系）的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接受的形式（通常是位置的变并以人的感官所能接受的形式（通常是位置的变化），在测量系统的输出端显示出来。化），在测量系统的输出端显示出来。 2 间接比较间接比较 例： 水银温度计测体温水银温度计测体温 弹簧测物体的重量弹簧测物体的重量图图1.3 间接比较测量法间接比较测量法 如果测试时信号不随时间变化，或随时如果测试时信号不随时间变化，或随时间变化非常缓慢以至于可以忽略，则称这种间变化非常缓慢以至于可以忽略，则称这种测试是测试是静态测试静态测试。 如果所测试的信号变化较快，称这种如果所测试的信号变化较快，称这种测试为

12、测试为动态测试动态测试。 在机械工程测试中，要测试的信号往往是在机械工程测试中，要测试的信号往往是机械量。从狭义的范围讲，机械量包括与运机械量。从狭义的范围讲，机械量包括与运动、力和温度有关的物理量，如位移、速度、动、力和温度有关的物理量，如位移、速度、加速度、外力、重量、力矩、功率、压力、加速度、外力、重量、力矩、功率、压力、流量、温度等。为了测试工作的方便，往往流量、温度等。为了测试工作的方便，往往需要把被测试的机械量信号转换成其他形式需要把被测试的机械量信号转换成其他形式的信号来处理。根据被测信号的转换方式，的信号来处理。根据被测信号的转换方式，又可以把测试分成机械测量法、光测量法、又可

13、以把测试分成机械测量法、光测量法、气测量法、液测量法和电测量法等。气测量法、液测量法和电测量法等。 如图如图1.4所示，所示，钢板的厚度通过齿轮齿条机构转变成机械指钢板的厚度通过齿轮齿条机构转变成机械指针的角位移，指针的位移仍为机械量，因此属于机械测量针的角位移，指针的位移仍为机械量，因此属于机械测量法。法。 光栅技术、激光测量技术和红外测量技术等都属于光测法。光栅技术、激光测量技术和红外测量技术等都属于光测法。图图 1.5 所示所示的表面粗糙度的测量属于光测法。光测法的特点是的表面粗糙度的测量属于光测法。光测法的特点是精度高、稳定性好，但对环境条件要求高。精度高、稳定性好，但对环境条件要求高

14、。 图图 1.6 所示所示是气动比较仪的工作原理图。中间压力是气动比较仪的工作原理图。中间压力Pi取决于取决于气源压力气源压力PS以及喷孔以及喷孔O1和和O2之间的压降。喷孔之间的压降。喷孔O2的有效尺寸的有效尺寸随距离随距离d 而变化。当而变化。当d变化时，压力变化时，压力Pi也会发生变化，这一变化也会发生变化，这一变化可以用于尺寸可以用于尺寸d的测量。的测量。 p：气测量法气测量法、液测量法液测量法对环境对环境条件要求不高，条件要求不高，但由于其可压缩但由于其可压缩性和响应较迟缓，性和响应较迟缓，只适宜做静态测只适宜做静态测试。试。 目前，机械工程中最普遍使用的测量方法目前，机械工程中最普

15、遍使用的测量方法是非电量电测法是非电量电测法。这种测量方法。这种测量方法精度高精度高、灵敏灵敏度高度高，特别适于动态测试。电测法可以将不同，特别适于动态测试。电测法可以将不同的被测机械量信号转换成相同的的被测机械量信号转换成相同的电信号电信号，便于，便于用统一的后继仪器进行处理和计算机分析。同用统一的后继仪器进行处理和计算机分析。同时，利用电测法还便于进行远距离时，利用电测法还便于进行远距离测量测量和和控制控制，甚至可以进行无线遥控测量。甚至可以进行无线遥控测量。 ，电测法电测法是现代测试技术发展的特点是现代测试技术发展的特点之一。本课程重点讲述动态测试中的之一。本课程重点讲述动态测试中的非电

16、量非电量电测法。电测法。 l 电量电量及及非电量非电量 在科学实验中及生产制造过程中，研究在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的对象是多种多样的，因此，物理与观测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可大致分量也是多种多样的，这些物理量可大致分为两大类，即为两大类，即电量电量与与非电量非电量。电电 量：量：电流电流I、电压、电压V、电荷、电荷Q、电功率、电功率W、电路参数电路参数R 、L、C和电信号频率和电信号频率f 等等；等等；非电量：非电量：除电量以外的一切物理量，如高除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压力、温度等。度、速度、重量、压力、温度等。 1-1 从古人的角度分析古代烽火也就是从古人的角度分析古代烽火也就是“狼烟狼烟”信号包含