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《机械量测量（第五版）》
内容简介
本书是美国大学中采用的一本讲述非电量测量的理论与应用的经典教科书。全书共分两部分。第1部分为机械量测量基本理论，讲述测量标准与单位，实验数据评价，被测量的时、频域描述，测试系统的响应，传感器，信号调理，信号的记录、显示与处理。第2部分为不同机械量测量的应用技术，包括事件计数，位移及尺寸、应力、应变、力和力矩、流量、温度、运动，以及声学等物理量的测量。
本书可以作为高等院校机械、仪器、测控和自动化等专业学习非电量测量的教科书，也可作为相关科技和工程技术人员的参考用书。
图书目录
第1部分机械量测量基础
第1章测量过程概述
1.1引言
1.2机械量测量的意义
1.3测量的基本方法
1.3.1直接比较法
1.3.2使用标定的系统
1.4广义测量系统
1.4.1第一级——敏感元件-传感器级
1.4.2第二级——信号调理级
1.4.3第三级——终端读出级
1.5输入量种类
1.5.1时间相关性
1.5.2模拟信号和数字信号
1.6测量标准
1.7标定
1.8不确定度：测量结果的精确度
1.9报告结果
1.9.1实验室记录和技术备忘录
1.9.2完整报告
1.9.3技术论文
1.10小结
建议读物
习题
第2章测量标准和量纲单位
2.1引言
2.2量纲标准的建立
2.3美国测量标准的历史背景
2.4国际单位制（SI制）
2.4.1国际行为
2.4.2国内行为
2.5长度标准
2.6质量标准
2.7时间和频率标准
2.8温度标准
2.9电量标准
2.10单位制之间的转换
2.11有效数、舍入和截断
2.11.1定义
2.11.2数字操作和有效数位
2.11.3有效零
2.11.4系列算术运算
2.12小结
建议读物
习题
参考文献
第3章实验数据的评估与表达
3.1引言
3.2普通误差种类
3.2.1误差分类
3.2.2用于评价仪器性能的术语
3.3不确定度介绍
3.4精度不确定度的估计
3.4.1样本与总体的关系
3.4.2概率分布
3.5基于总体的理论
3.6基于样本的理论
3.6.1采样例
3.6.2大样本的置信区间
3.6.3小样本的置信区间
3.6.4样本均值的检验比较
3.7拟合优度
3.8用计算机做统计分析
3.9偏差和单样本不确定度
3.10不确定度的传播
3.11不确定度分析例
3.11.1标定电阻
3.11.2流量计标定所期望的不确定度
3.12在实验设计中将误差减至最小
3.13c2分布
3.13.1样本的正态性试验
3.13.2同一总体中样本间差的显著性
3.13.3不同大小样本的比较
3.14数据的图形表示
3.14.1作图的主要规则
3.14.2选择坐标系和绘制直线
3.15直线拟合与最小二乘法
3.15.1直线拟合的最小二乘法
3.15.2直线拟合的不确定度
3.15.3曲线拟合软件
3.16小结
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习题
参考文献
第4章模拟被测量：时变特性
4.1引言
4.2简谐关系
4.3圆频率和周期频率
4.4复杂关系
4.4.1拍频和外差法
4.4.2特殊波形
4.4.3非周期或瞬态波形
4.5频谱
4.6谐波分析或傅里叶分析
4.6.1离散傅里叶变换
4.6.2离散采样信号的频率：混叠和频率分辨率
4.6.3离散傅里叶分析的举例
4.7波形幅值
4.8小结
建议读物
习题
参考文献
第5章测试系统的响应
5.1引言
5.2幅值响应
5.3频率响应
5.4相位响应
5.5预测复杂波形信号的特性
5.6延时，上升时间和转换速率
5.7实验系统各组成元件的响应
5.8简化的物理系统
5.9机械元件
5.9.1质量
5.9.2弹性力
5.9.3阻尼
5.10简单机械系统举例
5.11阻尼的重要性
5.12简化机械系统的动态特性
5.13单自由度质量-弹簧-阻尼系统
5.14零阶系统
5.15一阶系统的特性
5.15.1阶跃力作用下的一阶系统
5.15.2谐波激励下的一阶系统
5.16二阶系统特性
5.16.1二阶系统的阶跃响应
5.16.2二阶系统的谐波响应
5.16.3一般周期性激励情况
5.17电气元件
5.18一阶电气系统
5.19简单二阶电气系统
