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非电量测量技术

目录

  • 下载完整的文件
  • 一、检测系统
    • 1、基本组成
    • 2、功能
  • 二、辨识单位
  • 三、量值
    • 1、量值的传递
    • 2.量值的溯源
  • 四、测试系统
    • 1、组成框图
    • 2、定义
    • 3、基本要求
  • 五、测量仪器的特性
  • 六、测量不确定性
    • 1、概念
    • 2.评价分类:A类和B类
    • 3、测量报告
  • 七、用标准钢球测量内锥角
    • 1、图1
    • 2、图2
    • 3、图3
  • 八、用正弦测量角锥度
    • 1.正弦两柱中心偏差引起的误差δα01
    • 2.所用量块组的尺寸偏差δH引起的误差δα02
    • 3.面对两个圆柱下公切面的平行度误差,正弦工作δh引起的误差δα03
    • 4.平板平面度误差引起的误差δα04
  • 九、相关测速法
    • 1、定义
    • 2、方法
    • 3、用途
    • 4、计算
    • 5、优势
  • 十、皮托管测速装置
    • 1、基本概念
    • 2、测速原理
    • 3、测量公式
    • 4.测量误差分析
  • 十一、压磁测力计
    • 1、原理
    • 2、方法
  • 十二、力矩测量中的传递方法
  • 十三、流量
    • 1、体积流量
    • 2、质量流量
    • 3、流量总量
    • 4、方法分类
    • 5.数学表达式
  • 十四、声压、声功率、声强以及声级计
    • 1.声压和声压级
    • 2.声强和声强
    • 3.声功率和声功率等级
    • 4、声级计
    • 5、工作原理

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一、检测系统

1、基本组成

检测技术包括检测和测试

  • **“检”:**试图以信号的形式中的一些待测量并以信号的形式表示。它在所使用的技术范围内回答是否有待测量的操作
  • **“测”:**量化待测量的信号是以一定的准确性回答待测量的大小问题。测量是指为确定对象属性和值而进行的所有操作。

2、功能

检测技术有以下三个功能: 1)被测对象中的参数测量功能 2)参数监测控制功能在过程中 3)测量数据分析、处理和判断功能

二、识别单位

  • **国际基本单位:**米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、摩尔(mol)、坎德拉(cd)
  • **国际补充单位:**弧度(rad)、球面弧度(sr)

三、量值

传递和追溯量值 目的:确保测试系统的精度

1.量值的传递

将国家计量基准复制的计量单位量值逐级传递给下一级计量器具,称为量值传递。它是强制性的。 意义:规定了检测系统的精度范围

2.量值的溯源

基层企业根据测量准确性的要求,自主寻求较好的不确定性参考标准来校准测量设备,甚至与国家或国际测量基准进行比较。这是量值传递的逆过程。

四、测试系统

1、组成框图

组成框图 从个完整的测试系统,从被测特征量的检测到最终处理和显示,也可以进一步分为几个较小的分系统。例如,将测量特征量转换为以电量为主要信号形式的传感器的检测分系统;改变检测信号,提高测量效率,方便数据处理;测量分系统;数据分析处理分系统;显示或记录测量的有用信号及其变化过程。必须指出,将测试系统划分为多个子系统的目的是便于对整个系统进行深入的分析和研究。

2、定义

它包括检测、变换、传输、分析、处理、判断和显示被测对象特征量的不同功能环节,称为测试系统。

3、基本要求

a. 测试系统的基本要求是信号不失真 b. 系统的信噪比必须足够大 c. 任何动态测试都有过渡过程 d. 可靠性高,实用,通用性好,经济

五、测量仪器的特性

a. 示值范围:显示装置上最大和最小示值范围 标称范围:当测量仪器调整到特定位置时,可获得的示值范围 b. 量程:标称范围两个极限值之差的模 c. 测量范围:测量仪器的误差在规定的极限内 d. 动态范围:仪器能测量的最强信号与最弱信号之比

