機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)(緒論)

1、第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識第一節(jié)第一節(jié) 測試技術(shù)概況測試技術(shù)概況測試技術(shù)是測量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱。測試技術(shù)是測量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱。靜態(tài)測量是指不隨時(shí)間變化的物理量的測量。靜態(tài)測量是指不隨時(shí)間變化的物理量的測量。動態(tài)測量是指隨時(shí)間變化的物理量的測量。動態(tài)測量是指隨時(shí)間變化的物理量的測量。第一節(jié)第一節(jié) 測試技術(shù)概況測試技術(shù)概況一、測試和測量系統(tǒng)一、測試和測量系統(tǒng)工程測量可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。工程測量可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。測量系統(tǒng)的用途一：測量系統(tǒng)的用途一：產(chǎn)品開發(fā)與工程試驗(yàn)產(chǎn)品開發(fā)與工程試驗(yàn)第一節(jié)第一節(jié) 測試技術(shù)概況測試技術(shù)概況一、測試和測量系統(tǒng)一、測試和測量系統(tǒng)圖0-1測量

2、系統(tǒng)的用途二l系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制測量系統(tǒng)的用途三l監(jiān)測與診斷監(jiān)測與診斷測量系統(tǒng)的一般構(gòu)成如圖0-2所示第一節(jié)第一節(jié) 測試技術(shù)概況測試技術(shù)概況一、測試和測量系統(tǒng)一、測試和測量系統(tǒng)圖0-21.新原理新技術(shù)在測試技術(shù)中的應(yīng)用新原理新技術(shù)在測試技術(shù)中的應(yīng)用3.計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 測試技術(shù)概況測試技術(shù)概況二、測試技術(shù)的發(fā)展概況二、測試技術(shù)的發(fā)展概況2.新型傳感器的出現(xiàn)新型傳感器的出現(xiàn)各種物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、微電子技術(shù)，甚至生物學(xué)原理在工程各種物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、微電子技術(shù)，甚至生物學(xué)原理在工程測量中得到廣泛應(yīng)用測量中得到廣泛應(yīng)用, 使得可測量的范圍在不

3、斷擴(kuò)大，測量精度使得可測量的范圍在不斷擴(kuò)大，測量精度和效率得到很大提高。和效率得到很大提高。 包括新型傳感器的出現(xiàn)、傳感器性能的提高包括新型傳感器的出現(xiàn)、傳感器性能的提高, 還包括功能的增還包括功能的增強(qiáng)、集成化程度的提高以及小型、微型化等。強(qiáng)、集成化程度的提高以及小型、微型化等。傳感器網(wǎng)絡(luò)及儀器總線技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)及儀器總線技術(shù)、Intemet網(wǎng)與遠(yuǎn)程測試、測試過網(wǎng)與遠(yuǎn)程測試、測試過程與儀器控制技術(shù)程與儀器控制技術(shù), 以及虛擬儀器及其編程語言等的發(fā)展都是以及虛擬儀器及其編程語言等的發(fā)展都是現(xiàn)代工程測試技術(shù)發(fā)展的重要方面?，F(xiàn)代工程測試技術(shù)發(fā)展的重要方面。測試技術(shù)是測量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱。本課程的

4、研究測試技術(shù)是測量和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱。本課程的研究對象是機(jī)械工程領(lǐng)域與設(shè)計(jì)有關(guān)的試驗(yàn)、控制和運(yùn)對象是機(jī)械工程領(lǐng)域與設(shè)計(jì)有關(guān)的試驗(yàn)、控制和運(yùn)行監(jiān)測中涉及到物理量及其他工程量的測量和測量行監(jiān)測中涉及到物理量及其他工程量的測量和測量裝置與系統(tǒng)的性能，包括物理量和其他工程量的測裝置與系統(tǒng)的性能，包括物理量和其他工程量的測量方法、測試中常用的傳感器、信號調(diào)理電路及記量方法、測試中常用的傳感器、信號調(diào)理電路及記錄、顯示儀器的工作原理，測量裝置基本特性的評錄、顯示儀器的工作原理，測量裝置基本特性的評價(jià)方法、測試信號的分析和處理。價(jià)方法、測試信號的分析和處理。第一節(jié)第一節(jié) 測試技術(shù)概況測試技術(shù)概況三、課程的主要