5.20系统响应的标定
5.21小结
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习题
参考文献
第6章传感器
6.1引言
6.2信号源的负载效应
6.3二次传感器
6.4第一级装置的分类
6.5可变电阻传感元件
6.6滑动触点式装置
6.6.1电位计分辨率
6.6.2电位计线性度
6.7电阻应变片
6.8热敏电阻器
6.9热电偶
6.10可变电感传感元件
6.10.1简单自感式装置
6.10.2双线圈互感装置
6.11差动变压器
6.12可变磁阻传感器
6.13电容式传感器
6.14压电传感器
6.15半导体传感器
6.15.1半导体的电特性
6.15.2pn结
6.15.3光电二极管
6.16光电检测传感器
6.17霍尔效应传感器
6.18一些设计相关问题
6.18.1制造公差
6.18.2温度相关的一些问题
6.18.3限制温度误差的方法
6.19小结
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习题
参考文献
第7章信号调理
7.1引言
7.2信号调理的优越性
7.3调制的和未调制的信号
7.4输入电路
7.5简单的电流敏感电路
7.6镇流电路
7.7分压电路
7.7.1分压电位计
7.7.2负载误差
7.7.3使用端电阻
7.8传感器电阻的微小变化
7.9电阻电桥
7.9.1电压敏感型惠斯登电桥
7.9.2电流敏感型惠斯登电桥
7.9.3恒电流电桥
7.9.4交流电阻电桥
7.9.5导线补偿
7.9.6电桥灵敏度的调节
7.10电抗或阻抗电桥
7.11谐振电路
7.12电子放大或增益
7.13电子放大器
7.14真空管放大器
7.15固态放大器
7.16集成电路
7.17运算放大器
7.17.1典型运算放大器的性能规格
7.17.2运算放大器的应用
7.18特殊放大器电路
7.18.1仪器放大器
7.18.2电荷放大器
7.18.3其他集成电路装置
7.19屏蔽和接地
7.19.1屏蔽
7.19.2接地
7.20滤波器
7.21滤波器的理论
7.22有源滤波器
7.23微分器和积分器
7.24元件耦合方法
7.25小结
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习题
参考文献
第8章机械量测量中的数字技术
8.1引言
8.2为什么要使用数字方法
8.3机械量输入的数字化
8.4基础的数字电路元件
8.4.1基本逻辑元件
8.4.2逻辑元件的简单组合
8.4.3集成电路系列
8.4.4读出元件
8.5数系
8.6二进制码
8.6.1编码器
8.6.2条形码编码器
8.7某些简单的数字电路
8.7.1事件计数器
8.7.2门控电路
8.7.3频率计
8.7.4波形整形
8.7.5一种集成电路振荡器或计时器
8.7.6多路转换和信号分离
8.8作为测试系统工具的数字计算机
8.9数据处理器、计算机、微型计算机：计算机的分级
8.10微处理器
8.11微型计算机
8.11.1只读存储器（ROM）
8.11.2随机存取存储器（RAM）
8.11.3外部接口适配器（PIA）
8.11.4异步接口适配器（ASCIA）
8.12模/数及数/模转换
8.12.1数/模转换器
8.12.2一种模/数转换器
8.12.3模/数转换中需要考虑的问题
8.13总线
8.14系统组装
8.15小结
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习题
参考文献
第9章结果读出与数据处理
9.1引言
9.2电子计数器
9.2.1事件计数器
9.2.2时间间隔测量仪
9.2.3单位时间事件（EPUT）计
9.2.4计数误差
9.3模拟电表指示器
9.3.1伏特表灵敏度
9.3.2电流表
9.3.3交流电表
9.3.4万用表及电阻测量
9.4带电子放大的仪表
9.5数显式万用表
9.6阴极射线示波器（CRO）
9.6.1示波器放大器
9.6.2锯齿波振荡器或时基发生器
9.6.3同步或触发
9.6.4强度调制或Z调制
9.6.5外部水平输入
9.7其他的阴极射线示波器特性
9.7.1多示踪
9.7.2放大和延迟扫描
9.7.3存储示波器
9.7.4单端和差动输入
9.8阴极射线示波器记录技术
