机械工程测试技术基础 第九讲位移测量及静态测量系统设计
机械工程测试技术基础进行测试系统设计的原则和步骤
机械工程测试技术基础进行测试系统设计的原则和步骤一、机械工程测试技术基础机械工程测试技术是指通过相关设备和方法对机械产品进行各种性能测试和试验，以验证其设计是否符合要求，为产品的研发、制造和质量控制提供科学依据。
机械工程测试技术基础包括测试原理、测试方法、测试设备、测试数据分析等方面。
1. 测试原理机械工程测试的原理主要是利用物理学和力学原理，通过对机械产品施加不同的载荷和环境条件，测量其在不同条件下的性能参数，如强度、刚度、耐久性等。
2. 测试方法机械工程测试方法包括静态试验、动态试验、疲劳试验等多种方式。
其中静态试验主要是测量材料或构件在静止状态下的力学性能；动态试验则是测量材料或构件在动态载荷下的响应特征；疲劳试验则是模拟实际使用环境下材料或构件的疲劳寿命。
3. 测试设备机械工程测试设备包括万能材料试验机、冲击试验机、振动台等多种类型。
其中万能材料试验机主要用于静态和动态载荷下的材料性能测试；冲击试验机用于测量材料或构件在冲击载荷下的破坏特征；振动台则用于模拟实际使用环境下的振动条件。
4. 测试数据分析机械工程测试数据分析包括对测试结果进行处理、统计和分析，以得出结论和提供科学依据。
常见的数据处理方法包括曲线拟合、统计分析、信号滤波等。
二、进行测试系统设计的原则和步骤进行机械工程测试时，需要设计合理的测试系统，以确保测试结果准确可靠。
以下是进行测试系统设计的原则和步骤：1. 原则（1）系统可靠性原则：设计时应考虑系统可靠性，确保在不同环境条件下仍能正常运行。
（2）精度原则：设计时应考虑精度要求，尽可能提高测量精度。
（3）灵敏度原则：设计时应考虑灵敏度要求，尽可能提高系统对被测对象性能参数变化的检测能力。
（4）经济性原则：设计时应考虑成本问题，尽可能降低设备和维护成本。
2. 步骤（1）确定测试目的和要求：根据被测对象的性能参数和测试要求，明确测试目的和要求。
（2）确定测试方法：根据测试目的和要求，选择合适的测试方法，并确定所需测试设备和工具。
机械工程测试技术基础知识点
第一章绪论1、测试的概念目的：获取被测对象的有用信息。
测试是测量和试验的综合。
测试技术是测量和试验技术的统称。
2、静态测量及动态测量静态测量：是指不随时间变化的物理量的测量。
动态测量：是指随时间变化的物理量的测量。
3、课程的主要研究对象研究机械工程中动态参数的测量4、测试系统的组成5、量纲及量值的传递6、测量误差系统误差、随机误差、粗大误差7、测量精度和不确定度8、测量结果的表达第二章信号分析及处理一、信号的分类及其描述1、分类2、描述时域描述：幅值随时间的变化频域描述：频率组成及幅值、相位大小二、求信号频谱的方法及频谱的特点1、周期信号数学工具：傅里叶级数方法：求信号傅里叶级数的系数频谱特点：离散性谐波性收敛性（见表1-2）周期的确定：各谐波周期的最小公倍数基频的确定：各谐波频率的最大公约数2、瞬变信号（不含准周期信号）数学工具：傅里叶变换方法：求信号傅里叶变换频谱特点：连续性、收敛性3、随机信号数学工具：傅里叶变换方法：求信号自相关函数的傅里叶变换频谱特点：连续性三、典型信号的频谱1、δ(t)函数的频谱及性质△(f)=1 频率无限，强度相等，称为“均匀谱”采样性质：积分特性：卷积特性：2、正、余弦信号的频谱（双边谱）欧拉公式把正、余弦实变量转变成复指数形式，即一对反向旋转失量的合成。
解决了周期信号的傅里叶变换问题，得到了周期信号的双边谱，使信号的频谱分析得到了统一。
3、截断后信号的频谱频谱连续、频带变宽（无限）四、信号的特征参数1、均值：静态分量（常值分量）正弦、余弦信号的均值？2、均方值：强度（平均功率）均方根值：有效值3、方差：波动分量4、概率密度函数：在幅值域描述信号幅值分布规律五、自相关函数的定义及其特点1、定义：2、特点3、自相关图六、互相关函数的定义及其特点1、定义2、特点3、互相关图七、相关分析的应用八、相关系数及相干函数相关系数、相关函数在时域描述两变量之间的相关关系；相干函数在频域描述两变量之间的相关关系。
位移测量及静态标定实验报告
位移测量及静态标定实验报告一、实验目的掌握常用的位移传感器的测量原理、特点及使用，并学会进行静态标定。
二、实验仪器CSY10B型传感器系统实验仪。
三、实验内容（一）电涡流传感器测位移实验1、测量原理：电涡流效应：扁平线圈中通以交变电流，与其平行的金属片中产生电涡流。
电涡流的大小影响线圈的阻抗Z。
Z = f（ρ，μ，ω，x）。
不同的金属材料有不同的ρ、μ，线圈接入相应的电路中，用铁、铝两种不同的金属材料片分别标定出测量电路的输出电压U与距离x的关系曲线。
2、测试系统组建电涡流线圈、电涡流变换器（包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路）、测微头、电压表、金属片（铁片和铝片）。
3、试验步骤①分别安装传感器、测微头；②连接电路；③依次用铁片、铝片进行位移测量，依次记录U(V) 铁片U(V) 铝片X/mmU(V) 铁片U(V) 铝片X/mmU(V) 铁片U(V) 铝片4、数据分析与讨论画出输入输出关系曲线，确定量程范围（在实验曲线上截取线性较好的区域作为传感器的位移量程），估算非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。
（二）光纤传感器测位移实验1、测量原理反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。
当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电元件。
经光电元件转换为电信号。
经相应的测量电路测出照射至光电元件的光强的变化。
