材料测试技术复习皖西学院

第1页共20页材料测试技术第一章1.测试技术未来发展方向1)开发新材料，发展、利用新效应2)提高传感器性能和检测范围3)微型化与微功耗4)集成化与多功能化5)智能化6)数字化和网络化2.测试系统由哪些环节组成？传感器：将被测量（非电量）变成电量信号调理：对传感器的输出进行隔离放大、运算、驱动等预处理，输出标准信号信号处理：包括对信号进行数字量化在内的进一步处理，以获得所需的最终结果信号显示：对最终结果进行可视输出3.信号的分类-------（填空）1）按信号随时间的变化特征分类—确定性信号与非确定性信号；2）按信号幅值随时间变化的连续性分类—连续信号与离散信号；3）按信号的能量特征分类—能量信号与功率信号；4）从分析域上分类—时域信号与频域信号4.周期信号的频谱特点-------（填空）1离散性周期信号的频谱是离散的。2谐波性每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数。3收敛性各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值的总趋势是随谐波次数的增高而减少的。5.周期信号的频谱信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从另一个角度来了解信号的特征。动态信号从时间域变换到频率域主要通过傅立叶级数和傅立叶变换实现周期信号靠傅立叶级数，非周期信号靠傅立叶变换。6.测试系统的定义定义：为完成某种物理量的测量,而由具有某一种或多种变换特性的物理装置构成的总体7.测试系统中的三类问题：1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。(应用于检测、系统识别和故障诊断)2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。(反求)3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测）8.测试装置的静态特性如果测量时，测试系统的输入、输出信号不随时间而变化（变化极慢，在所观察的时间第2页共20页间隔内可忽略其变化而视作常量），则称为静态量测。静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静态响应特性1).精度精度：测量系统的示值和被测量的真值相符合的程度。是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标绝对误差=测量结果(示值)－被测真值相对误差=绝对误差/被测真值x100%引用误差=绝对误差/满量程值x100％仪器的精度等级一般用最大引用误差来标称。2).灵敏度当测试系统的输入xx，引起输出yy时，则定义:当输入与输出的量纲相同时，灵敏度为无量纲的数，称为“放大倍数”或“增益”线性系统灵敏度的特性曲线为一条直线，非线性系统灵敏度的特性曲线为一条曲线灵敏度反应测试系统对输入量变化反应的能力：灵敏度越高，测量范围往往越小，稳定性越差。0输出输入21xy1——标定曲线2——拟和直线xy1x2x1y2y静态测试灵敏度3).非线性度非线性度:测量装置输入、输出之间的关系(标定曲线)与理想比例关系(拟合直线)的偏离程度。非线性度的衡量在测试系统的标称输出范围(全量程)A内，标定曲线与其拟合直线的最大偏差B与A的比值，即式中，A——输出信号的变化范围；B——标定曲线与其拟合直线下最大偏差，以输出量计。4).重复性重复性是指测试系统在输入量按同一方向连续多次测量时所得特性曲线不一致的程度。（反应精密度的指标）衡量测量结果分散性的指标，即随机误差大小的指标非线性度＝B/A×100％S=y/x第3页共20页5).滞差（回程误差）测试系统在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为:原因：弹性滞后、间隙、材料变形、长期使用轴承摩擦等1）,2）,3）,4），5）----选择判断9.测试装置的动态特性动态特性:输入量随时间作快速变化时，测试系统的输出随输入而变化的关系。