9.9波形记录器
9.10XY绘图仪
9.11数字波形记录仪
9.12频谱分析仪
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习题
第2部分机械量测量应用技术
第10章计数、单位时间事件及时间间隔的确定
10.1引言
10.2计数器的使用
10.2.1电子计数器
10.2.2单位时间事件计
10.2.3时间间隔计
10.3频闪观测仪
10.4频率标准
10.4.1电子振荡器
10.4.2固定频率振荡器
10.4.3可变频率振荡器（VFO）
10.4.4复杂波形振荡器
10.5通过比较方法直接应用频率标准
10.5.1通过置换和比较进行时间标定
10.5.2采用电子开关作时间标定
10.5.3用Z调制确定频率（主要用于瞬态输入）
10.6采用李萨如图确定频率和相位关系
10.7频率源的标定
10.8外差式频率测量法
10.9角运动测量
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习题
参考文献
第11章位移及尺寸测量
11.1引言
11.2尺寸测量中的问题
11.3块规
11.4组装块规堆
11.5平板
11.6温度问题
11.7块规与专用附件结合使用
11.8使用比较器
11.9光学方法
11.10单色光
11.11光学平晶
11.12单色光和光学平晶的应用
11.13光学平晶和单色光源用于尺寸比较
11.14干涉仪
11.15测量显微镜
11.15.1固定刻度显微镜
11.15.2游丝显微镜
11.15.3移动式和移动台式显微镜
11.15.4活动镜筒式显微镜
11.15.5聚焦
11.16光学工具和长光程干涉测量
11.17全场位移测量
11.18位移传感器
11.19差动变压器
11.20表面粗糙度
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习题
参考文献
第12章应变和应力的测量和分析
12.1引言
12.2应变测量
12.3电阻型应变片
12.4金属电阻应变片
12.5粘贴式金属应变片的选择和安装要素
12.6金属型应变片的电路
12.7应变片的镇流电路
12.8应变片电桥电路
12.8.1具有双臂和四臂敏感的电桥
12.8.2电桥常数
12.8.3导线-金属丝误差
12.9简单的恒流应变片电路
12.10温度补偿
12.10.1邻臂补偿应变片
12.10.2温度自补偿
12.11标定
12.12商用应变测量系统
12.12.1基本指示器
12.12.2与阴极射线示波器一起使用的电桥和放大器
12.12.3多通道记录系统
12.13应变片切换
12.14应变片用在旋转轴上
12.15应力-应变关系
12.15.1简单的单轴应力情形
12.15.2双轴应力情形
12.16应变片定向和结果解释
串联应变片
12.17特殊问题
12.17.1横向灵敏度
12.17.2塑性应变和后屈服应变片
12.17.3电阻型应变片的疲劳应用
12.17.4低温应用
12.17.5高温应用
12.17.6蠕变
12.17.7残余应力测定
12.18全场方法
12.18.1光测弹性
12.18.2莫尔技术（TheMoiréTechnique）
12.19小结
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习题
参考文献
第13章力和力矩的测量
13.1引言
13.2测量方法
13.3机械称重系统
13.3.1分析天平
13.3.2多杠杆系统
13.3.3摆式测力机构
13.4弹性传感器
13.4.1标定调节
13.4.2检验环
13.5应变片测力计
13.6压电测力计
13.7冲击称重
13.8液压和气压系统
13.9转矩测量
13.9.1机械测功计和液压测功计
13.9.2电测功计
13.10传动式测功计
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习题
参考文献
第14章压力的测量
14.1引言
14.2静压力和动压力
14.3压力测量系统
14.4压力测量传感器
14.5重力型传感器
14.6弹性型传感器
14.7弹性膜片
14.7.1扁平型金属膜片
14.7.2波纹型膜片
14.8和膜片一起使用的二次传感器