2、组建测试系统光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。
3、实验步骤①观察光纤结构；②安装光纤探头、反射片；③连接电路；④旋动测微仪测位移，记录位移及测试系统的输出电压。
4、数据分析与讨论画出输入输出关系曲线，实验曲线上截取线性较好的区域作为传感器的位移量程，估算非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。
（三）电容式传感器测位移实验1、测量原理电容式传感器是将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。
本实验采用的电容式传感器为二组固定极片与一组动极片组成二个差动变化的变面积型平行极板电容式传感器。
机械工程测试技术基础教学PPT
#2022
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测量的基础知识
基本量和导出量 基本量： 长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的
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测量的基础知识
3、基准与标准
基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。 国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。
物质所固有，客观存在或运动状态的特征 非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量
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四、测试技术的内容
测试技术的内容 测量原理：实现测量所依据的物理、化 学、生物等现象及有关定律。 测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 测量系统 数据处理
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测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。
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教材、参考书与课时安排 教材 机械工程测试技术基础(第3版) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时
教材、参考书与课时安排
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教学目的和要求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处理 。 通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试系统和测量电路以及信号分析的基本原理和分析方法。为后续课程打好基础。
领域：工业、农业、航天、军事等
机械工程测试 位移测量
电阻应变式位移传感器的性能及特点
型式
非粘贴的
粘贴的
半导体的
测量范%应变
±2%～3%
±0.25%应变
±2%～3%
直线性
±1%
±1%
满刻度±20%
特点
不牢固
牢固，使用方便，输出幅值大，温 需温度补偿和高 度灵敏性高 绝缘电阻
差动变压器式位移传感器 工作过程:
精确度 直线性
±0.1% ±0.1%
±0.1% ±0.1%
±0.5% ±0.5%
±0.5% ±0.5%
特点
分辨力较好，可静态或动 态测量。机械结构不牢固
结构牢固，寿命长，但分 辨力差，电噪声大
二、应变片式位移传感器
利用弹性元仵把位移量转换成应变量 应变式位移传感器工作过程:
被测位移量ΔX 弹簧作用 贴 外接电路 测杆运动 弹性元件(悬臂梁)产生应变 应变片 电量输出 电阻ΔR
测量时必须利用基准面来“体现”回转轴线。通常是选 用具有高圆度的圆球或圆环来作为基准面。直接采用回 转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然可行，但由于 该表面的形状误差不易满足测量要求，测量精确度较差。
用双向测量法测量轴的径向运动误差
测量仪
位移传感器
测量仪
位移传感器
设Oo为理想回转中心，Om为基准球的几何中心，Or为瞬 时回转中心，e为基准球的安装偏心，θ 为转角，并令e与x轴 平行时θ =0，r(θ )为径向运动误差。若基准球半径Rm远远 大于偏心e和径向运动误差r(θ )，则两传感器检测到的位移信 号dx和dy分别为：
二、物位的测量 物位是液位、料位、以及界面位置的总称。具体的液位如 罐、塔、槽等容器中液体或河道、水库中水的表面位置高 度；料位如仓库、料斗、仓储箱内堆积物体的高度；界面 位置一般指固体与液体或两种不相溶、密度不同的液体之 间存在的界面。
机械工程测试技术教案
《机械工程测试技术》教案机械工程学院唐景林第一章绪论一、教学目的及要求使学生掌握测试系统的基本概念。
学生应了解测试系统的功能结构，静、动态测试的概念等。
二、主要内容测试技术的在机械工程中的意义；测试系统的组成；课程性质；基本内容及学习方法三、学时安排：1学时（详细安排见教学日历）讲课1学时四、教学重点：静态测试与动态测试的概念。
测试系统的组成。
五、教学难点：动态测试概念的建立六、教学过程：(见讲义)八、思考题：根据日常观察，是建立一套结构应力测试系统，要求画出框图即可。
