1、第一章第一章 緒論緒論第一節第一節 測試技術概況測試技術概況學習要求學習要求掌握測試技術的概念掌握測試技術的概念了解測試技術的應用情況了解測試技術的應用情況 了解測試技術的發展動態了解測試技術的發展動態 一、測試和測量系統一、測試和測量系統測試技術：是測量和試驗技術的統稱。實驗：是機械工程基礎研究、產品設計和研發的重要環節。丈量：不僅各類工程試驗需要測量，機器和生產過程的運行監測、控制和故障診斷也需要在線測量。本課程重點是測量技術和儀器本課程重點是測量技術和儀器Measurement and InstrumentationMeasurement and Instrumentation一、測試和

2、測量系統一、測試和測量系統o 試車試車一、測試和測量系統一、測試和測量系統o 航天發動機試車航天發動機試車一、測試和測量系統一、測試和測量系統o 汽車撞擊試驗汽車撞擊試驗一、測試和測量系統一、測試和測量系統 工程測量分為：工程測量分為： 靜態測量靜態測量: :是指對不隨時間變化的物理是指對不隨時間變化的物理量的測量。如加工零件的尺寸測量量的測量。如加工零件的尺寸測量 動態測量動態測量: :是指對隨時間變化的物理量是指對隨時間變化的物理量的測量的測量一、測試和測量系統一、測試和測量系統測量的作用：測量的作用：獲得定量的試驗結果獲得定量的試驗結果可用于過程參數監視、故障診斷可用于過程參數監視、故障

3、診斷作為控制系統的控制、反饋變量。作為控制系統的控制、反饋變量。測量的作用測量的作用o 例：例：20192019年年1212月月“阿特蘭蒂斯號航天飛阿特蘭蒂斯號航天飛機的推遲發射機的推遲發射測量的作用測量的作用o 例：例：20192019年年2 2月月B-2B-2隱形轟炸機墜毀隱形轟炸機墜毀測試技術測試技術測量系統測量系統?；；鵛波段雷達波段雷達測試技術測試技術測量系統組成測量系統組成敏感敏感元件元件轉換轉換元件元件調理調理電路電路顯示顯示接口接口（數字化）（數字化）計算機或含微處理計算機或含微處理器的儀器、控制器等）器的儀器、控制器等）傳感器傳感器電信電信號號放大、濾波、放大、濾波、調制解

4、調調制解調模模/數轉換數轉換二、測試技術的發展概況二、測試技術的發展概況新原理新技術在測試技新原理新技術在測試技術中的應用術中的應用聲發射是材料受外力或聲發射是材料受外力或內力作用而產生變形斷內力作用而產生變形斷裂時，以彈性波的形式裂時，以彈性波的形式釋放能量的現象。釋放能量的現象。 測量刀具的磨損情測量刀具的磨損情況況二、測試技術的發展概況二、測試技術的發展概況 雷達測速：多普勒效應二、測試技術的發展概況二、測試技術的發展概況 專?！靶岜ㄎ锏纳飩鞲衅餍岜ㄎ锏纳飩鞲衅鞫?、測試技術的發展概況二、測試技術的發展概況新型傳感器的出現新型傳感器的出現光電鼠標：發光二極管發光電鼠標：發光二極管發

5、出的光線從光電鼠標底部出的光線從光電鼠標底部表面反射回來，傳輸到一表面反射回來，傳輸到一個微成像器內成像。鼠標個微成像器內成像。鼠標移動軌跡會被記錄為一組移動軌跡會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像，用高速拍攝的連貫圖像，用圖像分析芯片對圖像進行圖像分析芯片對圖像進行分析處理，來判斷鼠標的分析處理，來判斷鼠標的移動方向和移動距離。移動方向和移動距離。二、測試技術的發展概況二、測試技術的發展概況計算機測試系統與虛擬儀器的應用計算機測試系統與虛擬儀器的應用用用PCPC機儀器板卡機儀器板卡 代替傳統儀器代替傳統儀器用計算機軟件用計算機軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路三、要求掌握的基本知識三、要求掌

