1、机械工程测试技术基础,绪论,课程内容：,主要介绍机械以及工业与自动化领域常见物理量(压力、应变、位移、振动、温度、声、流量等）、传感测量原理、测量原理和信号分析方法。,工程测试技术是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。在学习过程中请多使用Matlab等软件，有条件的同学还请多阅读相关参考文献以及查阅最新的论文期刊，获得最新技术发展信息。,学习方法：,本课是培养解决实际工程测量问题能力的专业基础课，具有很强实践性。请充分利用课程所开设实验。,第一章、绪论,本章学习要求：,1.掌握测试技术的概念及研究内容 2.了解测试技术的应用情况 3.了解测试技术的发展动态,第一节 测
2、试技术概况,一、测试与测量系统,测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。,测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用,1、工程试验中的物理测试2、生产过程的运行监测、故障诊断想一想，有哪些例子？,第一节 测试技术概况,3、自动化的关键手段之一4、设备与系统的反馈控制,简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度底，无法实现测量自动化。,为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行
3、处理和输出。如图所示的声级计。,一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。,传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,测试系统的一般构成,信息转换,信息提取,两个重要基本概念,模拟信号：表示随时间连续变化的物理信号，这种信号在时间上是连续的。数字信号：表示随时间连续变化的物理信号，但在时间与幅值上都是离散的。,测试技术的工程应用,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。测试技术
4、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。,1、工业自动化中的应用,a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。,测试技术的工程应用,在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。,机械手装配模型,机器狗,b) AGV自动送货车,超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。,测试技术的工程应用,香港理工AGV模型,c) 生产加工过程监测,测试技术的工程应用,切削力传感器，加工噪声传感器，超声
5、波测距传感器、红外接近开关传感器等。,密歇根大学数字化工厂,加工型企业生产中的手工质量检测。 采用加速度传感器采集振动信号，获取加工件的质量信息。,测试技术的工程应用,2、流程工业设备运行状态监控,在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。,测试技术的工程应用,3、产品质量测量,在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。,图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。,汽车扭距测量,机床加工精度测量
6、,测试技术的工程应用,4、楼宇控制与安全防护,为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。,图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。,测试技术的工程应用,5、家庭与办公自动化,在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。,全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检
7、测)。,指纹传感器,透光率传感器,1.2 测试技术的工程应用,5、其他应用,航天,农业,交通,医学,测试技术的工程应用,鼠标:光电位移传感器,摄象头:CCD传感器,声位笔:超声波传感器,麦克风:电容传声器,声卡:A/D卡 + D/A卡,软驱:速度,位置伺服,6、PC机中的测试技术应用,Example: Rockwell NetLinx,ModularI/O,HMI,Bridge or Linking Device,Programmable Device Support PC,Micro PLC,Drive,Servo,Controller and Bridge,HMI,Linking Devi
8、ce,Sensor,EtherNet / IP,ControlNet,DeviceNet,Example: ABB Industrial IT,3rd party controllers, servers etc,Serial, OPC or fieldbus,engineering workplace,Field Bus,Firewall,Plant Network / Intranet,Field Bus,Client/server Network,3rd party application server,application server,aspect server,Workplace
9、s (clients),Enterprise Optimization (clients),Control Network,Programmable Logic Controller AC 800C,Redundant,AC 800M,touch-screen,测试技术是实现自动控制的基础,二、测试技术的发展概况,1、传感器方面,a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器,光纤流速传感器,荧光材料制作的电子鼻传感器,生物酶血样分析传感器,b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器,振动网络传感器,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,智能倾角RS232传感器,IC总线数字温度传
10、感器,单片机制作的温度传感器,2、测量信号处理方面,计算机虚拟仪器技术,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,优点,主要传感器和测试仪器生产厂商,3、测量分析仪器,一、量与量纲 二、法定计量单位 三、测量、计量与测试,第二节、测量的基础知识,四、基准和标准基准：保存、复现计量单位的计量器具国家基准、副基准、工作基准计量标准：用于检定工作计量器具工作计量器具：用于现场测量,第二节、测量的基础知识,量值的传递关系,五、量值的传递与计量器具的检定 六、测量方法 七、测量装置 1、传感器 2、测量变换器（变送器） 3、检测器 4、测量器具的示指 5、准确度等级,第二节、测量的
11、基础知识,6、标称范围 7、量程 8、测量范围 9、漂移 八、测量误差 真值、测量结果 系统误差、随机误差、粗大误差 绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差,第二节、测量的基础知识,精度等级 引用误差是一种实用方便的相对误差。仪表的最大引用误差可以描述仪表的测量精度，并据此区分仪表质量、确定仪表等级常用仪表等级 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0,九、测量精度和不确定度 精密度、正确度和准确度不确定度：对被测量真值所处量值范围的评定,第二节、测量的基础知识,十、测量器具的误差 示值误差 基本误差 允许误差 测量器具的准确度 重复性与重复性误差 回程误差 误差曲线 校准曲线,第二节、测量的基础知识,十一、测量结果的表达 例子：0-4,第二节、测量的基础知识,