九、作业：静态测试与动态测试系统的构成有何不同十、教学参考书：黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社. 1994年11第二章信号分析一、教学目的及要求使学生掌握确定性信号分析的基本理论和方法；二、主要内容信号的分类；信号的时域和频域描述；周期信号与离散频谱；瞬变非周期信号与连续频谱；脉冲信号及其频谱；正弦函数和余弦函数的频谱三、学时安排：7学时（详细安排见教学日历）讲课7学时四、教学重点：● 周期信号的时域定义、傅立叶级数表达及其离散频谱● 瞬变非周期信号的傅立叶变换及其连续频谱● 傅里叶变换的主要性质五、教学难点：信号时域分析与频域表达的概念、方法及其相互关系六、教学过程：(见讲义)八、思考题与作业：1、什么是信号的频域描述2、周期信号的时域定义及其判断方法3、确定任意一个谐波的三个要素是什么4、周期信号频谱特点是什么5、周期信号双边频谱与单边频谱间的幅值、相位关系6、傅立叶变换的六个主要性质7、单位脉冲函数的描述（函数值、强度）；8、一般脉冲函数的表示方法，即)(0t t A -δ，及A ，t 0的意义9、叙述脉冲函数的采样性质、卷积性质、频谱10、 写出正弦函数、余弦函数的傅立叶变换习题2-1~2-4十、教学参考书：1、黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础. 机械工业出版社. 1994年11月2、黄学铃. 锻压测试技术. 机械工业出版社. 1883年6月 3、吴正毅. 测试技术与测试信号处理. 清华大学出版社. 1991年4月第三章 测量系统分析一、教学目的及要求使学生们掌握测试系统的静、动态特性分析基本概念、表达方法。
机械工程测试技术基础
全性测试等。
测试技术的应用： 广泛应用于汽车、 航空、航天、机 械制造等领域。
古代：手工测量经验判断 近代：仪器测量数据记录 现代：计算机辅助测试自动化测试 未来：智能化测试远程测试大数据分析
传感器：用于采集 被测对象的物理量
数据采集系统：用 于将传感器采集到 的信号转换为数字 信号
温度传感器：通过热敏电阻或热电 偶等元件测量温度变化广泛应用于 工业、医疗等领域。
流量传感器：通过电磁感应或超声 波等原理测量流体流量广泛应用于 供水、供气等领域。
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压力传感器：通过压敏电阻或压电 晶体等元件测量压力变化广泛应用 于液压、气动等领域。
加速度传感器：通过压电晶体或电容 式等元件测量加速度变化广泛应用于 汽车安全、航空航天等领域。
数据处理系统：用 于对采集到的数据 进行处理和分析
显示系统：用于显 示测试结果和图表
信号及其描述
信号的定义：信号是信息的载体是物理量随时 间变化的过程
信号的分类：根据信号的性质和特点可以分为 连续信号和离散信号
连续信号：信号的取值是连续的如正弦波、三 角波等
离散信号：信号的取值是离散的如数字信号、 脉冲信号等
实时化：测试技 术将更加实时化 能够实时监测和 预警设备状态
绿色化：测试技 术将更加绿色化 减少对环境的影 响提高能源利用 效率
智能化：测试技术将更加智能化能够自动识别和诊断机械故障 集成化：测试技术与其他技术如物联网、大数据等更加紧密地集成提高测试效率和准确性 实时化：测试技术将更加实时化能够实时监测和预警机械设备的运行状态 绿色化：测试技术将更加注重环保和节能降低机械设备的能耗和污染排放
《机械工程测试技术基础》知识点总结
《机械工程测试技术基础》知识点总结1. 测试是测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置，获取被测对象有相关信息的过程。
测试工作的目的是为了最大限度地不失真获取关于被测对象的有用信息。
分为：静态测试，被测量（参数）不随时间变化或随时间缓慢变化。
动态测试，被测量（参数）随时间（快速）变化。
2. 基本的测试系统由传感器、信号调理装置、显示记录装置三部分组成。
传感器：感受被测量的变化并将其转换成为某种易于处理的形式，通常为电量（电压、电流、电荷）或电参数（电阻、电感、电容）。
信号调理装置：对传感器的输出做进一步处理（转换、放大、调制与解调、滤波、非线性校正等），以便于显示、记录、分析与处理等。
显示记录装置对传感器获取并经过各种调理后的测试信号进行显示、记录、存储，某些显示记录装置还可对信号进行分析、处理、数据通讯等。
3. 测试技术的主要应用：1. 产品的质量检测2.作为闭环测控系统的核心3. 过程与设备的工况监测4. 工程实验分析。
4. 测试技术是信息技术的重要组成部分，它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。
现代科学技术的三大支柱：能源技术材料技术信息技术。
信息技术的三个方面：计算机技术、传感技术、通信技术。
5. 测试技术的发展趋势：(1) 1. 传感技术的迅速发展智能化、可移动化、微型化、集成化、多样化。
（2）测试电路设计与制造技术的改进（3）计算机辅助测试技术应用的普及（4）极端条件下测试技术的研究。
6. 信息：既不是物质也不具有能量，存在于某种形式的载体上。
事物运动状态和运动方式的反映。
信号：通常是物理、可测的（如电信号、光信号等），通过对信号进行测试、分析，可从信号中提取出有用的信息。
信息的载体。
噪声：由测试装置本身内部产生的无用部分称为噪声，信号中除有用信息之外的部分。
（1）信息和干扰是相对的。
（2）同一信号可以反映不同的信息，同一信息可以通过不同的信号来承载。
7.测试工作的实质（目的任务）：通过传感器获取与被测参量相对应的测试信号，利用信号调理装置以及计算机分析处理技术，最大限度地排除信号中的各种干扰、噪声，最终不失真地获得关于被测对象的有关信息。