5、環(huán)節(jié)和本書概要三、課程的主要環(huán)節(jié)和本書概要第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識一、量與量綱一、量與量綱1.1.量值量值量值是用數(shù)值和計(jì)量單位的乘積來表示的。量值是用數(shù)值和計(jì)量單位的乘積來表示的。量值的數(shù)值就是被測量與計(jì)量單位之比值。量值的數(shù)值就是被測量與計(jì)量單位之比值。2.2.基本量和導(dǎo)出量基本量和導(dǎo)出量在國際單位（在國際單位（SI）制中，基本量約定為：長度、質(zhì)量、時(shí)）制中，基本量約定為：長度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度、電流、發(fā)光強(qiáng)度和物質(zhì)的量等七個(gè)量。他們間、溫度、電流、發(fā)光強(qiáng)度和物質(zhì)的量等七個(gè)量。他們的量綱分別為：的量綱分別為：L、M、T、I、N和和J表示。表示。3.3.量綱和量的單位量綱和

6、量的單位量綱代表一個(gè)實(shí)體的確定特征。量綱單位是該實(shí)體的量化量綱代表一個(gè)實(shí)體的確定特征。量綱單位是該實(shí)體的量化基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。1.基本單位基本單位第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識二、法定計(jì)量單位二、法定計(jì)量單位根據(jù)國際單位制（根據(jù)國際單位制（SI），七個(gè)基本量的單位分別是：長度），七個(gè)基本量的單位分別是：長度米（米（Metre）、質(zhì)量）、質(zhì)量千克（千克（Kilogram）、時(shí)間）、時(shí)間秒（秒（Second）、溫度）、溫度開爾溫（開爾溫（Kelvn）、電流）、電流安培（安培（Ampere）、發(fā)光強(qiáng)度）、發(fā)光強(qiáng)度坎德坎德拉（拉（Candela）、物質(zhì)的量）、物質(zhì)的量摩爾（摩爾（Mol）。）。2

7、.輔助單位輔助單位3.導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位在國際單位制中，平面角的單位在國際單位制中，平面角的單位弧度和立體角的單位弧度和立體角的單位球面度未球面度未歸入基本單位或?qū)С鰡挝唬Q之為輔助單位。歸入基本單位或?qū)С鰡挝唬Q之為輔助單位。在選定了基本單位和輔助單位之后，按物理量之間的關(guān)系，由基本單位在選定了基本單位和輔助單位之后，按物理量之間的關(guān)系，由基本單位和輔助單位以相乘或者相除所構(gòu)成的單位稱為導(dǎo)出單位。和輔助單位以相乘或者相除所構(gòu)成的單位稱為導(dǎo)出單位。球面度球面度l球面度球面度（steradian，符號：sr）是立體角的國際單位國際單位。它可算是三維三維的弧度。其英文英文字 是“立體”（ster

8、eos）和弧度（radian）的混合。l以r為半徑半徑的球的中心為頂點(diǎn)，展開的立體角所對應(yīng)的球面表面積為r*r，該立體角的大小就是球面度。 第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識三、測量、計(jì)量、測試三、測量、計(jì)量、測試測量測量（Measurement）是指以確定被測量對象的量值為目）是指以確定被測量對象的量值為目的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。如果測量涉及實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠則被稱為如果測量涉及實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠則被稱為計(jì)量計(jì)量。測試測試（Measurement and test）是指具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的測量，）是指具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的測量，或測量和試驗(yàn)的綜合?；驕y量和試驗(yàn)的綜合

9、。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識四、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)四、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn) 基準(zhǔn)是用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具。基準(zhǔn)是用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具。 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是指用于檢定工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是指用于檢定工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識五、量值的傳遞和計(jì)量器具檢定五、量值的傳遞和計(jì)量器具檢定通過對計(jì)量器具實(shí)施檢定或校準(zhǔn)，將國際基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)通過對計(jì)量器具實(shí)施檢定或校準(zhǔn)，將國際基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值經(jīng)過各級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具，以保量單位量值經(jīng)過各級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證被測對象量值的準(zhǔn)確和一致。證被測對象量值的準(zhǔn)確和一致。計(jì)

