机械设计综合实验教程.doc

第三章实验数据采集与数据处理 ３.ｌ实验与测量 任何实验都离不开对参数的测量、观察与分析，本实验课程中将有不少测量方面的实验。如机械动力参数和运动参数的测量、零件几何参数的测量等。自动控制过程也离不开“测量”，在实际工业生产中也是如此，为了保证产品的质量，在产品的制造过程中必须对相关的参数实时进行检测。例如为了控制机器运动部件能准确地到达某一位置，必须对还未到达预定位置的偏离进行实时的检测，以便作出是否继续前进的决策，对驱动部分作出正确的控制。 随着科学技术的发展，机械工程领域的科技人员，不仅面临传统的静态几何量的测量，还越来越多地面临着许多动态物理量(诸如力、位移、振动、噪声、温度和流量等)的测量。因为，只有通过对这些动态物理量的测量，才能更全面深入了解各种机械设备的运行状况，或是某些产品生产过程中的物质变化情况等。这些静态、动态物理量的测量，需要采用相应的测量仪器，仪器的结构形式可以是纯机械的，或是光学的、电子的，现在很多仪器是基于光、电、机相结合的测量原理设计的。 对于动态变化的物理量，若有相应的传感器把它转变成按比例变化的电量，然后通过测量这一电量求得该物理量，将使连续测量变得容易、方便。这方法称为非电量电测法，机械制造业的工程技术人员，应当掌握这些常见动态物理量的电测法。 要完成一项具体的测试任务，必须懂得如何组成一个性能优良的测试系统，并能运用它有效地达到预定的测试目的。这就要求进行测试工作的人员，必须熟悉与测试系统有关的基础知识和技能，诸如测量基础知识、误差概念、传感器结构、原理和特性；典型的测量电路；信号的显示、记录方法；以及信号的分析处理技术等。 当今，计算机的应用已非常广泛和普及，使人们的工作、生活等方式起了翻天覆地的变化，测量仪器产品也不例外，同样有很大的变革。以通用计算机为平台的通用化、智能化和网络化的测量仪器及测试系统也得到了迅速发展，它充分利用了计算机的运算速度快、数据传输储存能力强等优势，把计算机扩展为所需要的仪器设备，其功能更胜于以往的传统仪器，这种仪器是通过软件设计灵活定义测试功能，我们通常称它为虚拟仪器。 ３.２ 测量基本知识 ３.２.1测量的定义和作用 测量是根据相关理论，用专门的仪器或设备，通过实验和必要的数据处理，求得被测量量值的过程。其本质就是为获得被测对象的量值而进行的实验过程。这个实验过程可能是极为复杂的物理实验，如地球至月球距离的测定，也可能是一个很简单的操作，如物体称重或卡尺测量轴的直径等。 对于一般的量（例如机械制造业中几何量）的测量，其实质往往仅是作同类量的比较，因此，常用下述的测量定义：将被测量与标准量相比较的过程。此过程可用数学表达式描述： 式中：Q—被测量， S， x 测量工作对于机器在设计、制造、使用阶段都具有非常重要的意义：（１）在制造过程中，通过对相关机械参数的监测，可及时进行工艺分析，以便确定合理的加工参数。自动化生产中，误差测量是自动控制系统中的关键环节，离此即失掉了控制的根据。（２）在设计过程中的试验测试，可获得设计所需的参数。（３）零件或产品完工后验收时，通过测量进行合格性、优劣性判断，以保证产品的质量。（４）机器运行中对机器设备进行工况检测，可监控机器作故障诊断预报。 测量是一个严格的过程，为了获得可靠的测量结果，必须根据实际情况选择适当的测量方法和测量仪器，必须保证良好的测量环境以提高测量的精度。同时，一个完整的测量过程，还必然涉及测量误差的分析、讨论，或是进行不确定度的评定。 3.2.2有关测量的术语 １．被测量 在机械工程中，常常需要对某些物理量的大小进行检测，通常把要检测的物理量称为被测量或被测参数。在机械运动参数和动力参数测试中经常遇到的被测量有：位移、速度、加速度、旋转机械的转速、构件的应力、机器的效率、功率、振动及噪声等。按被测量在测试中的变化情况，被测量可分为静态的和动态的两种. (1)静态量 所测量的物理量在整个测量过程中其数值始终保持不变，即被测量不随时间变化而变化，这种量称为静态量，例如:稳定状态下物体所受的压力、温度；机械零件的几何量，它包括尺寸（长度、角度） 简单测量系统有的简单到如水银温度计，它中心的毛细管内有水银，体积随温度变化，可测量温度的变化。有些需要由传感部分、变换放大部分和数值显示部分等多个部分组成，但都集成在一个仪表上，测量时同样很简单方便。例如，机械式转速表，数字式量具等都是简单测量系统。 复杂测量系统往往是在测得数据（信号）的处理过程需要做更多的工作，例如机械振动、噪声的测量分析，除了通过测量获得振动量（如加速