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通常测量的参数有： 1)力参数：力、力矩、张力等。 2)工艺参数：温度、宽度、厚度、压下量等。 3)运动参数：位移、速度、加速度、转角等。 4)电参数：电演、电压、功率等。 从测定方法来看，上述这些参数中，除了几何参数采 用直接测量外，其它各种参数的测量一般采用非电量电测 法和电旦电测法。
二阶测量系统的阶跃响应有如下性质： 1)阶跃响应函数曲线有三种。 β＞1时，y／KA缓慢增大，逐渐趋于1，但不会越 过1。 β＜l时，y／ KA必然超过1，振幅做衰减振动。 β＝l时，介于上述二者之间，不产生振动。
• (2)曲线形状取决于β值。 β定义为阻尼度，表示系统的阻尼程度。 尽过大或过小均使输出趋于稳定时间过长。为提高响应速度，通常取 β＝0．6－0．8之间。 • (3)阶跃响应速度亦取决于w。, w。 是β＝0时的角频率，称为固有 角频率。在β一定时，w。越大，则响应速度越高。 • 二 频率响应 (一)一阶测量系统的频率响应 一阶测量系统的传递函数为
• (二)对测量系统的要求 • 为了正确地进行信号转换，对测量系统各组成部分提出如 下要求： • 1．灵坡度高 在整个测员范围内，应有足够大的输出信 号。 • 2．振幅特性好 在整个测量范围内，输出与输入应保持 线性关系，非线型失真要小。 • 3 ．频率特性好 对信号中的各种频率成分应保持相同的 转换系数，不能因频率不同而异。 • 4．稳定性好 在测量过程中，零点、灵敏度、转换系数 等不应随环境条件变化而波动，对周围的各种干扰应有较 好的抑制力。
• 二、动态特性 • 要使测量系统能测量迅速变化的物理量，就必须研究测量 系统的动态特性。 • （一）测量系统的传递函数 • 根据相应的物理定律，将测量系统转化成数学模型即传递 函。传递函数定义为输出信号对输入信号之比。 • 测量系统的传递函数采用反映输入、输出关系的微分方程 式表示。由于测量系统一般那是线性系统，所以其传递函 数多是线性常微分方程。
第一章 测量系统及其主要特性
• 第一节 测量系统 一、测量系统组成 传感器、测量电路、显示（记录）仪器或数据处理等三大部 分 。 二、对测量系统的基本要求 1、灵敏度高 2、线性好 3、精度高 三、测量系统的分类 （一）模拟测量系统 （二）数字测量系统
• 第二节 测量系统的基本特性
• 一、静态特性 • 在静态测量中，当输入量和输出量是不随时间变化的信号 时，则测旦系统命输出量与输入量之间的关系称为测量系 统的静态特性。通常以灵敏度、线性和滞后等参数表示。 • （一）、灵敏度 • 在静态的情况下，由实测来确定测量系统输入——输 出关系的过程称为静态标定，这样得到的输入——输出关 系的特性曲线称为标定曲线。静态灵敏度可以定义为标定 曲线的斜率，即单位输入变化所引起的输出变化。灵敏度 S的数学表达式为
图1-3 滞后
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测量系统的静态特性参数用静态标定法测定。首先对所 用的测量系统，施加一系列已知的输入信号，分别测出对 应的输出信号；用回归分析法分别求出增减过程的回归直 线；根据上述方法求出灵敏度度S、线性度和滞后量H等参 数。对于测量系统来说，希望线性度和滞后量越小越好。 若测量系统的静态特性不符合测试要求，则应找出根源所 在，没法消除，以至更换。
• 一、非电量电测法的测量系统 • 非电量电测法就是利用一些物理现象将被测量的非电 量转换成电星，再经过电子仪器放大、记录(显示)，得到 与非电量成比例的曲线，经过标定即可得到非电量的大小。 现测力为例．说明其转换过程如下：