机械工程测试技术基础知识点的整合.doc
机械工程测试技术基础知识点的整合第一章是引言1，测试的概念和目的:获取被测对象的有用信息。
测试是测量和测试的结合。
测试技术是测量和测试技术的统称。
2、静态测量和动态测量静态测量:它指的是不随时间变化的物理量的测量。
动态测量:它指的是随时间变化的物理量的测量。
3.本课程的主要研究对象是机械工程中动态参数的测量。
4.测试系统的组成5.尺寸和数量的转移6、测量误差系统误差、随机误差、粗差7.测量精度和不确定度8.测量结果的表达第二章信号分析与处理一、信号的分类和描述1.分类2.时域描述:振幅随时间变化的频域描述:频率成分、振幅和相位大小二、寻找信号频谱的方法及其特点1、周期信号数学工具:寻找信号的傅立叶级数系数的谱特征；离散谐波收敛(见表1-1，测试的概念目的:获取被测对象的有用信息。
测试是测量和测试的结合。
测试技术是测量和测试技术的统称。
2、静态测量和动态测量静态测量:它指的是不随时间变化的物理量的测量。
动态测量:它指的是随时间变化的物理量的测量。
3.本课程的主要研究对象是机械工程中动态参数的测量。
4.测试系统的组成5.尺寸和数量的转移6、测量误差系统误差、随机误差、粗差7.测量精度和不确定度8.测量结果的表达第二章信号分析与处理一、信号的分类和描述1.分类2.时域描述:振幅随时间变化的频域描述:频率成分、振幅和相位大小二、寻找信号频谱的方法及其特点1、周期信号数学工具:寻找信号的傅立叶级数系数的谱特征；离散谐波收敛(见表1:每个谐波周期的最小公倍数基频的确定:每个谐波频率的最大公约数2.瞬态信号的数学工具(不包括准周期信号):傅立叶变换法；寻找信号的傅里叶变换频谱特征；连续性和收敛性3、随机信号数学工具:傅立叶变换法；信号自相关函数的傅里叶变换谱特征；连续性三.典型信号的频谱1.δ(t)函数△(f)=1的频谱和性质在频率上是无限的，在强度上是相等的，这被称为“均匀频谱”采样性质:整体特征:卷积特性:2.正弦和余弦信号的频谱(双边频谱)欧拉公式将正弦和余弦的实变量转换成复指数形式，即一对反向旋转损耗的组合。
机械工程测试技术基础ppt
学关系式来描述，只能(zhī nénɡ)通过统计 观察来加以描述的信号。
第三页，共71页。
确定性信号又分为(fēn wéi)周期信号和非周期信 号。
周期信号： 定义：满足下面关系式的信号： x(t)=x(t+nT0)
式中，T0——周期。 非周期信号： 定义：不具有周期重复性的确定性信号。 非周期信号又可分成准周期信号和瞬态信号两类。
x (t ) X ( f ) e j 2ft df
(1-29)
这样(zhèyàng)就避免了傅里叶变换中出现1/2π,简化了公 式，且有
X ( f ) 2X ( )
第三十页，共71页。
非周期函数x（t）存在傅里叶变换的充分条件 是x（t）在区间(-∞, ∞)上绝对可积，即
但上述(shàngshùx)条(t件) 并dt非必要条件。因为
An
an2 bn2
tgn
an bn
n＝1,2, …
n
An称信号频率成分的幅值， 称初相角。
第二十页，共71页。
讨论：
式中第一项a0为周期信号中的常值或直流分量 ；
从第二项依次向下分别称信号的基波或一次谐波、二次谐波、三 次谐波、……、n次谐波 ；
将信号的角频率(pínlǜ)ω0作为横坐标，可分别画出信号幅值An
• 由于X(f)一般为实变量f的复函数，故可将其写为
•
X ( f ) X ( f ) e j ( f )
• 将上式中的 X (称f 非) 周期信号x(t)的连续幅值谱，
• (称f )x(t)的连续相位谱。
• 例题(lìtí)1－3，求矩形窗函数的频谱。
第三十二页，共71页。
《机械工程测试技术基础(第4版)》基本课件第9章
滑线电阻式位移传感器具有结构简单、使用方便、输出大、性能稳定 等优点,但由于触头运动时有机械摩擦,其使用寿命受限、分辨率较低、输 出信号噪声大,故不宜用于频率较高时的动态测量。
显然,e0是调频输出,载波是e,调制信号是位移变化量Δl。差动变压器也是一 种调制器。对于这样一个调制信号,在后续的测量环节中一般要设置一个典型的 测量电路——相敏检测电路,目的是既能检测位移的大小,又能分辨位移的方向。
差动变压器式位移传感器的测量系统及其组成中各环节的工作原理可参阅 本书的有关内容。下面再介绍一种可与差动变压器配用的测量电路——差动整 流电路。
第9章 位移测量
目录
9.1 概述 9.2 常用的位移传感器 9.3 位移测量的应用
9.1 概述
位移测量是线位移和角位移测量的统称。测量时应根据具体的测 量对象,来选择或设计测量系统。在组成系统的各环节中,传感器性能 特点的差异对测量的影响最为突出,应给予特别注意。表9-1介绍了一 些常用的位移传感器及其性能特点,通过该表可以对位移传感器有一个 总体的了解。
9.2 常用的位移传感器
如图9-6所示,差动整流电路与相敏检测电路的功能基本相同,虽然检波 效率低,但因其测量线路简单,故用得也很多,差动变压器的最后输出一般可 用示波器直接显示。由于示波器振子的内阻都很小,当差动变压器的测量电 路是电压输出时,振子回路应接入电阻,以保证线性。
国产的差动变压器式位移传感器已有多种,其测量位移范围 有:0~±5mm,0~10mm,…, 0~300mm等。
机械工程测试位移测量
3
环境干扰
噪声、振动和电磁干扰都可能影响位移测量的结果，应采取适当的屏蔽和过滤方 法。
未来位移测量技术的发展方向
未来的位移测量技术将越来越智能化、精确化和多样化。无线传输、自动校 准和远程监测将成为发展的关键方向。
位移测量在建筑工程中，用于监测结构的 变形和承载能力。
3 航空航天
4 医学科学
位移测量在航空航天中，用于检测飞机零 件的变形和振动。
位移测量在医学科学中，用于研究人体运 动、姿势和生物力学。