10、量器具檢定是指為評定計(jì)量器具的計(jì)量特性，確定其是計(jì)量器具檢定是指為評定計(jì)量器具的計(jì)量特性，確定其是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作。否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識六、測量方法六、測量方法無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，直接通過測量儀器得到被測值無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，直接通過測量儀器得到被測值的測量。如溫度計(jì)測水溫、卷尺測量靶距等。的測量。如溫度計(jì)測水溫、卷尺測量靶距等。1.直接測量直接測量2.間接測量間接測量3.組合測量組合測量在直接測量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出被測在直接測量值的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出被測量的量值的測量。如通過測定某段時(shí)

11、間內(nèi)火車運(yùn)動的距離量的量值的測量。如通過測定某段時(shí)間內(nèi)火車運(yùn)動的距離來計(jì)算火車運(yùn)動的平均速度就是間接測量。來計(jì)算火車運(yùn)動的平均速度就是間接測量。將直接測量值或間接測量值與被測量值之間按已知關(guān)系組將直接測量值或間接測量值與被測量值之間按已知關(guān)系組合成一組方程，通過解方程組得到被測值的方法。合成一組方程，通過解方程組得到被測值的方法。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識七、測量裝置七、測量裝置它是直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)它是直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。換成同種或別種量值輸出的器件。1.傳感器傳感器2.測量變換器測量變換器3.檢測器

12、檢測器 提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的測量器件。提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的測量器件。 用以指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物用以指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物質(zhì)。質(zhì)。4.測量器具的示值測量器具的示值 由測量器具所指示的被測量值。由測量器具所指示的被測量值。5.準(zhǔn)確度等級準(zhǔn)確度等級 用來表示測量器具的等級或級別。用來表示測量器具的等級或級別。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識七、測量裝置七、測量裝置 標(biāo)稱范圍也稱為示值范圍。測量器具標(biāo)尺范圍所對應(yīng)標(biāo)稱范圍也稱為示值范圍。測量器具標(biāo)尺范圍所對應(yīng)的被測量示值范圍。的被測量示值范圍。6.標(biāo)稱范圍標(biāo)稱范圍7.量程量

13、程8.測量范圍測量范圍 標(biāo)稱范圍的上下限之差的模。標(biāo)稱范圍的上下限之差的模。 在測量器具的誤差處于允許極限內(nèi)的情況下，測量器具在測量器具的誤差處于允許極限內(nèi)的情況下，測量器具所能測量的被測量值的范圍。所能測量的被測量值的范圍。9.漂移漂移測量器具的計(jì)量特性隨時(shí)間的慢變化。測量器具的計(jì)量特性隨時(shí)間的慢變化。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識八、測量誤差八、測量誤差測量結(jié)果與被測量真值之差稱為測量誤差，即：測量誤差測量結(jié)果與被測量真值之差稱為測量誤差，即：測量誤差=測量結(jié)測量結(jié)果果真值真值 真值：約定真值，實(shí)際值真值：約定真值，實(shí)際值 1.測量誤差定義測量誤差定義2.誤差的分類誤差的分類3

14、.誤差表示方法誤差表示方法（1）系統(tǒng)誤差）系統(tǒng)誤差（2）隨機(jī)誤差）隨機(jī)誤差（3）粗大誤差）粗大誤差 （1） 絕對誤差：是一個(gè)量綱、單位和被測量一樣的量。絕對誤差：是一個(gè)量綱、單位和被測量一樣的量。 （2） 相對誤差：相對誤差相對誤差：相對誤差=誤差誤差真值真值 當(dāng)誤差值較小時(shí)，可采用：相對誤差當(dāng)誤差值較小時(shí)，可采用：相對誤差= =誤差誤差測量結(jié)果測量結(jié)果l例題一：l設(shè)真值為2.00mA，測量結(jié)果為1.98mA，求誤差，絕對誤差，相對誤差第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識八、測量誤差八、測量誤差3.誤差表示方法誤差表示方法（3）引用誤差：計(jì)量器具的絕對誤差與引用值之比。）引用誤差：計(jì)量器