六、测量不确定性

1、概念

测量结果变化的不确定性是指在一定值范围内表示被测真值的估值。 测量结果完整=被测值的估计值 不确定度

2.评价分类:A类和B类

A类,通过对一系列观测数据的统计分析来评估不确定性 B根据经验/其他信息确定的概率分布来评估不确定性

3、测量报告

测量结果一般使用扩展不确定度U表示 报告中,除给出U外,还应说明其计算所依据的合成不确定性、自由度、信心概率和包含因素

七、用标准钢球测量内锥角

1、图1

测量时,内锥的小径在下,大径在上。对于直径和长度较小的工件,可将直径略小于内锥大端直径的单球放入内锥,用仪器或高度测量钢球最高点与内锥端面的距离N,然后求内锥角α。

2、图2

对于较深的内锥孔,可以用两个直径不同、直径介于内锥大小直径之间的标准钢球测量,尺寸可以用仪器或高度测量M,再测出尺寸N,图片下面的公式可用于求求α。

3、图3

如果测量的内锥直径较大,则可以使用标准钢球和圆柱体。首先将圆柱放入内锥孔中,然后放入两个不同直径的标准钢球,然后测量尺寸M,N,α以上公式计算,与标准圆柱直径无关。

八、用正弦测量角锥度

正弦规按正弦原理工作,即在平板工作面和正弦规一侧的圆柱体之间放置一组H尺寸的量块,使正弦规工作面相对于平板工作面的倾斜角度α0等于被测角度(锥)度的公称值(如图所示)。量块尺寸H由下表决定 sinα0=H/L 将被测件放在正弦规工作面上,用正弦规前挡板或侧挡板正确定位,使被测角位于垂直于正弦规圆柱轴的平面上。

  • 若被测角的实际值α与公称值α0一致, 角块表面或圆锥形的上素线与平板工作面平行;
  • 若测角有偏差 △α≠0.将测微计移动到平台上,测量被测角上线两端的高差。两个测量位置之间的间距是l,测角块小端和大端的读数值分别为n1、n被测角偏差为2△α=(2-n1)/l
  • 若测量值n1、n2单位为微米um,测点间距l单位为毫米mm,而△α单位为角秒时,上式变为△α=260(n2-n1)/l,α=α0+△α

正弦规测量角度的误差由标准角度α0的误差和测量Δα时的误差两部分组成。标准角度α0的误差主要由以下四项组成:

1、正弦规两圆柱中心偏差引起的误差δα01

  • Sinα0=H/L
  • δα01=-tgα*δL/L

两圆柱中心矩偏差可用中心矩制造公差值δL(即偏差的最大值)来表示。如果采用高精度的测量方法将两圆柱中心矩实际值L测出,中心局偏差ΔL引起的角度系统误差即可被修正掉。

2、所用量块组的尺寸偏差δH引起的误差δα02

它们之间的关系是δα02= secα*δH/L

3、正弦规工作面对两圆柱下公切面的平行度误差δh引起的误差δα03

它们之间的关系是δα03=1*δh/L 如果在第1次测量以后,将量块组换置在正弦规另一个圆柱下面,组成标准角后再进行第2次测量,并取两次测得值的平均数作为测量结果,则可以消除δh引起的测角误差。

4、平板平面度误差引起的误差δα04

  • δα04 = seca*δp/L 这里δp是指放置正弦规和量块组区域内的平面度误差。应将规程中所给整个平板的平面度误差值适当缩小,作为δp值。为提高正弦规测角精度,应采用零级平板。 因此,标准角度的误差为: 由前面几式联立可以看出,欲减小标准角度的误差,需选择两圆柱中心矩L较大的正弦规。而且被测角度α越小时,标准角度的精度越高。由于角度的正切与正割两函数在超过45°以后增加变快,为保证测角精度,正弦规和平板间形成的标准角度不宜超过45°。

九、相关测速法

1、定义

利用求随机过程互相关函数极值的方法来测量速度。

2、方法

传感器检测易于从被测物体上检测到的参量(如表面粗糙度、表面缺陷等)。

3、用途

工程上可用于测量轧钢时 板材的轧制速度、液体流动的速度、汽车车速等。 相关法检测线速度原理:任何在物体运动方向上一定距离处布置的两个传感器,只要它们能够检测到标记运动物体的某种信号,那么物体的运动速度都可以用互相关的原理加以测定。