• (—)测量系统的组成： • 1．传感器 它的作用是将感受到的非电量转换成电 量，以便进一步放大、记录或显示。实现这种转换作用的 装置叫做传感器。它由两部分组成：一部分是直接承受非 电量作用的机械零件或专门设计的弹性元件；另一部分是 敏感元件(例如，电阻应变片等)。 • 2．电阻应变仪 它的作用是将传感器输出的微弱信 号进行放大，并以电压或电流形成式输出，以推动指示器 或记录器工作。例如，YJ—5型静态电阻应变仪、Y6D—3A 型动态电阻应变仪等。 • 3．记录器或指示器 它的作用是记录和显示被测信 号，供进一步分桥和数据处理之用。它可以是—般的电气 仪表，也可以是笔录仪、光线示波器、磁带记录器等。
• 一阶测量系统的频率响应函数
其幅值为输出与输入的振幅比B／A，即
复数的相角为输出与输入的相位差 一阶测量系统的频率响应有如下性质：
• (二)二阶测量系统的频率响应 二阶测量系统的传递函数为
二阶测量系统的频率响应函数
由上式可得幅频特性表达式及相频特性表达式，即为
• 二阶测量系统的频率响应有如下性质： • （1） β较小时，B／A＞1较大时， β＜l。只有在β＝ 0．6－0．8时， B／A＝1的频率范围最大，且φ与频率呈 近似线性关系。所以为获得较宽的频率范围，且稳态响应 动误差较小，二阶测量系统的阻尼度取β＝0．6—0．8。 • (2) 系统的频率响应随固有角频率w而不同。w越高，稳态 响应动误差小的工作频率范围越宽。
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二、本门课程之目的 本门课程之目的在于使学生通过测试技术的基础理论 学习和实验，初步掌握轧制参数的测试方法和技能，为以后 的生产实验和科学研究打下必要的基础。 测试技术对生产和科研都有着重要作用： (1)利用现代的测试手段研究和鉴别生产过程中发生 的各种物理现象，以对现有工艺、设备、产品质量等进行剖 析，明确进一步改进方向。 (2)摸清现有设备的负荷水平，在保证设备安全运转条 件下，充分发挥现有设备潜力，以达到高产、优质、低消耗 之目的。 (3)通过测定现有设备或新设备主要部件的受力状态、 运动规律等，从而判断该设备的性能是否符合设计要求。 (4)通过对测试结果的综合分析，可为科研人员验证 现有理论和建立新理论、人员确定最佳设计方案、工艺人员 确定最佳工艺参数提供科学依据。 (5)在自动化生产过程中，通过对力能参数的检测来调 节和控制生产过程。
图2－1
表2－1
• (二)基底 • 基底的作用是固定和支撑敏感栅。在应变片的制造和储 存过程中，保持其几何形状不变；当把它粘贴在试件上之 后，与粘接层一起将试件的变形传递给敏感栅；同时又起 到敏感栅与试件之间的电绝缘作用。 • 三)覆盖层 • 覆盖目的作用是帮助基底维持敏感栅的几何形状，同时保 护敏感栅不与外界金金属物接触，以免形成短路或受到机 械损伤。 • (四)引线 • 引线的作用是把敏感栅接入测量电路，以便从敏感栅引 出电信号。引线材料一般用低阻值的镀锡铜丝，直径为 0.15－0.20毫米，长度为40－50毫米。高温应变片引线用 镍铬铝丝。
• 对其分析如下： (1)阶跃响应函数为一指数函数与指数曲线。初始值为零， 随着时间f增长，输出y远渐增大。 (2)指数曲线的变化率，取决于常数τ， τ值大，曲线趋于 且值的时间长。输出与输出差异大。
• (二)二阶测量系统的阶跃响应 二阶测量系统的传递函数为：
随β不同，该方程可有三个通解，分别为：
