测试技术 (6)

例
经检定发现，量程为250V的2.5 级电压表在123V 处示值误差最大为5V，问该电压是否合格?
解：按表精度等级规定，2.5级表最大允许引用误差为2.5%， 而该表实际情况为：
5 100 % 2% 2.5% 250
结果：小于最大允许引用误差，电表合格。
（4）分贝误差 分贝误差 = 20×lg（测量结果÷真值）
4）物体的性质和成分量 空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、 液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色 5）状态量 工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态 （超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞 断裂等）
6）电工量
（U、I、f、R、Z、E、B 等）
2、测量误差定义 测量误差指测量结果与被测量真值之差，即 （测量）误差 = 测量结果 - 真值 （1）真值：被测量的客观真实值，是理想的概念，常用“约 定真值”代替。
测试技术
任课教师：王 蕊 B6-320 联系方式：690765 wangrui213022@163.com
绪
学习要求


论
掌握测试技术的基本概念；
掌握测试系统的组成； 了解测试技术的应用情况； 了解测试技术的发展动态；

掌握测量结果的分析与评价。
一、测试系统的基本概念
测试技术：测量和试验技术的统称，是确定被测对象的 属性和量值为目的的全部操作。 被测对象：宇宙万物（固液气体、动植物、天体…） 被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声…）


约定真值：被测量的实际值、已修正过的算术平均值。
实际值：利用高一等级精度的计量标准器具所复现的量 值，或测量实际表明它满足规定准确度要求，可用来代 替真值。
（2）测量结果：由测量所得的被测量值。
误 差
表示形式 性质特点
绝对 误差
相对 误差
系统 误差
随机 误差
粗大 误差
3、误差的表示方法
（1）绝对误差 ＝ 测量值－真值 说 明： a) 绝对误差可为＋，－ b) 如果用尺子和游标卡尺测量某一试件尺寸分别为 200.5mm 和 200.36mm，则 绝对误差 = 200.5－200.36 = 0.14mm
嵌入式计算机
智能化传感器能够对信 息进行处理、分析和调节， 能够对所测的数值及其误差 进行补偿，还能够进行逻辑 思考和结论判断，能够借助 于一览表对非线性信号进行 线性化处理，借助于软件滤 波器滤波数字信号。
IC总线数字温度 传感器
智能倾角RS232 传感器 智能压力网络 传感器
2、测量信号处理方面 计算机虚拟仪器技术 PC机＋仪器板卡 传统仪器 计算机软件 硬件分析电路
数据处理器 频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机
被测对象
传感器
中间变换 测量装置
实验结果 处理装置
激发装置
三、测试技术的广泛应用
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。测试技术应用涉及到航天、 机械、电力、石化和海洋运输等每一个领域。
1、工业自动化中的应用 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、机器人中的传感器
机床加工精度测量
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位„
检查轴承 滚珠是否脱漏
检查容器内的液位
4、PC机中的测试技术应用
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
5、测试技术在汽车中的应用日新月异
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件， 核心技术内容。 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工 作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制。 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震 传感器等。 底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防 抱死系统等。 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温。 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、图象等。
我们的工作
知名测试仪器生产商
1、工业自动化类传感器 美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）
http://www.honeywell.com/china 2、振动/噪声传感器 丹麦 B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）
http://www.bksv.com/
3、测量分析仪器 美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)
拦截器：能识别真假弹 头、敌友方。
10、测试技术在航天领域举足轻重
火箭测控—检测火箭状况、姿态、轨迹
飞行器测控—检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵
“阿波罗10”
火箭部分—2077个传感器
飞船部分—1218个传感器
神州飞船
185台（套）仪器装置 检测参数—加速度、温度、 压力、 振动、流量、应变、 声学等。

动态测量—对随时间快速变化的物理量的测量。
本书的主要研究对象
测量系统的用途

产品开发与工程试验
产品开发与 工程试验 测量装置 处理与 分析 参数设计
一般只要求不失真测量和显示物理量变化过程， 对滞后无要求。 控制系 统 要求测量系统的输出 以很小的滞后不失真跟踪 被测物理量。