位移传感器的原理和分类
电阻式传感器
通过测量电阻值的变化来检测位移，适用于小 范围测量。
感应式传感器
利用自感现象来测量磁场的变化，适用于无接 触式测量。
机械工程测试位移测量
位移测量是机械工程中至关重要的环节。它涉及测量的基本原理、方法、应 用领域以及未来的发展方向，让我们一起探索吧！
位移测量的基本概念和原理
位移测量是测量物体位置变化的过程。它基于测量物体上点的位置，并将这些位置的变化转化为可视化 或数值化的结果。
常见的位移测量方法和技术
激光测距
电容式传感器
通过测量电容量的变化来检测位移，适用于精 密测量。
激光位移传感器
利用激光束测量物体与传感器之间的距离，适 用于远距离非接触测量。
位移测量的挑战和解决方法
1
温度影响
温度变化可能会影响位移测量的准确性，解决方法是温度补偿。
2
测量范围
不同的位移测量方法有不同的测量范围，合适的选择能提高测量的准确性感器
通过识别物体振动的频率和振幅，测量物体 的位移。
应变片测量
利用应变片的电阻变化测量物体的应变，广 泛应用于力学测试中。
编码器
机械工程测试技术基础教学设计
机械工程测试技术基础教学设计背景机械工程是一门基础、广泛应用的学科，许多行业都离不开机械工程的应用。
而机械工程测试技术是机械工程领域中非常重要的一部分，其涉及到材料力学、流体力学、热力学、动力学等多个学科和领域，其基础技术和实验技术的学习对于机械工程专业的学生至关重要。
目标本次教学设计旨在引导学生了解机械工程测试技术中的基础知识和实验技能，培养学生对于测试技术的理解和使用能力。
教学内容基础知识一、机械工程测试技术基础1.机械工程测试技术基本概念2.测试技术的发展历史和现状3.机械工程测试技术的分类和应用二、测试技术与实验技能1.测试设备操作技能2.实验安全与操作规范3.实验结果的数据处理与统计分析教学方法本课程采用理论与实践相结合的教学方法，开设课堂讲授、实验操作、讨论交流等不同形式的教学活动。
一、课堂讲授课堂讲授主要介绍机械工程测试技术的基础概念、分类和应用，以及实验方法、实验安全和数据处理等内容。
教师可以通过PPT或黑板演示等形式，讲解相应的知识点，引导学生掌握相关知识。
二、实验操作实验操作是本次课程的重点。
学生需要通过实验操作，学习相关测试技术和实验技能。
教师可以组织学生进行实验操作，让学生亲身体验实验过程，加深对于测试技术的理解和使用能力。
三、讨论交流讨论交流是课程教学的重要环节。
通过讨论交流，学生可以分享实验经验，互相学习和总结经验。
教师可以组织小组讨论或集体讨论等形式，加强学生之间的交流和互动。
实验项目一、材料拉伸实验材料拉伸实验是机械工程中非常重要的实验之一。
学生需要根据实验要求，通过拉伸测试机进行拉伸试验，获取实验数据并进行统计和分析。
二、冲击实验冲击实验也是机械工程中非常重要的实验之一。
学生需要通过冲击试验机进行实验操作，获取实验数据，并进行统计和分析。
教师也可以组织学生进行小组讨论，探究不同材料在冲击试验中的表现。
评价方法本次课程的评价方法分为两部分：一、实验实绩学生的实验操作能力和实验数据处理能力将是评价的重点。
机械工程测试技术基础
➢ 运行监测：实时测量的变量被用于过程监视、故障诊 断。
结论：测量系统用途不同，其组成环节也不同。
绪论
山东理工大学机械学院
测量系统的一般构成：
输出一般为电信号
显示或存储
敏感元件
转换元件 适调电路
可变磁阻位移传感器
绪论
山东理工大学机械学院
F
+
物性型传感器的开发实质是新材料的开发。例如：半导 体、陶瓷、光导纤维、磁性材料、“智能材料”等等。
绪论
山东理工大学机械学院
b)集成、智能传感器的开发
集成化传感器——同功能的敏感元件排成线型、面型；不同功能的敏感 元件集成，测不同参量；传感器与放大、运算、温度补偿等电路的集成。
绪论
山东理工大学机械学院
c)生物、化学传感器的开发 利用新发现的生物、化学效应开发出的新型传感器
生物酶血样分析传感器
微生物/酶等
热/光
电量
敏感元件
绪论
山东理工大学机械学院
气体传感器通常在大气工况中使用，被测气体分子附 着于传感器的功能材料表面且与之起化学反应。气体浓度 的高低转化为电信号的大小。
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。
绪论
山东理工大学机械学院
机械手装配模型
机器狗
绪论
b) 生产加工过程监测
切削力传感器，加 工噪声传感器，超 声波测距传感器、 红外接近开关传感 器等。
山东理工大学机械学院
绪论
山东理工大学机械学院
2、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。
机械工程测试技术基础
机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础 Revised at 2 pm on December 25, 2020.机械工程测试技术基础绪论1.量是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。
量值是用数值和计量单位的乘积来表示的.2.测量是指以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。
测量中涉及实现单位统一和量值准确可靠被称为计量。
测试是指具有试验性质的测量，或测量和试验的结合。
3.一个完整的测量过程必定涉及到被测对象、计量单位、测量方法、测量误差，它们被称为测量四要素。
4.如何确保量值的统一和准确1）严格定义计量单位2）建立一整套制度和设备来保存、复现和传递单位。
5.基准是用来保存、复现计量单位的计量器具。
基准通常分为国家基准、副基准和工作基准三种等级。