• (三)电测法的特点 • 1．灵敏度高 用应变片和应变仪目前可则到5个微应 变(5×10-6)甚至可以精确到1个微应变。 • 2．精度高 在一般条件下，常温静态应变测量可达 到1％的测量精度。 • 3．尺寸小、重量轻 基长最短者达0.3毫米，基宽最窄达 1.4毫米，中等尺寸的应变片为0.1～0.2克。对于测量的 试件来说，可以认为它没有惯性，故把它粘贴在试件表面 上之后，不影响试件的工作状态和应力分布。 • 4．频率响应快 由于应变片的重量很轻，在测量运 动件时，其本身的机械惯性可以忽略，故可认为对应变的 反应是立刻的。可测量的应变频率范围很广，从静态到致 十万赫的动态应变乃至冲击应变。 • 5．测量范围广 不仅能测量应变，而且能测量力、 位移、速度等。不仅能测量静止的零件，而且也能测量旋 转件和运动件。 • 6．能多点、远距离、连续测量和记录 它易于实现 自动化、数字化和遥测。
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1、一般测量系统的传递函数 • 对于一般测量系统，设输人为x，输出为y，则输出与输 入之间关系，可用如下微分方程表示：
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传递函数是—阶微分方程的测量系统称为—阶测量系统。 传递函数是二阶微分方程的称为二阶测量系统。常用的测 量系统多为一阶和二阶测量系统。
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2、一阶测量系统的传递函数
以一个简化的机械系统(图1-4)为例分析，该系统被 认为质量可以忽赂。图中B为阻尼器的阻尼系数；k为弹簧 的刚性系数；f为外力(输入信号)；y为位移(输出信号)； 因为忽略质量，该系统中外力f与阻尼器产生的阻力、弹 簧的反力相平衡，则有下式
• 二、应变片的种类和特点 • 应变片的种类很多，分类方法区各异。 • 按敏感栅材料分，有金属栅应变片和半导体应变片； • 按敏感栅数目、形状和配置分，有单轴应变片、多轴应变 片(应变花)和特殊型应变片； • 按基底材料分，有纸基应变片、胶基皮变片和金属基应变 片； • 按使用场合分，有常温、中温、高温、低温和超低温应变 片； • 按粘贴方式分，有粘贴式、焊接式，喷涂式和埋人式应变 片。 • 下面介绍几种常见的应变片：
• 式中 dx、dy——输入、输出的变化量
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灵敏度就是在稳定状态下输出变化与输入变化之比。当 标定曲线是直线(图1-1a)，S为常数。当标定曲线不是直 线(因l-1b)，S为变数，即灵敏度随输入值而变化。
图1-1
静态特性曲线
• （二）、线性度 • 为使测量系统便于处理，我们希望测量系统的输入量 与输出量之间保持线性关系。但实际标定曲线郡不是严格 的直线。把标定曲线与理论直线的偏离程度称为测量系统 的线性度。线性度可用标定点中偏离参考直线的最大偏差 的百分比来表示(见图1-2)。该参考直线即为用回归方法 确定的理论直线。线性度的数学表达式为
轧制工艺参数测试技术
主讲教师：孙伟
(材料与冶金学院成型系)
绪
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论
近年来，随着工农业和科学技术的发展，实验技术也在 飞速地向前发展，并且逐渐地形成一门新型的技术学科—— 实验工程学。测试技术就是实验工程学中的一个重要组成部 分，它是从十九世纪末和二十世纪初发展起来的—”门新技 术，迄今已广泛应用于工农业、国防、交通以及医疗卫生等 部门中。 • 实践证明，生产技术的发展和测试技术的发展息息相关， 互相渗透，互相促进。生产实践推动了测试技术的发展，而 测试技术的发展又促进了生产技术的不断提高。因此，测试 技术水平在一定程度上也标志着生产和科学技术的发展水平。 • 工程技术中所涉及到的量可分为物理量、化学量等。而 物理量又可分为电量和非电量两大类。 • 本课程介绍非电量(机械量)电测法，同时也介绍一些与此有 关酌电量(电流、电压、功率等)的测试方法。