6、握的基本知識掌握信號的時域和頻域分析的基本方法掌握信號的時域和頻域分析的基本方法和原理。和原理。時間時間幅值幅值頻率頻率時域分析時域分析頻域分析頻域分析三、要求掌握的基本知識三、要求掌握的基本知識掌握測試裝置的靜態和動態特性及不失掌握測試裝置的靜態和動態特性及不失真測試條件，并能正確地運用于測試裝真測試條件，并能正確地運用于測試裝置的分析和選擇。置的分析和選擇。三、要求掌握的基本知識三、要求掌握的基本知識掌握常用傳感器和中間變換電路、記錄掌握常用傳感器和中間變換電路、記錄儀器的工作原理。儀器的工作原理。第一章第一章 緒論緒論第二節第二節 測量的基礎知識測量的基礎知識學習要求學習要求掌握測量結果

7、的表達方式掌握測量結果的表達方式掌握準確度等級和引用誤差的關系掌握準確度等級和引用誤差的關系了解量與量綱的概念了解量與量綱的概念 了解測量誤差的定義和分類了解測量誤差的定義和分類 第二節第二節 測量的基礎知識測量的基礎知識 測量結果具普遍意義需具備得條件：測量結果具普遍意義需具備得條件： 測量的過程是被測量的量與標準或相對標準的比較過程測量的過程是被測量的量與標準或相對標準的比較過程。 進行比較的測量系統必須進行定期檢查、標定。進行比較的測量系統必須進行定期檢查、標定。第二節第二節 測量的基礎知識測量的基礎知識一、量與量綱一、量與量綱 量值量值 由量的大小和單位兩部分組成由量的大小和單位兩部分

8、組成的。它被用來定量地表達被測對象相的。它被用來定量地表達被測對象相應屬性的大小，如應屬性的大小，如3.4m3.4m、15kg15kg、4040等等基本量和導出量基本量和導出量 在量制中，約定地認為基本量是相互在量制中，約定地認為基本量是相互獨立的量，而導出量則是由基本量按獨立的量，而導出量則是由基本量按一定函數關系來定義的。一定函數關系來定義的。一、量與量綱一、量與量綱基本量：長度、質量、時間、溫度、電流、發基本量：長度、質量、時間、溫度、電流、發光強度和物質的量光強度和物質的量量綱和量的單位量綱和量的單位 量綱：將一個物理導出量用若干個基本量的量綱：將一個物理導出量用若干個基本量的乘方之積

9、表示出來的表達式，稱為該物理量的乘方之積表示出來的表達式，稱為該物理量的量綱式，簡稱量綱。量綱式，簡稱量綱。 速度：速度：v = ds/dt量綱：長度量綱：長度*時間時間(-1)二、法定計量單位二、法定計量單位基本單位：七個基本量的單位分別是長度基本單位：七個基本量的單位分別是長度米米(m)(m)、質量、質量千克千克(kg)(kg)、時間、時間秒秒(s)(s)、溫度溫度開爾文開爾文(K)(K)、電流、電流安培安培(A)(A)、發光、發光強度強度坎德拉坎德拉(cd)(cd)、物質的量、物質的量摩爾摩爾(Mol)(Mol)。 導出單位：按物理量之間的關系，由基本單位導出單位：按物理量之間的關系，由

10、基本單位和輔助單位以相乘或相除的形式所構成的單位和輔助單位以相乘或相除的形式所構成的單位 輔助單位：指未歸入基本單位或導出單位如弧輔助單位：指未歸入基本單位或導出單位如弧度度(rad)(rad)和和 球面度球面度(sr) (sr) 有關有關 米米 的定義的歷史變遷的定義的歷史變遷o 17911791年法國決定采用通過巴黎年法國決定采用通過巴黎的地球子午線的四分之一的千的地球子午線的四分之一的千萬分之一為長度單位。萬分之一為長度單位。三、丈量、計量、測試三、丈量、計量、測試丈量：以確定被測對象的量值為目的而丈量：以確定被測對象的量值為目的而進行的實驗過程進行的實驗過程 。測量四要素：被測對。測量

11、四要素：被測對象、計量單位、測量方法和測量誤差象、計量單位、測量方法和測量誤差 測試：具有試驗性質的測量，或測量和測試：具有試驗性質的測量，或測量和試驗的綜合試驗的綜合計量：是指以技術和法制手段保證量值計量：是指以技術和法制手段保證量值準確可靠、單位統一的測量。準確可靠、單位統一的測量。四、術語四、術語準確度等級：在正常的使用條件下準確度等級：在正常的使用條件下, ,儀儀表測量結果的準確程度。引用誤差越小表測量結果的準確程度。引用誤差越小, ,儀表的準確度等級越高。一般工業用表儀表的準確度等級越高。一般工業用表為為0.5-40.5-4級級. .精度數字越小說明儀表精確精度數字越小說明儀表精確度

