1、材料加工測試技術材料加工測試技術材料加工測試技術材料加工測試技術 張占領張占領河南科技大學材料學院河南科技大學材料學院材料加工測試技術材料加工測試技術內容提要內容提要 主要介紹：主要介紹：材料工程生產、檢驗、實驗等領域中常見物理材料工程生產、檢驗、實驗等領域中常見物理量（壓力、應變、位移、溫度、流速等）的傳感器測量原量（壓力、應變、位移、溫度、流速等）的傳感器測量原理、測量電路原理和信號分析方法，以及傳感器的具體應理、測量電路原理和信號分析方法，以及傳感器的具體應用。用。 學習方法：學習方法：材料加工測試技術是一門與材料科學、微電子材料加工測試技術是一門與材料科學、微電子技術、信息技術密切相關

2、的快速發(fā)展的學科，是培養(yǎng)學生技術、信息技術密切相關的快速發(fā)展的學科，是培養(yǎng)學生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎課。學習時應充分解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎課。學習時應充分利用課程所開設實驗和案例。利用課程所開設實驗和案例。 問題：問題：1.傳感器部分只有圖片，沒有實物對象；傳感器部分只有圖片，沒有實物對象； 2.傳感器原理復雜，信號分析理論部分深奧、難懂。傳感器原理復雜，信號分析理論部分深奧、難懂。材料加工測試技術材料加工測試技術主要內容主要內容第一章 緒論第二章 材料工程的測試系統(tǒng)第三章 檢測轉換原理第四章 基本參量的測量第五章 測控儀表第六章 溫度的調節(jié)材料加工測試技術材料加工測試

3、技術學習要求：學習要求：1.掌握測試技術的概念及研究內容掌握測試技術的概念及研究內容2.了解測試技術的應用情況了解測試技術的應用情況 3.了解測試技術的發(fā)展動態(tài)了解測試技術的發(fā)展動態(tài) 第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術1.1 材料工程的測試技術材料工程的測試技術 測試技術是測試技術是實驗科學的一部分實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法；是進行各種科學實驗測量原理和測量信號分析處理方法；是進行各種科學實驗研究和生產過程參數測量研究和生產過程參數測量必不可少的手段必不可少的手段，起著人的感官，起著人的感官的作用。的作用。 材

4、料工程領域中新材料研究、新材料制備、新材料加工材料工程領域中新材料研究、新材料制備、新材料加工技術等需要對加工工藝、生產工藝精確測試和控制；材料技術等需要對加工工藝、生產工藝精確測試和控制；材料性能的測量和試驗、探傷也需要測試技術。性能的測量和試驗、探傷也需要測試技術。 主要內容：主要內容：檢測的概念和一般方法、測量誤差和處理、檢測的概念和一般方法、測量誤差和處理、被測參數檢出原理和檢測系統(tǒng)的構成、試驗檢測和控制的被測參數檢出原理和檢測系統(tǒng)的構成、試驗檢測和控制的常用裝置（儀器儀表）、常用的控制基本原理及相關方面常用裝置（儀器儀表）、常用的控制基本原理及相關方面的最新發(fā)展。的最新發(fā)展。第一章第

5、一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術測量：測量：以確定量值為目的的一組操作（國際通用計量學以確定量值為目的的一組操作（國際通用計量學 基本名詞）。被測量與單位標準量進行比對。基本名詞）。被測量與單位標準量進行比對。測試：測試：以試驗為目的的測量，是測量和試驗的綜合。以試驗為目的的測量，是測量和試驗的綜合。檢驗：檢驗：分辨出參數量值的范圍帶，判斷其被測量是否合格分辨出參數量值的范圍帶，判斷其被測量是否合格或現(xiàn)象的有無。或現(xiàn)象的有無。檢測：檢測：測量測量+檢驗。檢驗。檢出：檢出：將被測控對象所包含的有用信息的信號檢出來。將被測控對象所包含的有用信息的信號檢出來。第一章第一章 緒論緒論材料

6、加工測試技術材料加工測試技術1.2 1.2 測量誤差和提高準確度的方法測量誤差和提高準確度的方法1.2.1 1.2.1 測量誤差概述測量誤差概述 研究對象某參數量值的真值（絕對精確值）是存在的，但研究對象某參數量值的真值（絕對精確值）是存在的，但被測量得出的量值與真值總會有誤差。應把誤差控制在所允被測量得出的量值與真值總會有誤差。應把誤差控制在所允許的范圍內。許的范圍內。1 1）誤差產生的原因）誤差產生的原因 （1 1）測量方法）測量方法 （2 2）測量設備）測量設備 （3 3）環(huán)境）環(huán)境 （4 4）測量人員）測量人員材料加工測試技術材料加工測試技術2 2）測量誤差的分類）測量誤差的分類 （1

7、 1）表示方法：絕對誤差，相對誤差）表示方法：絕對誤差，相對誤差 （2 2）使用條件的滿足程度：基本誤差（儀器儀表在標）使用條件的滿足程度：基本誤差（儀器儀表在標準條件下使用，固有誤差），附加誤差（偏離使用條件）準條件下使用，固有誤差），附加誤差（偏離使用條件） （3 3）被測量變化速率：靜態(tài)，動態(tài)）被測量變化速率：靜態(tài)，動態(tài) （4 4）誤差與被測量的數值關系：）誤差與被測量的數值關系： 定值誤差（如指針不指零）定值誤差（如指針不指零） 累積誤差（誤差值大小和被測量成正比變化）累積誤差（誤差值大小和被測量成正比變化） 整量化誤差（連續(xù)信號變換成離散信號的整量化整量化誤差（連續(xù)信號變換成離散信號

