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机械工程测试技术课程设计综述

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机械工程测试技术课程设计说明书 课题题目： 温度测量仪 专业名称： 学生班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 2013年6月30日

课程设计任务书 一 设计目的

1、通过对温度测量电路的设计、安装和调试了解温度传感器的性能，学会 在实际电

路中应用； 2、进一步熟悉集成运放的线性和非线性应用。

二 设计要求和技术指标 1、技术指标：

要求设计一个温度测量器件，其主要技术指标如下： (1) 测温范围：室温〜50C； (2) 被测温度达到50r时，指示灯亮(或蜂鸣器工作)； 2、设计要求

( 1 )设计一个能满足要求的温度测量及报警电路； (2)要求绘出原理图，并用 Protel 画出印制板图(选做) ； ( 3)根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及 参数；

( 4)在万能板、 PCB 板上或面包板上安装好电路并调试； ( 5)拟定测试方案和设计步骤； ( 6 )撰写设计报告、调试总结及使用说明书。 3、设计扩展要求 ( 1 )能显示输出温度；目录 第1章绪论 .............................................................. 1 1.1电子技术的发展趋势 ............................................... 1 1.2本人的主要工作 .................................................... 2 第2章 温度测量仪的电路设计 ........................................... 3 2.1温度测量仪总体框图 ................................................ 3 2.2 AD590集成温度传感器 .............................................. 3 2.3 K —C变换器 ..................................................... 4 2.4 放大器 .......................................................... 5 2.5 比较器 ......................................................... 5 2.6 报警设备 ........................................................ 6 2.7 电路原理图 ...................................................... 7 第3章仿真与制作 ......................................................... 8 3.1电路的仿真 ........................................................ 8 3.2仿真结果及其分析 ................................................. 12 3.3 温度测量仪的调试 ............................................... 12 第4章总结报告 .......................................................... 13 附录A元件清单 .......................................................... 14 附录B实物图 ............................................................ 15 参考文献 ................................................................. 16 第 1 章 绪论 1.1 电子技术的发展趋势 电子技术是十九世纪末、 二十世纪初开始发展起来的新兴技术， 二十世纪发 展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。 进入 21世纪， 人们面临的是以微电子技术 （半导体和集成电路为代表） 电子计算机和因特网为 标志的信息社会。 高科技的广泛应用使社会生产力和经济获得了空前的发展。 现 代子技术在国防、科学、工业、医学、通讯（信息处理、传输和交流）及文化生 活等各个领域中都起着巨大的作用。现在的世界，电子技术无处不在：收音机、 彩电、音响、VCD DVD电子手表、数码相机、微电脑、大规模生产的工业流水 线、因特网、机器人、航天飞机、宇宙探测仪，可以说，人们现在生活在电子世 界中，一天也离不开它。 电子管时代（ 1905~1948）。四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管， 它以小巧、轻便、省电、寿 命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围 内取代了电子管。 五十年代末期， 世界上出现了第一块集成电路， 它把许多晶体 管等电子元件集成在一块硅芯片上， 使电子产品向更小型化发展。 集成电路从小 规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路， 从而使电子产品 向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。

晶体管时代（1948〜1959）。1947年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱 研制成第一个点接触型晶体管，揭开了晶体管的发展序幕。

集成电路阶段（ 1960~至今）。自 1 958年第一块集成元件问世以来，集成电 路已经跨越了小、中、大、超大、特大、巨大规模几个台阶，集成度平均每 2 年提高近 3 倍。随着集成度的提高， 器件尺寸不断减小。 而本实验所研究的温度 测量仪，由于其可靠性高、便携性好、功能齐全、功耗低、适用场合广泛、测温 精度高等特点，广泛应用于温度差测量领域。 第 2 章 温度测量仪的电路设计 2.1 温度测量仪总体框图 使用温度测量仪，首先经过AD590集成温度传感器的作用，使外界温度转 换为电流用表示。因为上述为绝对温度K和电流之间的转换关系，而在设计中我 们需要采用C,所以我们必须使其转换成摄氏温度C和电流之间的关系， 这就要 用到K—C变换器。通过K—C变换器的作用，我们便得到想要的C和电流之间 的直接转换关系。得到的电流再经过放大器的放大，即可直接用电压表读出被测 对象的温度值。然后放大后的电压接一比较器，比较器的输出端接报警设备。报 警设备可由一个发光二极管组成。 在设置了预警温度后，由比较器输出端的电压 决定二极管是否发光，从而起到警报作用。基本原理图如图 2.1.1所示。

图2.1.1温度测量仪原理框图 2.2 AD590集成温度传感器

AD590是利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感 器。这种

器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和 互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在 5〜15V之间变 化，其电流只是在1yA以下作微小变化• 1、 流过器件的电流（卩A）等于器件所处环境的热力学温度 （开尔文）度 数。