12、越高。度越高。四、術語四、術語標稱范圍：測量器具標尺標稱范圍：測量器具標尺范圍所對應的被測量的示范圍所對應的被測量的示值范圍。如值范圍。如-2020-2020量程：標稱范圍的上下限量程：標稱范圍的上下限之差的模。之差的模。漂移：測量器具的計量特漂移：測量器具的計量特性隨時間變化的特性性隨時間變化的特性五、測量誤差五、測量誤差定義定義: :測量結果與被測量真值之差，即：測量結果與被測量真值之差，即： 測量誤差測量誤差= =測量結果測量結果真值。真值。真值真值x0 x0 ：是一個理想的概念，是不可能：是一個理想的概念，是不可能被最終確定的。被最終確定的。約定真值：充分接近于真值。約定真值：充分接近

13、于真值。五、測量誤差五、測量誤差誤差的分類誤差的分類系統誤差：特點是測量結果向一個方向系統誤差：特點是測量結果向一個方向偏離偏離, ,其數值按一定規律變化其數值按一定規律變化, ,具有重復具有重復性、單向性。性、單向性。隨機誤差隨機誤差: :在相同條件下，對同一物理量在相同條件下，對同一物理量進行多次測量，由于各種偶然因素，會進行多次測量，由于各種偶然因素，會出現測量值時而偏大，時而偏小的誤差出現測量值時而偏大，時而偏小的誤差. .粗大誤差粗大誤差: :明顯超出規定條件下預期誤差明顯超出規定條件下預期誤差范圍的誤差范圍的誤差. .五、測量誤差五、測量誤差誤差的表示方法誤差的表示方法絕對誤差：按

14、定義式表示的誤差，有單絕對誤差：按定義式表示的誤差，有單位位相對誤差相對誤差= =誤差真值，無量綱，用誤差真值，無量綱，用% %或或表示。當誤差值較小時：相對誤差表示。當誤差值較小時：相對誤差誤差測量結果誤差測量結果分貝誤差：單位為分貝誤差：單位為dB dB 分貝誤差分貝誤差=20=20lg(lg(測量結果真值測量結果真值) )五、測量誤差五、測量誤差 引用誤差：計量器具的絕對誤差與引用值之比。引用值是指計量器具的標稱范圍的最高值或量程。例：溫度計標稱范圍為-20 50，量程為 70 ，引用值為70 例：示值范圍為0-150V的電壓表，當其示值為100.0V時，測得電壓實際值為99.4V ，則

15、該電壓表的引用誤差為：%100%150.49100.04 . 09 o 準確度等級：準確度等級：1.01.0級級o 電壓表的引用誤差電壓表的引用誤差:1%:1%o 引用值引用值/ /量程：量程：9999kwh9999kwho 絕對誤差：絕對誤差：99.99kwh 99.99kwh 五、測量誤差五、測量誤差六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式基礎知識基礎知識從誤差定義出發，每次測量就有一個誤從誤差定義出發，每次測量就有一個誤差值差值誤差中包含偶然誤差，誤差的統計特性誤差中包含偶然誤差，誤差的統計特性要通過多次乃至無限次重復測量才能獲要通過多次乃至無限次重復測量才能獲得得測量數據是總體中的

16、一個樣本。測量數據是總體中的一個樣本。六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式o 概率統計學的概念o 均值o 測量序列樣本的標準偏差o 總體標準偏差nxxnii1) 1()(12nnxxnsniix1)(12nxxsnii六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式o測量結果的表達方式o極限誤差表達方法o置信區間表達方法o不確定度表達方法max xXxxXxtxX六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式測量結果的擴展不確定度表達式：測量結果的擴展不確定度表達式： u u為置信因子為置信因子在自然界與生產中，一些現象受到許多在自然界與生產中，一些現象受到許多相互獨立的隨機因素的影響，如果每個相互獨立的隨機因素的影響，如果每個因素所產生的影響都很微小時，總的影因素所產生的影響都很微小時，總的影響可以看作是服從正態分布的。測量結響可以看作是服從正態分布的。測量結果的常用表達式：果的常用表達式： xuxXxxX3六、測量結果的表達方式六、測量結果的表達方式例：測量5個樣品的拉斷力F分別為7890N、8130N、8180N、8200N和8020N，要求置信概率為0.90