6.量值传递：通过对计量器具实施检定或校准，将国家基准所复现的计量单位经过各级计量标准传递到工作计量器具，以保证被测对象量值的准确和一致。
7.工作计量器是指用于现场测量而不用于检定工作的计量器具。
8.直接测量：指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值的测值。
间接测量：指在直接测量的基础上，根据已知函数关系，计算出被测量的量值的测量。
9.传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
10.测量变换器是提供与输入量有给定关系的输出量的器件。
传感器是第一级的测量变换。
11.漂移：测量器具的计量特性随时间的慢变化。
12.误差分类：（根据误差统计特征）系统误差、随机误差、粗大误差。
一般粗大误差可以剔出。
随机误差不可能被修正。
13.常用误差表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差、分贝误差。
14.描述测量结果可信程度的规范化术语有：测量精密度、测量正确度、测量准确度（精确度）和测量不确定度。
15.测量精密度：测量结果中随机误差大小的程度。
测量正确度:测量结果中系统误差大小的程度。
机械工程测试技术基础教学大纲
《机械工程测试技术基础》授课大纲课程种类：必修课技(术基础课)合用专业；机械设计创造及其自动化执行学时：42学时一、本课程在培养计划中的作用(一)本课程是一门技术基础课，研究的对象是机械工程动态测试中常用的传感器、中间变换电路及记录仪器的工作原理及其静、动向特点的议论方法和测试信号的解析、办理。
在本课程中，培养学生正确解析、采用测试系统及装置，使学生初步掌握进行动向测试所需要的基本知识和技术，并能认识掌握新时期测试技术的更新内容及发展动向。
(二)基本要求1、从进行动向测试工作所必备的基本知识出发，学生学完本课程后应具备以下几方面的知识：(1 )测试信号的基本特点和解析方法部份，重视建立频谱的看法：掌握信号的强度表述、频谱解析和相关解析的基根源理和方法，认识功率谱密度函数及其应用；对数字信号解析作普通了解。
(2 )测试装置的静动向特点部份：掌握一、二阶系统的静动态特点的描述及测定方法；按不失真测量的条件，正确采用测试装置。
(3 )常用传感器、中间互换电路、记录仪器部份：认识常用传感器、中间互换电路、记录仪器的基本结构、工作原理及性能，能正确进行选择。
(4 )测试技术在机械工程中的应用部份；经过对几个实质动态物理量的测试，把所学的部份或者大部份基础知识联系起来，使学生对动向测试工作的相关基本问题有一个较完满的看法；初步掌握机械工程中某些参数的测试方法。
2、本课程实践性很强，因此实验课是达到本课程授课要求和使学生经受工程技术训练必不可以少的环节。
必然开设必然数量的授课实验才干保证本课程的授课质量。
为此，在44 学时中实验课不宜少于6学时。
若是条件赞同，可以减少讲课学时，多开设一些实验与演示性实验。
实验课以培养学生实验技术为主。
因此，分组人数不宜过多。
原理性考据的只限于难点。
(三)与其他课程的联系在学习本课程从前应拥有“积分变换”和“线性系统解析”方面的知识，因此本课程应安排在《控制工程基础》课此后。
静态的“误差解析”和“最小二乘法”应在前置课《互换性与技术测量》或者《概率论与数理统计》中解说。
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直线度
± 0.1% ± 0.5% ± 1% ± 20%FS ± 3% 0.15~1% ± 0.5% < 3% ± 0.5%
特点
应变式非粘贴式
粘贴式 半导体式
电感式
自感式变气隙式 螺管型 特大型 差动变压器 电涡流式 同步机
± 0.5% ± 1~3%
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表1 位移传感器一览表 (续）
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电容测微仪
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4.光栅式传感器 由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为 光栅，在玻璃(或金属)上进行刻划,可得到一系列密集刻 线。光栅的刻痕密度一般为每厘米10、25、50、100线。 刻痕之间的距离为栅距W 特点:
1.精度高,长度与直线位移方面仅低于激光干涉传感器.圆 分度和角位移连续测量方面,精度最高；
2 大量程测量兼有高分辨率,比感应同步器与磁栅式均高；
3 可实现动态测量,易于实现测量及数据处理的自动化；
4 具有较强的抗干扰能力
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一、计量光栅的种类 利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量称为计量光栅， 基材不同：金属光栅与玻璃光栅 刻划形式：振幅与相位 光线的走向：透射与反射 用途：长光栅与圆光栅
用各种传感器及配套使用的仪器测量。
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7.1 位移传感器
根据传感器的变换原理，常用的位移 测量传感器类型有： 电阻式、电阻应变式、电感式、电容 式、霍尔元件、感应同步器、光栅、磁 栅和角度编码器等位移计以及电动千分 表等。
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表1 位移传感器一览表
型式 电阻式滑线式