4、计算

设平稳随机过程观察的时间为T,则互相关函数 而 在测量时间T足够长的,则 其物理含义是 x(t) 延迟 to 后成 x(t-to),其波形将和 y(t) 几乎重叠,因此互相关值有最大值。 自相关函数是偶函数,即

5、优势

a. 相关测速法抗干扰能力强,能在复杂的干扰条件下准确测量 b. 只需检测到标记运动物体的某种信号,就能使用相关测速法 c. 可测量飞机、船舶、汽车等交通工具的速度以及流体的流速和轧钢时板材的轧制速度

十、皮托管测速装置

用途:是测量流体运动速度的主要工具。如水压式计程仪可测量船舶航行速度,积分后得出航程。飞机空速表指示飞行速度。

1、基本概念

我们把没有粘性的流体称为理想流体。理想不可压缩流体的伯努利方程(能量方程):理想不可压缩流体在重力场中作定常流动时,具有三种形式的能量:位势能、压力势能和动能,在流线上任何一处三者能量之和保持恒定,即

2、测速原理

感受全压力 pt,静压孔外管感受静压力 ps。

3、测量公式

由伯努利方程,可得 由于滞止点处代入上式,可得:

4、测量误差分析

  • 主要来源:静压力与动压力的测量误差,尤其是静 压力的测量值误差影响最大。
  • 主要因素: 皮托管方向没有正对流体 皮托管管径造成沿管外壁的流体线增长,从而使流速增大,静压减小。静压口距顶端越近,影响越大。流体受皮托管滞止,造成滞止点上游静压力增大,静压孔离支撑管越近,读数值越高。

十一、压磁式测力计

1、原理

受力作用后磁弹性体的磁阻(或磁导率)变化量与作用力成正比,测定了磁阻变化量即测定了力值。

2、方法

把同样形状的硅钢片叠起来就形成一个压磁元件,在压磁元件的中间部分开四个对称的小圆孔,一二和三四,并分别绕有两个正交的绕组。孔一二间的绕组w12加有励磁电源,叫做励磁绕组;孔三四间的绕组w34用于产生感应电动势,叫做测量绕组。若无外力作用,励磁绕组所建立的磁场对测量绕组没有输出;若受外力F作用时,铁心磁导率改变,测量绕组被励磁绕组的磁场交链而输出与作用力成正比的电信号,其输出电压U0=kUiFN1/N2

十二、力矩的测量中的传递法

  • 传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变化与转矩的对应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴,故传递法又称扭轴法。根据被测物理参数不同,基于传递法的转矩测量仪器有多种类型。在现代测量中,这类转矩测量仪的应用最为广泛。

当力矩作用在弹性轴上,轴会产生扭曲变形、剪切应变和应力

十三、流量

1、体积流量

2、质量流量

3、流量总量

4、方法分类

5、数学表达式

十四、声压、声功率、声强以及声级计

1、声压与声压级

  • 指某点上各瞬间的压力与大气压力之差值,单位为 Pa(帕)。
  • 是一个相对比较的量纲一的量(无量纲量)。相对于声压 p 的声压级, Lp定义为: Po为基准参考声压

2、声强与声强级

  • 在传播方向上单位时间内通过单位面积的声能量,以 I 表示,单位为W/m2 。
  • 声强与参考声强 I0 (取 I0= 10×10-12 W/m2 )的比值常用对数的 10 倍来表示,称为声强级 LI(单位为dB),亦是一种量纲一的量,定义为:

3、声功率及声功率级

  • 声源在单位时间内发射出的总能量,单位为W

4、声级计

是一种用来测量噪声级大小的仪器,它是噪声测量中最常用、最简便的测试仪器,他体积小,重量轻,便于携带。可应用于环境噪声、机械噪声、车辆噪声等。声级计通常都由传声器、放大器、衰减器,计权网络、检波电路、电表等组成。

5、工作原理

  • 声音信号通过传声器转换成电压信号,随后输入放大器成为具有一定功率的电信号。再通过具有一定频率响应的计权网络,经过检波则可推动以分贝定标的指示电表。
  • 校准方法有两种:一用内部电信号进行灵敏度校准。二是使用标准声源(活塞发声器或声级标准器),进行绝对声k级校准。

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