14.8.1和扁平型膜片一起使用的电阻应变片
14.8.2电感型
14.8.3压电型压敏元件
14.8.4其他类型的二次传感器
14.9应变片压敏元件
14.10高压测量
14.11低压测量
14.11.1麦克劳德压力计（McLeodGage）
14.11.2热导率压力计
14.11.3电离压力计
14.12压力测量系统的动态特性
14.12.1充气系统
14.12.2充液系统
14.13标定方法
14.13.1静压法
14.13.2稳态方法
14.13.3瞬态方法
14.14小结
建议读物
习题
参考文献
第15章流体流量的测量
15.1引言
15.2流体特性
15.3阻塞式流量计
15.3.1不可压缩流体的阻塞式流量计
15.3.2文丘里管特性
15.3.3流量喷嘴特性
15.3.4孔板特性
15.3.5文丘里管、流量喷嘴和节流孔板之间的相对优点
15.4用于可压缩流体的阻塞式流量计
15.5阻塞式流量计性能的可预测性
15.6可变面积流量计
15.7其他流量计
15.7.1涡轮流量计
15.7.2磁流量计
15.7.3脉冲产生方法
15.8流体速度的测量
15.9压力探测器
15.9.1不可压缩流体
15.9.2可压缩流体
15.9.3总压力探测器
15.9.4静压探测器
15.9.5方向敏感探测器
15.10热风速计
15.11散射测量
15.11.1激光多普勒风速计
15.11.2超声风速计
15.12流量测量装置的标定
15.13流量显形技术
建议读物
习题
参考文献
第16章温度测量
16.1引言
16.2双复合材料的应用
16.2.1玻璃管液体温度计
16.2.2标定和管径校准
16.2.3双金属温度传感元件
16.3压力温度计
16.4热阻元件
16.4.1电阻温度计（RTD）
16.4.2电阻温度测量仪器
16.4.3热敏电阻器
16.5热电偶
16.5.1热电偶的应用定律
16.5.2热电偶材料和热电偶安装
16.5.3热电动势测量
16.5.4附加导线
16.5.5有效结
16.5.6热电堆和并联的热电偶
16.6半导体结温度传感器
16.7线性石英温度计
16.8高温测量
16.8.1高温测量理论
16.8.2全辐射高温测量法
16.8.3光学高温测量术
16.8.4红外高温测量法和红外热图学
16.9其他温度指示方法
16.10特殊问题
16.10.1传导和辐射引起的误差
16.10.2快速气流的温度测量
16.10.3测温元件响应
16.10.4电气补偿
16.11热通量的测量
16.12温度测量装置的标定
建议读物
习题
参考文献
第17章运动测量
17.1引言
17.2振动计和加速度计
17.3基本振动计和振动检测器
17.4基本加速度计
17.5地震式仪器
17.6地震式仪器的一般理论
17.6.1振动传感器
17.6.2地震式振动计的相移
17.6.3振动计使用的一般规则
17.7地震式加速度计
17.7.1加速度计的相位滞后
17.7.2加速度计使用的一般规则
17.8实用加速度计
17.9标定
17.10振动计的校准
17.11加速度计的校准
17.11.1静态校准
17.11.2稳态周期式校准
17.11.3脉冲式校准
17.12地震式仪器的固有频率和阻尼比的测定
17.13地震式仪器对瞬态变量的响应
17.14用激光速度传感器测量速度
17.15振动和震动试验
17.16振动激振器系统
17.16.1电磁系统
17.16.2机械式激振器
17.16.3液压系统和气动系统
17.16.4各种系统的相对优点和局限性
17.17振动试验方法
17.17.1强力法
17.17.2谐振法
17.18震动试验
17.19震动设备
17.19.1气枪震动产生装置
17.19.2弹簧加载试验设备
17.19.3液压-气动设备
17.19.4重力型设备
17.19.5各种震动设备的相对优点和局限性
17.20实用震动试验
17.21基本震动试验理论
建议读物
习题
参考文献
第18章声学测量
18.1引言
18.2声音（噪声）的特征描述
18.3基本声学参数
18.3.1声压
18.3.2声压级
18.3.3功率、强度和功率级
18.3.4声压级的合成
18.3.5随距离衰减
18.4心理声学关系
18.5声音测量仪器与技术
18.5.1麦克风
18.5.2声级计
