工程測試技術(shù)-0課件

機(jī)械工程測試技術(shù)林富生

QQ:64428786〔仁者〕武漢紡織大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院教材及參考書目1?工程測試與信號處理?第二版，蔡共宣等主編，華中科技大學(xué)出版社，20212?工程測試技術(shù)根底?，曾光奇等主編，華中科技大學(xué)出版社，20023?機(jī)械工程測試技術(shù)?,陳花玲主編,機(jī)械工業(yè)出版社，20024?測試技術(shù)——理論與應(yīng)用?，黃惟一、黃鈞芳等編著,國防工業(yè)出版社，19885?機(jī)械工程測試技術(shù)根底?，李迅波編著，電子科技大學(xué)出版社，1998考勤5%＋答復(fù)以下問題10%＋平時(shí)作業(yè)10%＋實(shí)驗(yàn)5%教學(xué)規(guī)那么與課程成績成績

平時(shí)成績考勤不定期點(diǎn)名。期末對2次未到的同學(xué)扣全部考勤分，事先請假并獲批準(zhǔn)的除外。課堂紀(jì)律除提出問題、答復(fù)以下問題、討論問題之外，不準(zhǔn)說話。嚴(yán)禁使用等，違者沒收。期末考試＋閉卷考試70%教學(xué)方式試圖結(jié)合當(dāng)前的工程應(yīng)用實(shí)際，講授較新的知識努力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

提供一些課堂演示及實(shí)驗(yàn)演示鼓勵(lì)大家多思考，多提問

課堂提問多，并記錄，作為平時(shí)考核依據(jù)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)第一局部:緒論學(xué)習(xí)本課程的意義測試的根本概念測試技術(shù)的內(nèi)容測試技術(shù)的任務(wù)測試方法的分類及測試系統(tǒng)的組成測試技術(shù)的開展本課程的主要內(nèi)容第二局部：信號分析根底信息及信號的根底和分類周期信號、非周期信號、隨機(jī)信號特征第八局部:虛擬儀器及工程應(yīng)用概述硬件開發(fā)平臺應(yīng)用舉例第九局部:典型非電量參量的測量方法振動測量位移測量速度測量噪聲測量溫度測量壓力測量應(yīng)力應(yīng)變測量1學(xué)習(xí)本課程的意義2測試的根本概念3測試技術(shù)的內(nèi)容4測試技術(shù)的任務(wù)5測試方法的分類及測試系統(tǒng)的組成主要內(nèi)容：緒論例一：多信號源時(shí)域波形例二：仿真汽車振動信號和信息

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：大型發(fā)電機(jī)組需要3000只傳感器及其配套監(jiān)測儀表；大型石油化工廠將要6000只傳感器及其配套監(jiān)測儀表；鋼鐵廠需要20000只傳感器及其配套監(jiān)測儀器；電站需要5000只傳感器及其配套監(jiān)測儀器；一架飛機(jī)需要3600只傳感器及其配套隨測儀器；一輛汽車需要30～100只傳感器及其配套監(jiān)測儀器。1學(xué)習(xí)本課程的意義MATLAB演示

測試技術(shù)是信息技術(shù)三大支柱(測試控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù))之一。跟日常生活、科學(xué)研究、工程技術(shù)、現(xiàn)代裝備關(guān)系密切。緒論

以電廠為例以精密機(jī)械加工為例使用先進(jìn)的測試技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)高度開展和科技現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。

測量是指確定被測對象屬性量值為目的的全部操作；

測試是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測量，或者可以理解為測量和試驗(yàn)的綜合。

2測試的根本概念3測試技術(shù)的內(nèi)容

測試技術(shù)研究的主要內(nèi)容包括四個(gè)方面，即：測量方法測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理測量原理4測試技術(shù)的任務(wù)測試技術(shù)的任務(wù)主要有以下五個(gè)方面：在設(shè)備設(shè)計(jì)中，通過對新舊產(chǎn)品的模型試驗(yàn)或現(xiàn)場實(shí)測的評價(jià)，為技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化和效率的提高提供根底數(shù)據(jù)；在設(shè)備改造中，為了挖掘設(shè)備的潛力，以便提高產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)常需要實(shí)測設(shè)備或零件的載荷、應(yīng)力、工藝參數(shù)和電機(jī)參數(shù)，為設(shè)備強(qiáng)度校驗(yàn)和承載能力的提高提供依據(jù)；在工作和生活環(huán)境的凈化及監(jiān)測中，經(jīng)常需要測量振動和噪聲的強(qiáng)度及頻譜，經(jīng)過分析找出振源，并采取相應(yīng)的減振、防噪措施，改善勞動條件與工作環(huán)境，保證人的身心健康；

