单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 概 述,学习要求：,掌握测试系统基本组成。,掌握描述测试系统静态特性的各指标。,了解测试系统的发展方向。,1.1,热能与动力机械测试技术发展概况,测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段，它起着类似人的感觉器官的作用。,测试技术几乎涉及任何一项工程领域。,随着科学技术的进步，测试技术已形成一门独立的学科。,1.激光测距,2.检测车体外型,3.室内监测,一.测试技术发展概况,20世纪50年代以前，,机械式传感器,20世纪80年代以前，,非电量测量,非电量测量：非电量的电测量。,至今，计算机，智能化仪表，新型传感技术（激光、光纤传感，红外、超声波；虚拟测量、网络化测量）,二.测试技术的工程应用,在工程技术领域，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能等，都离不开测试技术。特别是近代自动控制技术已越来越多地运用测试技术，测试装置已成为控制系统的重要组成部分。,测试技术的工程应用,1.产品质量测量,在汽车等设备，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。,汽车发动机测试系统原理框图,发动机测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、润滑油压力、燃油压力以及每分钟的转速等。通过对抽取的发动机进行彻底的测试，生产工程师可以了解产品的质量,测试技术的工程应用,2.设备运行状态监控系统,在电力、冶金等众多行业中，对某些关键设备（如：汽轮机、水轮机、发电机等）的工作状态实施24小时实时动态监测，及时、准确掌握它的变化趋势，为工程技术人员提供详细、全面的机组信息，是设备由事后维修或定期维修向预测维修转变的基础。,汽轮发电机组,设备运行状态监测系统原理框图,机组绝大部分故障都有一个渐进发展的过程，通过综合监测振动、温度、压力、流量等参数变化过程，可及时预测设备的故障的发生，为设备的维修准备提供可靠依据。,测试技术的工程应用,3.家庭与办公自动化,在家电产品和办公自动化产品中，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。,利用传感器检测：衣物量多少设定水位；衣物重量、织物种类决定最优洗涤温度、洗涤时间；洗涤液的透光率，间接检测洗净程度。,全自动洗衣机,中的传感器,指纹传感器,透光率传感器,测试技术的工程应用,4.楼宇自动化,楼宇自动化系统（或称建筑物自动化系统），是将建筑物(或建筑群)内的消防、安全、防盗、电力系统、照明、空调、卫生、给排水、电梯及其他机械设备等设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。,某公司总部的楼宇自动化系统,该系统分为七个子系统：电源管理、安全检测、照明控制、空调、停车管理、水,/,废水管理和电梯监控。,三.测试技术的发展,传感器的发展：,智能化,集成化,小型化,高精度,开发新型传感器,测试技术的发展,测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；,计算机测试技术的发展：参数测量与数据处理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、绘图、状态显示及故障预报向自动化、集成化、网络化发展。,热能与动力机械测试技术,热能与动力机械工程,测量实验技术,互为促进,1.2 测量的基本概念,测量,借助专门的仪器设备把未知物理量与作为计量单位的标准量进行定量检查和比较，从而确定,被测量,的过程。,数值未知的物理量,一、测量方法,按测量值的获得方法分,直接测量：,a,直读法：,刻度尺,b,差值法：,U,型管,c,代替法：,光学高温计,d,零值法：,天平,间接测量,组合测量,二、非稳态和瞬变参数的测量,随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态和瞬变参数（或称动态参数）,这类参数要用显示式记录方式观察和记录被测量的变化过程和大小。,三、模拟测量与数字测量系统,被测量或它的变化不表现为“可数”的形式,模拟测量,模拟测量：将被测量转换成模拟信号，以仪表指针的位置或记录仪描绘的图形显示测量的结果。,特点：模拟信号含有“仿真”的意思，直观性强、简便、价格低；但测量精度低、指示器读数误差大。,数字测量：测量可直接用数字形式表示，通过模数,(A,D),转换将模拟信号转换成数字信号。,特点：测量精度高，操作方便，后处理方便，但对硬件要求高。,随着计算机和电子技术的发展，数字测量系统的应用日趋广泛A/D(模/数)转换技术,模拟信号 数字信号,数字信号易于处理和存储，可让仪表或计算机识别，加以操作和使用,1.3 测量系统的组成和分类,简单的测量系统可以只有一个模块：玻璃管温度计。