第二节 测量的基础知识 一、量与量纲
机械工程测试技术基础
量是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。 不同类的量彼此可以定性区别，如长度与质量是不同类的量。
同一类中的量之间是以量值大小来区别的。
1. 量值
量值是用数值和计量单位的乘积来表示的。它被用来定量 地表达被测对象相应属性的大小，如3.4m、15kg、40℃等。其 中，3.4、15、40是量值的数值。显然，量值的数值就是被测 量与计量单位之比值。
第二节 测量的基础知识
国际单位制(SI)的基本单位的定义 为：
机械工程测试技术基础
米(m)是光在真空中，在1/299792458s的时间间隔内所经路程的长度。 千克(kg)是质量单位，等于国际千克原器的质量。 秒(s)是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射 9192631770个周期的持续时间。 安(A)是电流单位。在真空中，两根相距1m的无限长、 截面积可以 忽略的平行圆直导线通过等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每 米长度上为2×10-7 N，则每根导 线中的电流为1A 。 开尔文(K)是热力学温度单位，等于水的三相点热力学温度1/273.16。
第二节 测量的基础知识 2．辅助单位
机械工程测试技术基础
在国际单位制中，平面角的单位——弧度和立体角的单位— —球面度未归入基本单位或导出单位，而称之为辅助单位。辅 助单位既可以作为基本单位使用，又可以作为导出单位使用。 它们的定义如下：
第二节 测量的基础知识
机械工程测试技术基础
第二节 测量的基础知识
在机械（或机电）系统试验、控制和运行监测中，需要测 量各种物理量（或其它工程参量）及其随时间变化的特性。 这种测量需通过各种测量装臵和测量过程来实现。 测量装臵和过程在总体上需满足什么样的要求，才能准确 测量到这些物理量及其随时间的变化是我们关心的问题。 为使测量结果具有普遍的科学意义需具备一定的条件： 首先， 测量过程是被测量的量与标准或相对标准量的比较 过程。作为比较用的标准量值必须是已知的，且是合法的，才 能确 保测量值的可信度及保证测量值的溯源性。 其次， 进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定， 以保证测量的有效性、可靠性，这样的测量才有意义。
下方面:
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
1.新原理新技术在测试技术中的应用 各种物理效应、化学效应、微电子技术，甚至生物学原 理在工程测量中得到广泛应用, 使得可测量的范围在不断扩大， 测量精度和效率得到很大提高。 例如在振动速度测量中，激光多普勒原理的应用，使得 不可能安装传感器进行测量的计算机硬盘读写臂与磁盘 片等 轻小构件的振动测量成为可能。 使用自动定位扫描激光束，使得大型客机机翼、轿车车 身等大型物体的多点振动测量达到很高的效率，只需几 分钟时间就可完成数百点的振动速度测量； 高达10MHz以上采样频率的数据采集系统可实现伴随金 属构件裂纹发生与发展的脉冲声发射信号的采集。 类似的例子不胜枚举。
显示或存储 敏感元件
转换元件
调理电路 接口 （数字化）
计算机（或含微理 信号调理 反馈、控制 或监测诊断
分析 结果
存储
图0-2 测量系统的一般构成
信号分析处理 信号分析处理
产品设计
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
模拟信号是泛指随时间连续变化的物理信号（各 种随时间 变化的物理量），经传感器变换后成为 电信号，但同样还是模 拟信号。这种信号在时间上是连续的，可以取任意时间值；在 幅值（大小）上也是连续的，即可以得到任意的合量值。 数字量虽然也表示随时间变化的物理量，但在时间和幅值 上都是离散的，亦即只能得到一定间隔的离散的时间和物理量 序列，而幅值的变化也不是连续的，而是以某个最小量（最小 量化电平）的个数来表示。 一般传感器的输出（经或未经信号调理）是模拟量，而只 有数字量才能被计算机所接受，才能进行各种数字计算或处理。 由模拟量到数字量必须通过图中所示的“数字化”处理， 即 “模/数转换”。
第二节 测量的基础知识
机械工程测试技术基础
2. 基本量和导出量
在科学技术领域中存在着许许多多的量，它们彼此有关。 为此专门约定选取某些量作为基本量，而其他量则作为基本量 的导出量。 量的这种特定组合称为量制。 在量制中，约定地认为基本 量是相互独立的量，而导出量则是由基本量按一定函数关系来 定义的。 3. 量纲和量的单位 “量纲”代表一个实体(被测量)的确定特征，而量纲单位则 是该实体的量化基础。例如，长度是一个量纲，而厘米则是长度 的一个单位；时间是一个量纲，而秒则是时间的一个单位。 一个量纲是惟一的，然而一种特定的量纲——比如说长 度— —则可用不同的单位来测量，如英尺、米、英寸或英 里等等。
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
光纤流速传感器
生物酶血样分析传感器
荧光材料 制作的电 子鼻传感 器
热 /光
电量