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1 长光栅：光栅尺，振幅与相位
w W=0.02mm,栅线密度为50线/mm 2 圆光栅
栅距角（节距角）
湖北工业大学机械学院 光栅测量原理（莫尔条纹的形成） w1 w2
θ
B
标尺光栅
B
w1w2 w1 w2 2w1w2 cos
2 2
指示光栅
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图7-38 光闸莫尔条纹
a) 刻线对齐 b) 错开W/4 c) 错开W/2 d) 错开3W/4
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光栅测量原理
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光栅测量原理
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光栅位移传感器的结构原理图
透射式光栅传感器
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透射式长光栅传感器
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透射式圆光栅传感器
反射式光栅传感器
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反射式长光栅传感器
工作台
图为利 用光栅传感 器测量数控 机床工作台 位移量的现 场照片。
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工作台运动方向
光栅
位移测试实例
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1. 自动尺寸分选系统
1—气缸 2—活塞 微器 7—钨钢测头
图 滚柱直径分选装置 3—推杆 4—被测滚柱 5—落料管 6—电感测 8—限位挡板 9—电磁翻板 10—容器（料斗）
± 0.5角秒
计量光栅
长光栅 圆光栅
1μ m~10m 1μ m/1m
± 0.5角秒
分辨率可 达0.1μ m
360°
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7.2.1 常用位移传感器 1. 电阻应变式位移传感器 用于小位移测量 （0.1μm~0.1mm） 测量精度优于2%
线性度0.1%~0.5%
国产：YWB-10型（量程10mm)
超声波传感器应用举例
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质量检查
紧固件的安装错误检测
超声波传感器应用举例（续）
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叠放高度测量
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物件放置错误检测
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透明塑料张力控制
超声波传感器 应用举例（续）
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纸卷直径检测
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电感式仿形铣床
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3. 物位的测量
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电容式油量 表
当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m 处。当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减 小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转 （示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值 达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机 停转，指针停留在新的位置（ x 处）。
工程测试技术基础
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第九讲 位移测量及静态测量系统设计 学习要求：
1.了解位移测量分析的分类 2.建立测试系统的概念 3.了解静态测量仪器选用与设计
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7.1 概述
变动，因此位移是矢量。 测量方向与位移方向重合才能真实地测量 出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重 合，则测量结果仅是该位移量在测量方向上的 分量。 位移测量从被测量来的角度可分为线位移测 量和角位移测量——相移测量；从测量参数特 性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。 许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度 等都是以位移测量为基础的。
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电容式液位计