在对动态物理量进行测试时，测试系统的输出变化是否能真实地反映输入变化，则取决于测试系统的动态响应特性。输入(重量)输出(弹簧位移)x(t)y(t)(a)线性弹簧的比例特性弹簧(线性比例特性)输入(激励)输出(响应)x(t)y(t)(b)一般系统与输入/输出的关系测试系统(对信号的传递特性)用特定的输入信号作用于测试系统，测量输出(已知)，由此推断系统的传输特性。(系统辨识)传递函数：微分方程是在时域表达系统的动态特性；传递函数是在初始条件为零时，系统输出量的拉式变换与输入量拉式变换之比，表达系统的动态响应特性输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比为系统传递函数H（S）)()()(SXSYsH传递函数是一种对系统特性的描述。它包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。传递函数是一种对系统特性的解析描述，具有普遍意义，它即反映了系统稳态过程也反映了系统响应的瞬态过渡过程。传递函数特点1）传递函数与输入无关，它只反映系统的特性2）传递函数只反映系统的响应特性，与物理结构无关，因而同一传递函数可能表征两个以上不同物理系统。3）H（S）虽与输入无关，但它描述了输入和输出的一一对应关系，即使输入输出有不同的量纲，用传递函数描述的系统传输，转换特性也能真实反映这种变换。10.典型系统的频率响应特性（一阶系统频率特性）：令K=1滞差=(hmax/A)×100%第4页共20页21111arctanAHYHXj重要例：求周期信号x（t）=0.5cos10t+0.2cos（100t-45°）.........and作业5,6,7第二章传感器是将被测物理量按一定的规律转换为与其对应的另一种物理量输出的装置第5页共20页第6页共20页第7页共20页第8页共20页传感器信号处理的主要目的：根据传感器输出信号的特点，采取不同的信号处理方法来提高测量系统的测量精度和线性度。第9页共20页第10页共20页电阻应变仪：有静态，动态，遥测等多种类型。应变仪的基本组成：（1）电桥：将应变片电阻变化→电压或电流变化（调制）。（2）振荡器：将输入直流电压作为供桥电压（信号输入）→高频载波电压，作为供桥电压和相敏检波器的参考电压。（3）稳压电源：将市网电压→稳定的直流电压，供给振荡器和放大器。（4）载波放大器：对电桥输出的调幅波信号进行不失真的电压和功率放大，使其有足第11页共20页够的功率去推动记录仪。（5）相敏检波器：将放大的条幅波还原成与被测信号形状相同的波形（调解）。（6）低通滤波器：将相敏检波器的输出波形滤掉其中的高频载波分量。第三章第12页共20页第13页共20页第14页共20页第四章流体参量的测量：压力测量和流量测量是工程测试领域中的一个重要的物理量。压力的定义流体或固体垂直作用在单位面积（S）上的力（F）称为压力（p），也称压强。而工程上则习惯于称其为压力。压力单位是Pa(帕)，1Pa=1N/m2。1个标准大气压=101325Pa=1.01325工程大气压一.压力测量的弹性元件压力测量弹性元件通常有波登管、膜片、波纹管等。第15页共20页二.常用压力传感器1.应变式压力传感器（1）膜片应变式压力传感器（2）筒式应变压力传感器2.压阻式压力传感器3.压电式压力传感器4.电感式压力传感器5.差动变压器式微压传感器流量的概念：流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量。—体积流量（m3/s)—质量流量(kg/s)。一、常用的流量计1.压差式流量计2.阻力式流量计（1）转子流量计（2）靶式流量计3.容积式流量计(1)椭圆齿轮流量计(2)腰轮转子流量计4.涡街流量计5.测速式流量计速度式流量计是从直接测量管道内流体流速v作为流量测量依据的。测速式流量计主要有电磁流量计、涡轮流量计,超声波流量计、皮托管流速计和几种。一、测量传声器传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。由声音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经变换器将此机械运动转换成电参量的变化。