在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，通過對工藝參數(shù)的測試和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量控制和故障診斷。

科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和新的定律、公式的誕生都離不開測試技術(shù)。從實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，驗(yàn)證理論研究結(jié)果，實(shí)驗(yàn)與理論可以相互促進(jìn)，共同開展。例題1：

雷萊用不同方法制取氮，測得氮?dú)庀鄬γ芏绕骄导捌錁?biāo)準(zhǔn)差為

兩者差值

而標(biāo)準(zhǔn)差

雷塞姆

為了研究電阻y與溫度x之間的關(guān)系，我們可以采用最小二乘法和回歸分析方法。把數(shù)據(jù)點(diǎn)在坐標(biāo)紙上，這種圖叫散點(diǎn)圖，從散點(diǎn)圖可以看出，電阻y與溫度x大致成線性關(guān)系。因此，我們假設(shè)x與y之間的內(nèi)在關(guān)系是一條直線，這些點(diǎn)與直線的偏離是試驗(yàn)過程中其他一些隨機(jī)因素的影響而引起的。這樣就可以假設(shè)這組測量數(shù)據(jù)有如下結(jié)構(gòu)形式：

回歸分析方法例題2：

測量某導(dǎo)線在一定溫度x下的電阻值y得如下結(jié)果：

試找出它們之間的內(nèi)在關(guān)系。

5．1測試方法的分類

5測試方法的分類及測試系統(tǒng)的組成1)按是否直接測定被測量的原那么分類按照獲得測量參數(shù)結(jié)果的方法不同，通?？砂褱y量方法分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是指被測量直接與測量單位進(jìn)行比較，或者用預(yù)先標(biāo)定好的測量儀器或測試設(shè)備進(jìn)行測量，而不需要對所獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的測量方法。比方：用直尺測量長度、用水銀溫度計(jì)測溫、用萬用表測量電壓、電流、電阻值等。

間接測量法是指被測量的數(shù)值不能直接由測試設(shè)備上獲得。而是通過所測量到的數(shù)值同被測量間的某種函數(shù)關(guān)系經(jīng)運(yùn)算而獲得的被測值的測量方法。

例如：對一臺汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率進(jìn)行測量時(shí)，總是先測出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出扭矩，再由關(guān)系式算出其功率值。

2)按傳感器是否與被測物接觸分類按照傳感器是否與被測物體有機(jī)械接觸的原那么可以將測量方法分為接觸測量法與非接觸測量法。接觸測量法往往比較簡單，比方測量振動時(shí)常用帶磁鐵座的加速度計(jì)直接放在所測位置進(jìn)行測量。非接觸測量法可以防止傳感器對被測對象的機(jī)械作用及對其特性的影響，也可防止傳感器受到磨損。3)按被測量是否隨時(shí)間變化分類在討論測量問題時(shí)，有時(shí)會遇到“靜態(tài)測量〞和“動態(tài)測量〞兩個(gè)術(shù)語。其“靜態(tài)〞和“動態(tài)〞是指被測量值是否隨時(shí)間而變化，而不是指被測物體是否處于機(jī)械靜止或運(yùn)動。當(dāng)被測量值可以認(rèn)為是恒定，這種測量被稱作為靜態(tài)測量。而當(dāng)被測量值是隨時(shí)間變化的，這種測量被認(rèn)為是動態(tài)測量。5.2測試系統(tǒng)的組成機(jī)械工程測量系統(tǒng)的根本任務(wù)是從測量對象中獲取反映其變化規(guī)律的動態(tài)信息，因而在以下實(shí)際問題中得到廣泛應(yīng)用：1)生產(chǎn)過程或設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測；2)生產(chǎn)過程或設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動控制；3)工程實(shí)驗(yàn)分析。在機(jī)械工程實(shí)際中，有兩類測試系統(tǒng)，即狀態(tài)檢測問題中的測試系統(tǒng)以及自動控制問題中的測試系統(tǒng)。緒論