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超声波液位计
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磁浮式液位计
双联式液位计
超声波液位开关
射频电容式物位限位开关
射频电容物位计
智能型射频电容物位仪
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4. 轴承外圈直径测量
涡流传感器 LED 打印机
涡流式 测微仪
A/D
计算机
G
R0
B
键 盘
Ra
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汽缸
控制键盘
直径测微装置
长度测微装置
滑道
机械及气动元件
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电感测微器
汽缸 气水分离器
（供气三联件）
气压表 （0.4MPa左右）
导气管 储气罐
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2. 仿形测量
1—标准靠模样板 2—测端（靠模轮） 3—电感测微器 4—铣刀龙门框架 5—立柱 6—伺服电动机 7—铣刀 8—毛坯
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二、传感器的选用 按测量量分析选择（技术指标） 1.按工作原理选择 2.产品选择 公司、型号、性价比 测量仪器的选用
测量仪器/系统的设计
一、系统的结构
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根据需求，系统越简单越好！
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二、设计环节 1.测量量分析 2.结构分析 3.传感器分析 4.电路设计 5.机械设计 6.外观设计
位移是物体上某一点在一定方向上的位置
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位移的测量系统 1.机械测量系统
利用杠杆齿轮、曲柄、膜盒等机构对所测参 量进行放大、传递，用指针显示。
2.光学测量系统
用光电法、光的干涉法、激光多普勒效应及 光导纤维等方法进行测量。这是一种非接触测 量，有较高的频响和精度，可获数字量。
3.电测量系统
型式 电容式变面积式
变极距式
测量范围
准确度
直线度
± 0.1% ± 0.5%
分辨率可 达1μ m
特点
1μ m~100mm ± 0. 05% 1μ m~3mm ± 0.1% ± 1.5mm ± 0.5%
霍尔元件 感应同步器
直线式 旋转式
专用方法 分辨率可 达1μ m
1μ m~10m 360°
2.5μ m/250mm
图7-39 圆弧形莫尔条纹
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莫尔条纹的重要特性
• 运动对应关系
莫尔条纹的移动量和移动方向与两光栅的相对移动量和 位移方向有严格的关系：当主光栅向右运动一个栅距W1， 则莫尔条纹向下移动一个条纹间距B；当主光栅向左运动， 则莫尔条纹向上移。
• 位移放大作用 由于两光栅的夹角θ 很小，若光栅常数W相等， 则有如下关系： W B
二、电感式滚柱直径分选装置
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测微仪
圆柱滚子
电感式滚柱直径分选装置 （外形）
（参考中原量仪股份有限公司资料）
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滑道 分选仓位
轴承滚子外形
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（参考无锡市通达滚 子有限公司资料）
落料振动台
滑道
11个分选仓位 废料仓
电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）
变阻式
测量范围
1mm~300mm 1mm~1000mm ± 0.15%应变 ± 0.3%应变 ± 0.25%应变 ± 0.2mm 1.5mm ~2mm 200 ~300mm ± 0.08~75mm ± 2.5~250mm 360°
准确度
± 0.1% ± 0.5% ± 0.1% ± 2% ± 2% ± 1%
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2. 电感式位移传感器 常用于微小位移测量，其测 量范围一般为几毫米 分辨率和测量精度可达 0.1μm~0.01μm 测量范围： ± 0.08mm~ ±75mm 非线性误差一般优于0.5% 灵敏度： 1.电压灵敏度 （500~2000）mV/mm 2.电流灵敏度 (0.1~1）mA/mm
超声波传感器 应用举例
超长距离检测
静态测量系统设计
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一、测量量分析 ① 测量范围 1mm, 1m, 1km,…… ② 测量精度 ±1μ, ±10μ, …… ③ 测量分辨率 ④ 使用环境 温/湿/振动/磁 ⑤ 测量方式 机/电，模拟/数字，手动/自动，在线/离线，
实时/非实时
① 工作场所 实验室/生产线 ② 测量节拍 测量间隔
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三、仪器制造环节 1.设计 2.生产、选用、订购 3.分装 4.总装 四、电路设计 五、显示