利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器。
第一节 测试技术概况 2.新型传感器的出现
机械工程测试技术基础
随着人造晶体、电磁、光电、半导体与其他功能新材料的 出现，微电子和精密、微细加工技术的发展，作为工程测 量技 术基础的传感器技术得到迅速发展。这种发展包括新型传感器 的出现、传感器性能的提高及功能的增强、集成化程度的提高 以及小型、微型化等。 微电子技术的发展有可能把某电路乃至微处理器和传感测 量部分集成为一体，而使传感器具有放大、校正、判断和 某些 信号处理功能，组成所谓的“智能传感器”。
振动网络传感器
嵌入式计算机
智能压力网络 传感器
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
3.计算机测试系统与虚拟仪器的应用 传感器网络及仪器总线技术、Intemet网与远程测试、测试 过程与仪器控制技术, 以及虚拟仪器及其编程语言等的发展都 是现代工程测试技术发展的重要方面。
用PC机＋仪器板卡 → 代替传统仪器 用计算机软件 →代替硬件分析电路
第二节 测量的基础知识
机械工程测试技术基础
在国际单位（SI）制中，基本量约定为：长度、质量、时间、 温度、电流、发光强度和物质的量等七个量。它们的 量纲分别 为：L、M、T、θ、I、N和J表示。 导出量的量纲可用基本量量纲的幂和乘积来表示。例如， 导出量—力的量纲是LMT-2，电阻的量纲是L2MT-3I-2。 工程上会遇到无量纲量，其量纲中的幂都为零，实际上它 是一个数。弧度（rad）就是这种量。
第一节 测试技术概况 二、测试技术的发展概况
机械工程测试技术基础
现代生产的发展和科学研究对测试技术的需求极大地推动 了测试技术的发展，而现代物理学、信息科学、计算机科学、 电子与微机械电子科学与技术的迅速发展又为测试技术的发展 提供了技术支持，从而促使测试技术在近20年来得到极大的发
展和广泛应用。现代工程测试技术与仪器的发展主要表现在以
a)产品开发与工程试验过程 b)过程与系统控制 c)监测与诊断
图0-1 系统的用途
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
图0-2中被测物理量（或信号）作为测量系统的输 入，它
经传感器变成可作进一步处理的电量，经 信号调理（放大、滤 波、调制解调等）后，可以通过模/数转换变成数字信号，从 而得到数字化的测量值，将其送入计算机（或仪器控制系统） 进行分析与存储，用于各种用途。
数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器 医疗卫生： 电子血压计：血压检测 --- 压力传感器 血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- 离子传感器
第一节 测试技术概况 四、课程的主要环节和本书概要
机械工程测试技术基础
本课程的研究对象是机械工程领域与设计有关的试验、 控制和运行监测中涉及到物理量及其他工程量的测量和测量 装臵与系统的性能，包括 物理量和其他工程量的测量方法 测试中常用的传感器 信号调理电路及记录 显示仪器的工作原理 测量装臵基本特性的评价方法 测试信号的分析和处理
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
工程测量可分为静态测量和动态测量。 静态测量是指不随时间变化的物理量的测量。例如机械 制造中通过被加工零件的尺寸测量，试图得到制成品的 尺寸和形位误差。 动态测量是指随时间变化的物理量的测量。也是本书的 主要研究对象。 在产品开发或其他目的试验中，一般要在被测对象运行过 程中或试验激励下，测量或记录各种随时间变化的物理量， 通过随后的进一步处理或分析，得到所要求的定量的试验结果。 在运行监测或控制系统中，实时测量的各种时间变量则用 于过程参数监视、故障诊断或者作为控制系统的控制、反馈变 量。
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
不同的用途对测量过程和结果的要求也不同，例如在反馈 控制系统中，可能要求测量系统的输出以很小的滞后（理想的 情况是没有滞后）不失真地跟踪以一定速率变化的被测物理量。 如果只要求不失真地测量和显示物理量变化过程，则对滞后就 没有要求。因此，不同的用 途和要求, 测量系统的组成环 节及其构成方式也不同。 图0-1中实验及各种过程中 的物理量真值、变量或测量 值，若随时间变化，通常称 为信号。
我们的工作
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
测试技术在日常生活中的应用与日俱增
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 办公商务：扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管
摩尔(mol)是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元与 0.012kg碳-12的原子数目相等。使用摩尔时，基本单元可以是原子、 分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。