,复杂的测量系统有多个模块：汽轮发电机组的设备运行状态监测系统。,一、测量系统的组成,按工作原理，任何测量系统都包括感受件，中间件和效用件三部分。,测量系统的组成,被测量,传感器,信号调理器,显示记录仪器,感受件,传感器,：物理量 电量,中间件,信号调节器：电信号 易于测量的电信号,效用件,显示记录器：模拟、数字、图形显示,传 感 器,传感器：直接感受被测量，同时对外界发,出相应的信号（一般为电信号）。,1.必须随被测量的变化而发生相应的内部变化(即输出信号)。,2、不受其他任何参数的影响而只随被测量的变化而发出信号。,3、发出的信号与被测量之间是单值的函数关系，即一个确定信号只能与被测量的一个值相对应。,二、测量仪器的分类,范型仪器：用以复制和保持测量单位，或用来对其他测量仪器进行标定和刻度工作的仪器；准确度高，保存和使用要求较高。,实用仪器：实际测量使用的仪器，分为试验室用仪器和工程用仪器。,1.4 测量系统的主要性能指标,测量系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。,简单 复杂,本节所指的测量装置,可以小到传感器，大到整个测试系统,测量系统的性能指标决定着测量结果的可靠程度,轴承故障检测仪,玻璃管温度计,1.精确度,表示测量结果与真值一致的程度，是系统误差与随机误差的综合反映，通常以,允许误差,的大小来表示。,允许误差：又叫,引用误差,，仪器读数允许的最大绝对误差折合为该仪器量程的百分数：,允许误差,允许的最大绝对误差,仪器的满量程刻度,精度等级,实际应用中，常用允许误差表示仪表质量（仪器准确度）的级别：,精度等级=,y,100,例如：,某压力表精度为,1.5,级，其满量程刻度为,5MPa,则该压力表在测量中可能产生的绝对误差不会超过,5,1.5%=0.075MPa,注意：,在精度相同的条件下，所选用的测量仪表量程不宜过大，一般使测量值在满刻度的2/3以上比较合适。,如：,两压力表精度均为,1.5,级，其中压力表A满量程刻度为,5MPa，,压力表B满量程刻度为,10MPa,，,如被测压力约为4MPa，则该选哪个压力表？,A：,5 1.5%=0.075MPa,B：,10 1.5%=0.15MPa,2.恒定度（回程误差、迟滞性）,仪器多次重复测量时，其指示值的稳定程度,用同一仪器对同一参数重复进行测量或相隔一段时间再测量时，指示值之间的最大差数与仪器量程之比的百分数（即变差），变差稳定表示仪器的恒定度好。,特例：,在同样的测试条件下，全量程输出范围,A,内，对于同一个输入量正行程与反行程所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为,H,max,，此时恒定度可称为迟滞误差：,迟滞误差产生原因:,由于仪器仪表中的磁性材料的磁滞、弹性材料,迟滞现象,、以及机械结构中的摩擦和游隙等原因，反映在测试过程中输入量在递增过程中的标定曲线与输入量在递减过程中的标定曲线往往不重合。,3、灵敏度,表征测试系统对输入信号变化的反应能力,若系统的输入有一个增量,x,，引起输出产生相应增量,y,，则定义灵敏度,S,为,S,=,y,/,x,说明：,灵敏度的量纲由输入和输出的量纲决定；,当输入与输出的量纲相同时，则灵敏度是一个无量纲的数，常称之为“放大倍数”。,应该注意的是，装置的灵敏度越高，就越容易受外界干扰的影响，即装置的稳定性越差。,4、灵敏度阻滞/感量,表征测试装置分辨输入量微小变化的能力，即,测试系统所能检测出来的引起输出量发生变化的最小输入变化量,X,，也叫分辨力。,在数字测量系统中通常以分辨率来表示,说明：,灵敏度阻滞与灵敏度有密切的关系，数值上等于灵敏度的倒数。,测试系统的分辨力越高，表示它所能检测出的输入量的最小变化量值越小。,数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量即为该系统的分辨力。,模拟测试系统，用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨力。,5、指示滞后时间,从被测量发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间，或称时滞。,时滞主要由仪器的惯性引起。,注意：1.,在选择或者设计一个测试系统时，要根据被测对象的情况、精度要求、测试环境等因素经济合理地选取各项指标；,2.,仪器的上述性能指标在使用过程中并非固定不变，往往是逐年变坏，所以，必须对仪器及时进行检验和校正。,1.5 现代计算机测试技术与系统简述,一、计算机测控系统的基本组成及功能,二、总线技术的应用,三、虚拟仪器,四、网络化测试仪器,机械式传感器,弹性压力计,膨胀式温度计,非电量测量,电阻式、电容式、电感式、压电式、磁电式、热电式等,