18.5.3频谱分析
18.5.4离散傅里叶变换
18.6实用谱分析
18.7工业和环境噪声的测量与分析
18.7.1等效声级
18.7.2声曝级（SEL）
18.7.3声强测量
18.8声音测量的一些实际细节注释
18.9标定方法
18.10小结
建议读物
习题
参考文献
附录
附录A标准和转换方程
附录B傅里叶分析的理论基础
附录C记数制
附录D常用数据
附录E应力应变关系
附录F伪随机正态分布数
附录G最小二乘拟合的统计试验
部分习题答案
序言
历经30年之后，本书的基本目的仍可用1961年出版的《机械量测量》第一版序言中的下述三段话来加以表达。
实验开发已经成为机械设计过程中的一个非常重要的方面。在过去的岁月里，那种对“消除设计缺陷”的需要被认为是设计发展进程的一种不幸变化，从而令人对设计人员的能力产生严重的怀疑。随着机械复杂程度和速度的不断增加，迫使工程类职业以及类似的工业管理行业采取一种变化的设计哲理。一个实验开发周期已不被看做一个加以回避的问题，而被看做整个设计过程的一个不可缺少的阶段。在这方面，众多的研发公司、子公司、研究队伍以及军事后勤研发项目的不断增长为上述论点提供了论据。
同时，我们不应该认为实验开发（设计）的途径减轻了人们对参加一种新装置或过程的初始规划阶段的责任。实际上，经实验项目所获取的知识不断地加强和支持了设计的理论阶段。
测量以及对它的正确解释是任何工程研发项目的必要组成部分。自然，测量必须提供可靠的信息，而它们的意义必须被正确地理解和解释。本书的主要目的便是为这种测量提供一个基础。
在这本第五版的《机械量测量》中，我们做了许多改动和改进。首先增加了一位新的作者，J·H·林哈尔德博士。此外，对本书中一半以上的章节做了实质性的修改。一些专门的改动列举如下。
Ÿ第3章中不确定度方面的材料被全部修改并遵循美国机械工程协会（ASME）标准。
Ÿ在第4和第8章中增添了离散采样和离散傅里叶变换方面的新材料。
Ÿ在第6和第16章中增添了有关半导体传感器方面的新材料。
Ÿ修改和更新了第7章中有关滤波器和运算放大器的章节内容。
Ÿ在第15章以及第11和17章中引进基于激光的速度和位移测量内容。
Ÿ在第18章中增加有关声强和噪声测量方面的新材料。
Ÿ在第2章中加进了测量标准方面的最新变化。
Ÿ对剩余部分材料做了实质性的更新，约40%的习题内容被替换或修改。
作者并不建议读者应严格遵循所介绍材料的编排次序。课程的内容应该具有很大的灵活性，选取的课本作业应适合多种基本的要求或意图。例如，作者发现，如果需要的话，可简单地将第1章和第2章作为学生阅读作业。根据任课教师的意愿，对某些章节可给予不同的侧重。如果课程是由讲课/复述加实验课所组成，那么也可根据所能利用的实验设备规定所侧重的领域。总体来说，本书作为一本教材可容易地提供一个双学期的课程系列内容。
译者序
本书是美国大学中普遍采用的一本讲述非电量测量的理论与应用的经典教科书。全书共分两大部分。第1部分为机械量测量基本理论，主要讲述测量标准与单位，实验数据的评价，被测量的时、频域描述，测试系统的响应，传感器理论，信号的转换与调理，信号的记录、显示与处理。第2部分为不同机械量测量的应用技术，其中包括事件计数，位移及尺寸、应力、应变、力和力矩、流量、温度、运动，以及声学等物理量的测量。
本书内容丰富，覆盖面广。所介绍的测量技术几乎涵盖机械量测量的各个领域。作为一本大学教科书，本书在叙述基本理论的同时，还辅以许多例题讲解，每章末均附有大量的习题和建议读物，在书末还提供部分习题答案和某些必要的参考材料附录。这对于学习本课程的学生来说无疑是一个很大的优点和帮助。另外，本书在介绍测量理论基础的同时，还介绍各种机械量测量的实用方法和仪器。因此，本书也适合作为专业科技人员的参考用书。由于本书的上述特点，使它自1961年问世以来几经再版，深受广大读者的欢迎。我们目前翻译的是它的第五版。
本书由清华大学王伯雄教授主译，参加本书翻译工作的还有：黄冠文（第4章），陈华成（第5、7、8章及附录），邹姗姗（第6、9、10、11章），朱继强（第12～15章），朱从锋（第16～18章），丁洁（第3章3.12～3.16节），罗秀芝高工参加了译文整理工作，全书译文由王伯雄审校。
本书内容广、篇幅大，由于译者水平有限，书中缺点和错误在所难免，恳请广大读者批评指正。
译者
2004年3月于清华园