输入 过程或系统
被控制量
测量装置 接口 接口 数字控制器

运行监测
运行中的机器 或系统 被监测量 测量装置
分析与诊断
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。
大型空气压缩机传动装置故障诊断
二、测试系统的组成
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。
信息转换
被测对 象 物理量 传感器
（2）相对误差 = 误差 ÷ 真值 当误差值较小时，可采用 相对误差 ≌ 误差 ÷ 测量结果 说明： a) 相对误差可+ ,－ b) 相对误差是无量纲数，常以百分比表示 （3）满度（引用）误差 = 误差 ÷引用值
说明： a) 此种表示方法只用于表示计量器具特性 b) 引用值指计量器具标称范围的最高值或量程 例：某温度计标称范围为-20 ~ +50℃， 则其量程为 70℃ ，引用值为 50℃ 。
烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
7、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。
指纹传感器
透光率传感器
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 物烘干检测)。
声级计
例：曹冲称象
方法：比较法
装置：船、石头、小秤
检查、测量，得到定性、定量的结果
例：空调机测量控制室温
被测对象： 室内空气 被测信息：温度 测试仪器：温度传感器—热电阻、热电偶
操作过程：空气→热敏电阻→电信号→处理→显示
工程测量的分类

静态测量—对静止的或变化缓慢的物理量的测量； 如：加工零件尺寸的测量
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。
石化企业输油管 道、储油罐等压 力容器的破损和 泄漏检测。
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。
汽车扭距测量
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。
车
6、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、电梯运行状况监测等。 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。
http://www.ni.com/
美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)
http://www.agilent.com.cn/
五、测量的基础知识
1、常见的被测量 1）热工量 温度t（℃ 、K、℉）、压力（压强）p（Pa）、压差Δp 、 真空度、流量q（m3）、流速v（m/s）、液位h（m） 2）机械量 直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度 a（ m/s2）、 转速 n（r/min）、应变ε（m/m）、力矩 T（Nm）、 振动、噪声、质量（重量）m（kg、t） 3）几何量 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、 硬度、 材料缺陷等
Biblioteka Baidu
温湿度传感器
温度传感器
8、测试技术在军事上的应用

1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占 8% 2003年伊拉克战争
90%
美军研制的未来单兵作战武器---OICW 理想单兵战斗武器(Objective Individual Combat Weapon)
9、测试技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD 1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5.卫星红外线监测系统 监测系统：探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道。
说明：a) 单位为dB b) 测量结果等于真值时，分贝误差等于0dB
例：设真值为2.00mA，测量结果为1.99mA，求分贝误差? 分贝误差 = 20×lg（1.99÷2.00）= -0.044dB
4、误差的来源 （1）原理误差：测量原理和方法本身存在缺陷和偏差 近似：理论分析与实际情况差异。 假设：理论上成立、实际中不成立。 方法：测量方法存在错误或不足。 （2）装置误差：测量仪器、设备导致的测量误差 机械：零件材料性能变化、配合间隙变化、传动比 变化、蠕变、空程 电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声 （3）环境误差：测量环境、条件引起的测量误差 空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰， 气流扰动 （4）使用误差：读数误差、违规操作
信息提取
中间变换 显示记录装 装置 置 电量 电量/数 字量
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度
电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式
电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器
笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡 显示及 记录装置
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。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗
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。
密歇根大学数字化工厂
2、 流程工业设备运行状态监控
电量
传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的 进步，人们在制造时可任意控制它们的成分，从而设计制造 出用于各种传感器的功能材料。用复杂材料来制造性能更加 良好的传感器是今后的发展方向之一。
F
+
如：半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料、“智能材料”等。
传感器+嵌入式计算机 智能传感器
振动网络传感器
5、误差的分类
(1) 随机误差 ( random error )
次 数 统 计
分 布 密 度
f ( )

产生原因—测量装置、环境方面、人员方面等 正态分布的特征—对称性、单峰性、有界性、抵偿性 处理方法—无限多次测量，实际中将算术平均值近似作为 被测量的真值。
化学量（PH、成份…）
生物量（酶、葡萄糖…） „ 全部操作： 测试器具—传感器、测试仪器、测试装置、测试系统 测试过程—信号的采集、处理、显示、输出
测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量 的测试原理和信号分析处理方法。 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。 简单的测试系统： 玻璃管温度计。 直接将被测温度 变化转化为液面 示值。 通常先将被测 物理量转换为 电量，再对电 信号进行处理 和输出。
神舟七号飞船内部结构
11、其他应用
航天 农业
„„
教学实验
气象预报
交通 医学
大地测绘 灾情预报 交通指挥
„„
涵盖
吃穿用、农轻重、海陆空
四、测试技术的发展趋势
1、传感器方面的发展
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
荧光材 料制作 的电子 鼻传感 器
生物酶血样分析传感器
热/光