2、 可测量范围-55C至150C . 3、 供电电压范围+4V至+30V. AD590集成温度传感器进行温度〜电流转换。 它是一种电流型二端器件，其 内部已

作修正，具有良好的互换性和线性。有消除电源波动的特性。输出阻抗达 10M Q，转换当量为1JA/K。器件采用B— 1型金属壳封装。 温度一电压变换电路如图2.2.2所示。由图可得： 由 U^UO =1uA/K R 二R 10"/K （R—般 取10K Q） 所以 U^10mV/ K 2.3 K—C变换器

因为AD590的温控电流值是对应绝对温度 K，而在设计中需要采用C,由 运放组成的加法器可以实现这一转换，参考电路如下图 2.3

图2.3 K — C变换电路 设流经R2,R1,R3的电流分别为 i1,i 2 j 3

对图2.3的反相输入节点可列出下面的方程： ii • i2二i3

由此得 U 1 UR -U 2

Ri R2 R3

vcc 图2.2.1 AD590原件符号 图2.2.2温度一一电压转换电路

(2.3.1 ) 元件参数的确定和—UR选取的指导思想是：0C（即273K）时，U2 = 0 V 综合式（2.2.1）,可得

UR=2.73V。

（ 2.3.3 ）

图2.4反相比例放大器 设流经R4, R6的电流分别为i4, i6。由虚断的概念可知，i4=i6 , 所以得出： （2.4.1） 以及减小输入级偏置电流引起的运算误差, 其同向端接入一个平衡电阻

R5=R4//R6 ( 2.4.2 )

要使U3满足100mV厂C, 又因为 U2=10mV/C, R6 U 3

由式(2.4.1)可得一二一10

R4 U 2

所以我们可取R^ -5^ & =5001 & =4. K1 1

2.5比较器

而 R' = R / /« / /F3 计算得 R' = 1.67」 则式（2.3.1 ）可变为 U 2 =UR _U1 (

2.3.2 )

若 Rl = R2= R3 （实际应用中可取 R1=R2=R3=5KQ）

SSS R

空=士 R4 U 2

为了提供一个合适的静态偏置， 故在

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机械工程测试技术课件整理版

机械工程测试技术课件整理版


当ω=0 X(ω)=A/α ω→+∞ X(ω) →+0 ω→-∞ X(ω) →-0
Φ(ω)=0 Φ(ω) →- π/2 Φ(ω) → +π/2
三、几种典型信号的频谱
1、矩形窗函数的频谱
1 t 0
t t T 2 T 2
W f t e

j 2 ft
3 两个极端发展
• 两个极端就是指相对于现在测量尺寸的大尺寸和小尺寸。 通常尺寸的测量已被广为注意，也开发了多种多样的测试 方法。近年来，由于国民经济的快速发展和迫切需要，使 得很多方面的生产和工程中测试的要求超过了我们所能测 试的范围，如飞机外形的测量、大型机械关键部件测量、 高层建筑电梯导轨的准直测量、油罐车的现场校准等都要 求能进行大尺寸测量；微电子技术、生物技术的快速发展， 探索物质微观世界的需求，测量精度的不断提高，又要求 进行微米、纳米测试。纳米测量也多种多样，有光干涉测 量仪、量子干涉仪、电容测微仪、X射线干涉仪、频率跟 踪式法珀标准量具、扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道显 微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、分子测量机 M3(molecular measuring machine)等。
t 2 t1

2
t1
x (t )dt
则称为功率信号。
二 信号的时域和频域描述 • 时域描述以时间t为独立变量的，直接观测 或记录到的信号。信号时域描述直观地出 信号瞬时值随时间变化的情况。 • 频域描述信号以频率f为独立变量的，称为 信号的。频域描述则反映信号的频率组成 及其幅值、相角之大小。 • 时域描述和频域描述为从不同的角度观察、 分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、 傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现 信号的时、频域转换。
机械工程测试技术课程

机械工程测试技术课程


电阻、电容、 电阻、电容、与电感式传感器
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类 电阻应变式传感器分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类 . 金属电阻应变片式与半导体
工作原理
优点
缺点
金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于： 金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于： 前者利用导体形变引起的电阻的变化， 前者利用导体形变引起的电阻的变化，后者利用半 导体电阻率变化引起的电阻的变化。 导体电阻率变化引起的电阻的变化。
对n个环节串联组成的系统
H (s) = ∏ H i (s)
i =1
n
由n个环节并联组成的系统，有
H ( s) = ∑ H i ( s)
i =1
n
一阶、 一阶、二阶系统的特性
1、一阶系统 一阶系统
1 H(s) = τs +1
1
H ( jω ) =
A(ω ) =
1 1 + (τω )
2
jωτ +1
ϕ (ω ) = − arctan(τω )
一阶系统的特点 系统特性取决于时间常数τ。 越大 越大， 系统特性取决于时间常数 。 τ越大，系统惯 性越大，响应时间越长。 越小 响应越快， 越小， 性越大，响应时间越长。 τ越小，响应越快， 可测频率范围越宽。为保证不失真测量， 可测频率范围越宽。为保证不失真测量，最好 使信号的最高频率ωmax≤0.2ωc 。 使信号的最高频率
实现不失真测量的条件
ϕ (ω ) = −t0ω
A(ω ) = A0 = 常数
掌握第二章习题
第三章 常用传感器与敏感元件
传感器是将被测物理量按一事实上规律转 传感器是将被测物理量按一事实上规律转 换为与其对应的另一种物理量输出的装置 常用的是将非电量转换成电量
机械工程中的测试与测量技术