8、的整量化過程）過程） （5 5）誤差出現(xiàn)的規(guī)律：）誤差出現(xiàn)的規(guī)律： 系統(tǒng)誤差，隨機誤差，緩變誤差，粗大誤差（操系統(tǒng)誤差，隨機誤差，緩變誤差，粗大誤差（操作失誤）作失誤）第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術1.2.2 提高測量準確度的方法提高測量準確度的方法 根據誤差產生的原因和出現(xiàn)的規(guī)律分析。根據誤差產生的原因和出現(xiàn)的規(guī)律分析。1）隨機誤差的估算）隨機誤差的估算 符合正態(tài)分布。符合正態(tài)分布。:誤差；誤差；:均方根誤差均方根誤差(標準誤差標準誤差)； 正態(tài)分布特點：正態(tài)分布特點： -至至+之間概率之間概率0.6827， 2：0.9545； 3：0.9973； 6：0.99999

9、66 置信系數：置信系數：K1，2，3（幾個（幾個） 置信概率：與置信系數置信概率：與置信系數K相應的概率，相應的概率，p=1-，為超限概為超限概率。率。 不確定度：不確定度：K，常用，常用e表示表示第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術2）粗大誤差的減小和剔除準則）粗大誤差的減小和剔除準則 發(fā)現(xiàn)出錯，隨時剔除，重新測量。發(fā)現(xiàn)出錯，隨時剔除，重新測量。 拉依達準則：剔除拉依達準則：剔除3以外的測量值。以外的測量值。第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術1.3 檢測的一般方法檢測的一般方法 檢測對象千變萬化，待測參數眾多，量值范圍寬，環(huán)境多檢測對象千變萬化，待測參

10、數眾多，量值范圍寬，環(huán)境多變，發(fā)展出多種測量方法。變，發(fā)展出多種測量方法。1）電測量和非電量電測）電測量和非電量電測 電量測量：電量測量：成熟。成熟。 非電量測量：非電量測量：通過傳感器將待測非電量轉換成電參數測出，通過傳感器將待測非電量轉換成電參數測出，再按原轉換規(guī)律逆向找出待測非電量。再按原轉換規(guī)律逆向找出待測非電量。 傳感器：傳感器：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。用輸出信號的器件或裝置。 敏感元件：敏感元件：傳感器中直接感受或響應被測量，輸出與被測傳感器中直接感受或響應被測量，輸出與被測量成確定關系的其它量。量

11、成確定關系的其它量。第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術2）主動檢測和被動檢測）主動檢測和被動檢測 主動檢測：主動檢測：主動向被測對象施加能量，根據響應情況實主動向被測對象施加能量，根據響應情況實現(xiàn)檢測。現(xiàn)檢測。 被動檢測：被動檢測：無須向對象施加能量既實現(xiàn)檢測。無須向對象施加能量既實現(xiàn)檢測。3）接觸檢測和非接觸檢測）接觸檢測和非接觸檢測4）偏差法、平衡法、微差法，替代法、計數法）偏差法、平衡法、微差法，替代法、計數法 偏差法：由模擬的顯示儀表指針偏轉反映被測量大小。偏差法：由模擬的顯示儀表指針偏轉反映被測量大小。 平衡法：調節(jié)標準量與被測量平衡平衡法：調節(jié)標準量與被測量平衡

12、(天平天平,電位差計電位差計)。 微差法：偏差法微差法：偏差法+平衡法平衡法(不完全平衡不完全平衡)。 替代法：替代法： 計數法：計數法：第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術5）直接法、間接法、組合法）直接法、間接法、組合法 直接法：被測量與標準量直接對比。直接法：被測量與標準量直接對比。 間接法：由測出的與被測量有關系的幾個量計算得出被間接法：由測出的與被測量有關系的幾個量計算得出被測量測量(電阻率電阻率)。 組合法：測量多種組合關系，求解方程組得出被測量。組合法：測量多種組合關系，求解方程組得出被測量。電阻率與溫度的關系。電阻率與溫度的關系。第一章第一章 緒論緒論材料加工測試技術材料加工測試技術1.4 檢測技術的新發(fā)展檢測技術的新發(fā)展 檢測遇到的檢測遇到的困難越來越多：困難越來越多：對象復雜，參數難測，環(huán)境對象復雜，參數難測，環(huán)境惡劣。惡劣。 發(fā)展動力：發(fā)展動力：基礎理論，辨識、濾波、模糊控制、神經網基礎理論，辨識、濾波、模糊控制、神經網絡技術，電子技術、計算機軟件和硬件。絡技術，電子技術、計算機軟件和硬件。1）軟測量技術（軟儀表）：傳感器測出信號，計算機建）軟測量技術（軟儀表）：傳感器測出信號，計算機建模計算出待測參數值模計算出待測參數值2）多傳感