浅析机械工程测试技术毕德龙

浅析机械工程测试技术毕德龙

毕德龙

（中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司辽宁沈阳110179）

摘要：改革开放后，随着经济的腾飞，我国的机械工程也进入快速发展时期，机械工程是一门涉及利用物理定律为机械系统作分析、设计、制造及维修的工程学科，其技术的复杂性和高难度的特点也促使我国相关的专家和学者们在吸取国外的经验和本国传统工程机械发展的基础上，对其进行积极的探索和改进。下文将着重介绍机械工程测试技术中的部分要点。

关键词：机械工程；测试；技术

1概述

测试技术的定义如下：使系统处于某种状态下，对系统的状态进行测量的一系列技术。属于反向工程的一部分。对于某一次具体的测试行为，目的是得到一个或一系列结果甚至结论。

测试：测试（measurementandtest）是测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置，获取被测对象有相关信息的过程。测试包含两方面的含义：一是测量，指的是使用测试装置通过实验来获取被测量的量值；二是试验，指的是在获取测量值的基础上，借助于人、计算机或一些数据分析与处理系统，从被测量中提取被测量对象的有关信息。

2测试技术涵盖的技术领域

2.1机械振动与噪声

机械振动是一种特殊形式的机械运动。机器或结构物在其静平衡位置附近所做的“往复运动”。机械振动与可靠性密切相关，往往作为可靠性评价的重要指标。机械振动不仅能反映齿轮、轴承、转子、定子等机械部件的故障问题，还可以反映电机等电磁方面的故障问题，所以，机械振动是能够综合反映机械设备状态，也是最为常用的一种测试手段。机械振动分为接触式测量和非接触式测量，非接触式测量主要测量的原始信号为振动位移，接触式测量原始信号一般为振动速度和加速度。非接触式常用测量原理为电涡流原理，接触式测量常用压电式原理，早期的磁电式传感器已经不多见。无论接触式还是非接触式，原始信号一般为快变电压信号，这种信后并非一般模拟量板卡可以采集，采集到的信号也需要快速A/D进行处理。接触式传感器还可分为单向传感器、双向传感器以及三向传感器，其中三向传感器多用于模态试验。

模态试验是振动测试中一种测定机械设备动力学参数的试验，与模拟仿真不同，模态测试不仅可以得到模态振型和固有频率，而且还可以得到阻尼比。模态试验又可分为静止模态试验和工作模态试验，静止模态试验现场测试难度相对较小，也被普遍采用。

事实上，噪声测试与振动测量原理基本一致，不同的是接收到的是声音对于麦克风传感器薄膜的振动信号，进而也转换成电压信号。测试目的往往为噪声量级检定和/或噪声源识别，噪声量级检定评价起来分为声压级和声功率计，前者是测量声音对大气所产生的压力，后者是要考虑被评价设备的面积因素。由于事实上人耳也是一个滤波器，所以模拟人耳的滤波特点，常用A计权对原始声音信号进行滤波处理，因为人耳对低频不敏感，1000Hz左右才达到与实际声强的线性关系，上限截至频率为200000Hz。噪声测试也广泛应用于汽车等对舒适度要求较高的领域，在NVH测试方面，除了上面提到的噪声量级和噪声源识别的测量外，还要进行声品质测试，也就是不仅仅要研究声音的大小，还要研究人体对哪种频率特点的声音较为接受。

2.2温度（场）

温度是机械设备的重要指标，温度的高低本身也影响机械状态的好坏，许多机械设备都是需要在适合的温度下运行才能够达到最佳的性能和可靠性。特别是金属零部件都具有随温度变化的热膨胀特性，需要充分利用这些特性。

温度测量多用的传感器，如铂热电阻和热电偶，前者为通过测量电阻反映被测物体的温度，后者通过测量电压反映被测物体的温度。都需要二次仪表进行显示，由于温度变化往往是一个渐变过程，可以采用带有记录功能的温度测试仪进行测试。

对于复杂机械，可以通过测量温度场来进行描述，一方面可以通过实际测量了解设备包括内部的温度分布情况，另一方面，有些不能完全测量的情况下，可以通过外部温度场测试的结果作为边界条件，为模拟仿真提供依据。

2.3压力（场）

压力往往也是机械设备的重要指标，比如对于压缩机等产品，压力指标是重要的特性，比如对于多级压缩机需要测量各级压力的分布情况，以验证压缩比是否达到预期设计要求，如果没有达到，主要是哪一级或哪几级的问题。一般采用压力传感器即可实现测试。

2.4电参数测试

电参数也是机械设备的重要指标，比如对比电机，三相直流电阻、绝缘性能都需要通过这样的电参数进行体现。再比如漏电流这样的参数能反映重要的电气特性，更广义上，EMC测试也是电参数测试的一种，越来越得到广泛重视，电磁兼容性测试包括对外干扰以及能够耐受的干扰。许多大型制造型企业，多达拥有数万台的各类设备，同时工作是必要的要求。

3可靠性试验

不同于性能指标，可靠性指标是考验机械设备的更为重要的指标，是衡量机械设备的附加值的重要指标。

可靠性是指，元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可靠性试验是对产品进行可靠性调查、分析和评价的一种手段。往往涉及多个技术领域的考核。试验结果将暴露产品开发的各种缺陷，这些缺陷的出现会引导开发人员进行DFEMA分析，确定现象与原因之间的关系，找到控制手段。

为了尽可能缩短试验周期，也通常采用高加速寿命试验，提高环境应力筛选的强度；如果期间出现故障，要进行“补课”，也就是改进产品后重复进行试验。

结语

测试技术发展至今，手段层出不穷，涉及较多的技术领域，这些领域都不同程度地推动了测试技术的发展，而可靠性试验方面是未来的一个重要的发展方向，是推动机械工程的重要手段。

参考文献：

[1]张国雄，裘祖荣测试技术的社会作用及发展方向【J】工具技术，2004，38（9）：13-23

[2]费业泰，蒋敏兰，刘芳芳动态测量精度理论研究进展与未来【J】中国机械工程，2007，18（18）：2260-2262.