机械工程中的测试与测量技术

机械工程中的测试与测量技术在机械工程领域中，测试与测量技术扮演着至关重要的角色。

它是确保机械设备和系统高效运行的关键一环，也是保证产品质量和安全的必要手段。

本文将介绍机械工程中常用的测试与测量技术，以及其在不同领域的应用。

一、标准测试方法标准测试方法是机械工程中最常用的一种测量技术。

它通过明确的步骤和参数，对机械设备或系统进行定量评估。

标准测试方法通常包括测量仪器的选择、测量环境的控制以及数据的采集和分析等步骤。

例如，对于机械设备的功率输出测试，可以通过安装负载并测量电流和电压的方法来确定设备的功率输出情况。

二、非接触式测量技术随着科技的发展，非接触式测量技术在机械工程中得到了广泛应用。

非接触式测量技术主要包括光学、声学和电磁等方法。

它们不需要与被测物理接触，避免了测量误差和对被测物的损伤。

例如，通过激光测距仪对物体距离进行测量，或利用红外热像仪观察温度分布情况，这些都是非接触式测量技术的典型应用。

三、材料测试技术材料测试技术广泛用于机械工程中的材料研究和产品质量控制。

它包括材料强度、硬度、韧性、断裂和疲劳等方面的测量。

常见的材料测试方法包括拉伸试验、硬度测试和冲击试验等。

通过这些测试技术，可以评估材料的性能和可靠性，为机械设计提供重要的依据。

四、振动与噪声测试技术振动与噪声是机械系统中常见的问题，会对设备的性能和寿命产生负面影响。

因此，振动与噪声的测试与控制是机械工程中的重要环节。

振动测试可以通过安装加速度计等传感器，对机械设备的振动进行定量测量，并分析振动的频率和幅值。

噪声测试则通过声级计等仪器，对噪声水平进行评估。

这两种测试技术可以有效预防振动与噪声对机械系统的损害。

五、流体力学测试技术流体力学是机械工程中广泛应用的一个领域，涉及到气体、液体的流动和压力等问题。

流体力学测试技术可以对流体的速度、压力、温度等进行测量。

例如，对于风洞测试来说，可以通过安装压力传感器和流速计等设备，对风洞模型所受到的压力和速度进行检测。

机械设计基础课程设计小结范文(三篇)

机械设计基础课程设计小结范文(三篇)

机械设计基础课程设计小结范文(三篇)全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：机械设计基础课程设计小结一、小结机械设计基础是机械工程专业的核心课程，是培养学生机械设计基本素养的重要环节。

在本学期的学习中，通过对机械设计基础课程的系统学习和实践操作，使我们掌握了相应的理论知识和实际技能。

在设计小结中，主要总结了机械设计基础课程的三个重要方面：零件图绘制、装配图绘制、工程图规范。

二、零件图绘制零件图绘制是机械设计的基础，我们首先学习了零件图的绘制方法和基本规范，包括了线条的粗细、线型的选择以及标注的设置等。

通过课堂上的实例操作和作业练习，我们掌握了零件图的基本绘制技能。

对于常见的零件图标注，如公差标注、尺寸标注等，我们也进行了系统的学习和实践，提高了实际操作的能力。

在设计过程中，我们还学习了零件图的设计原则和规范，使我们能够根据实际情况合理设计和绘制零件图。

在实际操作中，我们独立完成了几个不同类型的零件图绘制设计，综合应用了所学的绘制技能和规范要求。

三、装配图绘制在实际设计中，我们还学习了装配图设计的一些特殊技巧和实用方法，如轴依赖关系的处理、公差要求的设置等。

这些技能和方法使我们在设计过程中更加熟练和高效，提高了工作效率和设计质量。

四、工程图规范在机械设计基础课程中，我们还学习了工程图的规范要求。

通过学习工程图的相关知识和规范要求，我们清楚了工程图的标准化要求和设计原则。

在课堂作业和实践操作中，我们着重学习了工程图的标准符号、尺寸标注、公差标注等规范要求。

在实际设计过程中，我们十分注重工程图的规范要求，确保设计的合理性和可读性。

通过对工程图规范的学习和实践，我们在实际操作过程中做到了合理设置视图、标注尺寸和标注公差，使得设计图纸更加规范和便于操作。

第二篇示例：机械设计基础课程设计小结机械设计基础是机械工程专业的重要基础课程，旨在为学生打下坚实的机械设计理论基础和实践操作技能。

通过此课程的学习，学生将掌握机械设计的基本原理、方法和技能，能够运用相关知识解决实际机械设计问题。