测试装置的校准和标定，确保准确可靠

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：完成以上测量和试验的装置，通常分为传感器、中间变换装置、记录与显示装置、激振设备，以及数据分析和处理装置。激振设备是对试件施加一定频率的某种预定的激振力（激振器），或对试件提供一定频率、振幅（振动台），激起试件振动的装置。测试装置的校准及标定为了保证测试结果的准确性和可靠性，在下列情况中必须对测试设备的技术性能进行校准和标定。

完成以上测量和试验的装置，通常分为传感器、中间变换装置、记录与显示装置、激振设备，以及数据分析和处理装置。有的将以上部分装置合为一种仪器。

（1）传感器这是将被测的振动信息转换为便于传递、变换处理和保存的信息，且不受观察者直接影响的装置。不同的测试方法（机、电、光）需要不同的传感器。下面介绍广泛使用的电测法中的传感器。

1）电测法的常用传感器。电测法传感器分为发电型和电参数变化型两大类。

①发电型。将机械振动量（位移、速度、加速度）的变化，转换成电量（电压、电流、电荷）的变化。其中有压电式、电动式、和电磁式，由振动加速度或速度的变化，产生电荷或电动势。

②电参数变化型。将机械振动量的变化，转换成电参数（电阻、电容、电感）的变化。其中有振动时，传感器的电参数分别改变的电阻式、电容式和电感式。

2）传感器的选用原则

①灵敏度。在量程范围内，保证信噪比足够大的条件下，灵敏度越大越好。用于单向矢量测量时，要求其他矢量的灵敏度越小越好；用于二维或三维矢量测量时，要求交叉灵敏度越小越好。

②响应特性。在所测频率范围内，保持信号不失真，响应的延迟时间越短越好。

③线性。保证非线性误差在允许范围内。

④稳定性。在使用时间内，能抵抗环境的干扰，保持输出特性不变化。

⑤精确度。同时考虑测试精度的要求及传感器的经济性，选择合适的精确度。对定性分析，要求重复精确度高；对定量分析，要求量值精确度高。

⑥测试方式。对运动部件及难以接触的振动体的测量，选用非接触式传感器。

⑦其他。结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、易于维修和更换等。

（2）中间转换装置其作用是将传感器输出的信号进行放大、滤波、运算…，最后能驱动显示仪表、记录仪器、控制器或输入电子计算机作数据处理等。其中，有将传感器的高输出阻抗转换为低输出阻抗，将传感器输出的微弱信号放大，将传感器输出的电荷信号转换为电压信号的前置放大器、测量放大器；只使特定频率成分的测试信号顺利通过的滤波器；实现模数转换（A/D）及数模转换（D/A）的模拟数字转换器；将信号进行微分或积分的微分积分线路；将电阻、电感、电容信号转换为电压或电流信号的电桥；以及将缓变信号经过调制变为频率适当的交流信号，利用交流放大器放大，再经过解调恢复为原来的缓变信号的调制与解调等。

（3）记录及显示仪器在测试系统中，使用记录与显示仪器，对测试结果进行直接观察分析，或保存测试结果供后继仪器进行分析处理。

记录仪器可以记录一个物理量随时间变化的函数关系，也可记录两个物理量之间的函数关系。有显性记录和隐性记录；模拟信号记录和数字信号记录；有笔式记录和磁带记录等。

（4）激振设备及简便的激振方法在进行机械系统的振动特性参数和动力强度测试时，或对测振传感器和仪器进行校准时，需要对试件进行激振。激振时，除采用有正式产品的激振设备外，还可采用一些简便的激振方法。

激振设备是对试件施加一定频率的某种预定的激振力（激振器），或对试件提供一定频率、振幅（振动台），激起试件振动的装置。通常由信号发生器、功率放大器和激振执行机构组成。常用的激振设备有机械类的直接作用式、反作用式和共振式的振动台（激振器）；机械类的单次、多次冲击台；电动式的振动台（激振器）和多点激振设备；电-液式振动台（激振器）；定振级自动频率扫描的自动振动台；冲击和随机振动模拟用电-液或电动式激振系统；磁吸式激振器等。

简单的激振方法有适用于小型、薄壁试件的压电晶体片激振法；适用于高频校准振动台和超声波激振器的磁致伸缩激振法；适用于轻型薄壁试件的高声强激振法；适用于特殊试验的爆炸法；适用于高能级的特殊环境实验的枪炮弹冲击法；以及方法最简便，需要设备少的敲击法等。

（5）测试装置的校准及标定为了保证测试结果的准确性和可靠性，在下列情况中必须对测试设备的技术性能（灵敏度、动态线性范围、频率响应特性等）进行校准和标定。

1）传感器和测量仪器在出厂前或经修理后，必须按其技术指标进行全面的、严格的校准和标定。

2）使用一段时间或搁置较长的时间后，都需重新进行校准。此时，一般只校准其灵敏度和频率响应特性。

3）在进行重要和大型试验前，或在进行特殊试验前，常需进行现场标定，并根据需要进行某些特性的校准。例如：振级变化大时，校准动态线性范围；高温实验时，校准温度的影响。

测试装置校准及标定的常用方法有：适用于计量单位和测振仪器制造厂的绝对法；常为仪器使用单位采用的相对比较法；常用作测量前现场校准的重力加速度法；适用于计量、研究和制造单位的互易法；适用于一般使用、研究和制造单位的共振梁法和扭转校准法；以及摆锤式、落体式、落球式、气枪（炮）及火炮式的冲击校准法。

测试装置的校准和标定，确保准确可靠

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