根据变换器的形式不同有以下几种传声器：电容式、压电式、电动式等。2、雷达测速第16页共20页2.惯性式测振传感器3、脉冲式测速传感器转速的测量按测量原理—模拟法、计数法和同步法；按变换方式—机械式、电气式、光电式和频闪式等。在模拟式测量中，需要采用能将位移量转换为电量的传感器。常用位移传感器：电阻式传感器(电位器式和应变式)电感式传感器(差动电感式和差动变压器式)电容式传感器(变极距式、变面积式和变介质式)电涡流式传感器光电式传感器及光导纤维传感器超声波传感器光栅式传感器薄膜传感器等常规长度的常用工具有（钢）直尺、钢卷尺等.用这些工具测量可准确测出0.1cm，要准确测出更小尺度，则需用游标卡尺、螺旋测微器（又叫千分尺），另外还有电学测量技术、光学测量技术；电学测量技术电涡流传感器测量、电容传感器测量等；光学测量技术：激光干涉法、光杠杆法、光栅尺测量技术等；宏观尺度的长度：超声波测距和激光测距等；微观尺度的长度量测量主要有显微镜测量技术。显微镜测量技术：光学显微镜、电子显微镜、隧道扫描显微镜等精确度更高的测量仪器。物位是液位、料位、以及界面位置的总称。包括直读式、压差式、浮力式、音叉式、静压式、电容式、超声波式、射频导纳式等。温度的测量1膨胀式温度计2热电阻测温3热电偶测温第17页共20页4热辐射测温测振传感器1.惯性式测振传感器2.磁电式速度传感器①磁电式绝对速度传感器绝对（惯性）式速度传感器安装在测量对象上。②磁电式相对速度传感器顶杆接触测量对象，输出与固定壳体的相对运动速度。3.应变式加速度计质量块的振动作用于应变梁，用应变计测量应变梁表面的应变。当工作频率远小于固有频率，并且阻尼比等于0.7左右，应变值与壳体的加速度成正比。4.压电式加速度传感器压电式加速度传感器又称压电加速度计5.电涡流式位移传感器涡流式位移传感器的主要特点之一是非接触测量。测量装置包括探头和适配器（前置放大器）。适配器一般采用直流电源，输出电压与探头前面的间隙成正比。第五章5.1板带宽度测量热轧带钢车间使用光电测宽仪，冷轧车间使用伺服式冷轧测宽仪和CCD测宽仪。1.光电测宽仪按结构分为：旋转镜鼓式和旋转狭缝式。光电测宽仪有两种，一种是带钢温度较高(约900℃以上)的情况。如粗轧时，使用在长波区域具有光谱灵敏度的光电倍增管，直接利用从被测物体射来的红外线进行宽度测量。另一种是带钢温度较低的情况。如精轧时，因带钢薄，其边缘附近的温度显著下降．则放置光源，由带钢的影子来测量。.2.线型CCD测宽仪5.2板带厚度测量厚度测量有间接测厚和直接测厚两种方式。间接测厚的方法有：工作辊开口度测量法、轧制力测量法、轴承座位移测量法和轧辊位移测量法等。直接测厚按测量头与被测材料之间的关系，可分为接触式测厚仪和非接触式测厚仪。非接触式测厚仪的种类很多，目前，在轧制生产中比较常用和成熟的是核辐射线测厚仪和x射线测厚仪，它们统称射线测厚仪。此外还有：激光测厚仪、微波测厚仪、涡流测厚仪、光学测厚仪、气动测厚仪以及红外线测厚仪等。射线测厚仪主要特点：(1)可进行连续和不接触地测量；(2)测量精度较高；(3)反应速度较快;(4)能够给出供显示、记录与控制的电信号。1.无损检测与无损探伤无损检测(缩写为NDT)，以不损害被检对象未来用途和功能的方式，为探测、定位、测第18页共20页量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征、表面质量等，而对材料和零(部)件所进行的检测。如果检测的目的是发现伤损，称为无损探伤（NDI）常用的无损检测方法有6种：目视检测方法（VT）—表面渗透检测方法（PT）—表面开口涡流检测方法（ET）—表面和近表面磁粉检测方法（MT）—表面和近表面射线检测方法（RT）—内部缺陷超声波检测方法（UT）—内部缺陷6.2.1涡流检测原理涡电流：若一金属板置于一只线圈的附近，当线圈输入一交变电流时，便产生交变磁通量，金属板在此交变磁场中会产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称之为涡电流或涡流。涡流的大小与金属板的电阻率ρ、磁导率μ、金属板与线圈的距离δ、激励电流角频率ω等参数有关。1.不连续的方位会影响涡流的可侦测性2.集肤效应涡流检