15、具的絕對誤差與引用值之比。 引用值：引用值： 1. 計(jì)量器具標(biāo)稱范圍的最高值；計(jì)量器具標(biāo)稱范圍的最高值； 2. 2. 計(jì)量器具的量程；計(jì)量器具的量程；例題二：用標(biāo)稱范圍為例題二：用標(biāo)稱范圍為0-150V的電壓表測量時(shí)，當(dāng)示值為的電壓表測量時(shí)，當(dāng)示值為100.0V時(shí)，電壓實(shí)際值為時(shí)，電壓實(shí)際值為100.4V。求電壓表的引用誤差。求電壓表的引用誤差。 （4）分貝誤差：一種特殊形式的相對誤差。在數(shù)值上）分貝誤差：一種特殊形式的相對誤差。在數(shù)值上與相對誤差有著一定的關(guān)系。與相對誤差有著一定的關(guān)系。測量誤差和其分布特征量的關(guān)系測量誤差和其分布特征量的關(guān)系圖0-3八、測量誤差八、測量誤差第二節(jié)第二節(jié) 測量

16、的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識九、測量精度和不確定度九、測量精度和不確定度1.1.測量精密度測量精密度表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差大小的程度；也是指在一定條件表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差大小的程度；也是指在一定條件下測量結(jié)果中所有系統(tǒng)誤差的綜合。下測量結(jié)果中所有系統(tǒng)誤差的綜合。2.2.測量正確度測量正確度表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的大小程度，它反映了在規(guī)定條表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的大小程度，它反映了在規(guī)定條件下進(jìn)行多次測量時(shí)所得結(jié)果彼此符合的程度。不能將精件下進(jìn)行多次測量時(shí)所得結(jié)果彼此符合的程度。不能將精密度簡稱為精度。密度簡稱為精度。3.3.測量準(zhǔn)確度測量準(zhǔn)確度表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度，它反映了在規(guī)定條表

17、示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度，它反映了在規(guī)定條件下測量結(jié)果中所有系統(tǒng)誤差的綜合。件下測量結(jié)果中所有系統(tǒng)誤差的綜合。4.4.測量不確定度測量不確定度表示對被測量真值所處量值范圍的評定。表示對被測量真值所處量值范圍的評定。第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識十、測量器具的誤差十、測量器具的誤差它是指測量器具的示值與被測量真值之差。它是指測量器具的示值與被測量真值之差。 1.測量儀器的示值誤差測量儀器的示值誤差 2.基本誤差基本誤差 3.允許誤差允許誤差指測量儀器在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差，也稱為固指測量儀器在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差，也稱為固有誤差。有誤差。指技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程等對測量儀器所規(guī)

18、定的允許的指技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程等對測量儀器所規(guī)定的允許的誤差極限值。誤差極限值。 表示對被測量真值所處量值范圍的評定。表示對被測量真值所處量值范圍的評定。 4.測量不確定度測量不確定度第二節(jié)第二節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識測量的基礎(chǔ)知識十、測量器具的誤差十、測量器具的誤差5.5.測量器具的重復(fù)性和重復(fù)性誤差測量器具的重復(fù)性和重復(fù)性誤差測量器具的重復(fù)性是指在規(guī)定的使用條件下，測量器具重測量器具的重復(fù)性是指在規(guī)定的使用條件下，測量器具重復(fù)接受相同的輸入，并給出非常相似輸出的能力。測量器復(fù)接受相同的輸入，并給出非常相似輸出的能力。測量器具的重復(fù)性誤差就是測量器具造成的隨機(jī)誤差分量。具的重復(fù)性誤差就是測量器具造成的隨機(jī)誤差分量。 6.6.回程誤差回程誤差回程誤差也稱為滯后誤差，是指在相同條件下，被測量值回程誤差也稱為滯后誤差，是指在相同條件下，被測量值不變。測量器具形成方向不同時(shí)，其示值之差的絕對值。不變。測量器具形成方向不同時(shí)，其示值之差的絕對值。7.7.誤差曲線誤差曲線表示測量器具誤差與被測量之間的函數(shù)關(guān)系的曲線。表示測量器具誤