圖2測試系統(tǒng)框圖

圖3測量系統(tǒng)在自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的位置

5．3測試技術(shù)的開展其開展主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是傳感器技術(shù)自身的開展，二是計(jì)算機(jī)測試技術(shù)的開展。5．3．1傳感器技術(shù)的開展1)物性型傳感器大量涌現(xiàn)

傳感器正經(jīng)歷著從以機(jī)構(gòu)型為主轉(zhuǎn)向以物性型為主的過程。2)集成、智能化傳感器的開發(fā)

3)化學(xué)傳感器的開發(fā)電子蜘蛛演示5．3．2計(jì)算機(jī)測試技術(shù)的開展計(jì)算機(jī)測試技術(shù)的開展主要表達(dá)在測試系統(tǒng)硬件的開展以及專門用于開發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)或所謂“虛擬儀器〞的軟件環(huán)境的開展：

1)計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)硬件的開展計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)硬件經(jīng)歷了根本型、閉環(huán)控制型與標(biāo)準(zhǔn)接口型三個(gè)開展階段。

圖4計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的根本形式(1)根本型(2)閉環(huán)控制型

圖5生產(chǎn)工藝過程閉環(huán)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)演示生產(chǎn)工藝過程的自動控制系統(tǒng)如圖5所示。它大體上可以分為三個(gè)環(huán)節(jié)：1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對過程中的有關(guān)物理量的瞬時(shí)值進(jìn)行采集；

2)實(shí)時(shí)判斷決策：對采集的表征過程狀態(tài)的物理量進(jìn)行運(yùn)算分析、判斷決策，并按已定的原那么決定下一步過程控制的措施；3)實(shí)時(shí)控制：根據(jù)決策，按照自動控制理論實(shí)時(shí)地對各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號。(3)標(biāo)準(zhǔn)通用接口型

測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式可分為專用接口型和標(biāo)準(zhǔn)通用接口型。

專用接口型是將一些具有一定功能的模塊相互連接而成。

近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器控制技術(shù)的開展，特別是儀器和計(jì)算機(jī)及其他控制設(shè)備之間連接的標(biāo)準(zhǔn)化，形成了標(biāo)準(zhǔn)通用接口，標(biāo)準(zhǔn)通用接口型測試系統(tǒng)也是由模塊(如臺式儀器或插件板)組合而成。2)虛擬儀器的開發(fā)一般說來，將數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)空槽中，利用軟件在屏幕上生成某種儀器的虛擬面板。在軟件導(dǎo)引下進(jìn)行采集、運(yùn)算、分析和處理，實(shí)現(xiàn)儀器功能并完成測試的全過程，這就是虛擬儀器，即由數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)組成儀器通用平臺，在此平臺根底上，調(diào)用測試軟件完成各種功能的測試任務(wù)，便構(gòu)成該種功能的測量儀器，成為只有虛擬面板的虛擬儀器。在同一平臺上，調(diào)用不同的測試軟件就可構(gòu)成不同功能的虛擬儀器，故可方便地將多種測試功能集于一體，實(shí)現(xiàn)多功能儀器。總而言之：傳感器正向新型、微型、智能型方向開展；

測試儀器向高精度、多功能、小型化、在線監(jiān)測、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價(jià)格開展；參數(shù)測量和數(shù)據(jù)處理以計(jì)算機(jī)為核心，使測量、分析、故障預(yù)報(bào)向自動化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化開展。5.4本課程的研究內(nèi)容

本課程所研究的對象是機(jī)械工程領(lǐng)域中常用物理量的測試，這是一門技術(shù)根底課。

測量、計(jì)量、測試是三個(gè)密切關(guān)連的技術(shù)術(shù)語。測量是以確定被測物屬性量值為目的的全部操作；計(jì)量的內(nèi)容包括了計(jì)量理論、計(jì)量技術(shù)與計(jì)量管理，并主要表達(dá)在：計(jì)量單位與單位制、計(jì)量器具，包括復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)器具以及普通(工作)計(jì)量器具、量值傳遞、溯源與檢定測試、計(jì)量管理等等；測試那么是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測量，或者可理解為測量和試驗(yàn)的綜合。測試技術(shù)是指測試過程中所涉及的測試?yán)碚?、測試方法、測試設(shè)備等等。本課程主要研究對象