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【摘 要】随着社会经济的飞速发展，材料工程的测试技术也日渐提高。材料工程的测试技术也就是指工程材料的检测技术。由于检测对象的结构越来越复杂，且各种新型材料不断涌现，这给材料的检测带来了巨大的挑战。工程材料检测结果的有效性是确保工程建设质量的首要条件。本文主要对材料工程检测的概念以及检测方法进行了详细的探讨，以期待对材料工程测试技术的发展起到一定的推动作用。
【关键词】材料工程；测试技术；检测
一、材料工程测试技术的概念
材料工程测试技术是指一种对材料工程进行检测的技术，主要包含两个方面的内容。首先是对工程建设中的原材料、成品或者半成品进行质量检测或者尺寸测量；其次是对生产中的关键环节进行有效的检查、监督和控制，使之处于正常的运行状态。这就要求检测人员掌握相关的检测技术，定时地对所需参数进行定性或定量的测量。一些基本参数包括粉体粒度、比表面积、粉体堆积和流动性能、温度、压力、烟气成分以及传热过程等等。常用到的方法有X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱分析、电子衍射分析、能谱分析、色谱分析以及质谱分析等等。为了满足日益发展的工程建设的需求，需要研制新型的性能优异的材料。因此，对于新型材料的制备工艺的要求也越来越严格，这就对材料工程的测试技术提出了更高的要求。
二、测量误差
误差公理告诉我们：一切测量皆有误差。测量误差一般分为两类，即绝对误差和相对误差。由于受测量方法、测量条件以及测量仪器等客观因素的影响，测量值与真实值之间总会存在一定的差异。我们把在一定条件下，测量结果与真实值之间的差异叫做绝对误差，而将绝对误差与真实值比值的百分数定义为相对误差。在测量过程中，要尽可能地减小误差，提高测量数据的准确性。
误差产生的原因可以分为以下四类：仪器误差、理论误差、个人误差以及环境误差。仪器误差是指由于仪器本身的缺陷或者没有在所要求条件下使用而产生的误差，比如托盘天平两臂长度不等、电子天平的零点不准等等。理论误差是指由于某些测量原理公式本身就是一个近似值，存在一定的误差。在物理学中，经常会忽略摩擦、电表内阻、空气阻力等等条件，这样的测量结果都会有一定的误差，只是误差非常小而已。个人误差是指由于测量者自身的原因造成的误差，比如计时不准确，读数没有平视等等。环境误差是指由于外界环境的变化对测量结果造成的影响。比如光照条件、温度、压力、湿度以及地磁场等条件发生变化，使测量结果发生了轻微的改变。
三、减小测量误差的方法
为了保证测量数据的准确性，就要想方设法地减小误差。首先要找出产生误差的原因，然后有针对性地采取措施。在确保测量方法无误的基础上，可以通过优化仪器设备以及提高测量人员的综合素质来减小误差。在实际的测试工作中，一般都是通过校正测量方法和适当的数据处理环节来提高测量数据的精度。主要的途径包括以下四个方面：第一，通过多次试验，找出误差产生的规律，并经过科学的理论分析，计算出准确的修正值，进而对测量结果进行校正；第二，由于误差具有随机性，因此要通过不断地校正来提高精度。第三，在测量过程中，有时候会出现一些坏值，它们严重影响了测量结果的精确性。因此要善于发现坏值，并及时将其剔除；第四，减少随即误差的影响，提高测量的准确度。一般是通过掌握统计规律的方法来减小差量。下面简单介绍下随机误差的特点以及剔除粗大误差的方法。
1、随机误差
在相同测量条件下，多次测量同一物理量时，误差的绝对值符号的变化，时大时小、时正时负，以不可预定方式变化着的误差称为随机误差，有时也叫偶然误差。
引起随机误差的原因也很多，有仪器原因、个人原因以及环境原因等等。比如环境温度、压力、电磁场等无规律的变化，对测量值的准确性造成了一定的影响。这些因素不可控制又无法预测和消除。
实践和理论都已证明：当测量次数很大时，随机误差就呈现一定的规律性，差服从一定的统计规律（正态分布），其特点表现为单峰性、对称性、有界性和抵偿性。因此，增加测量次数可以减小随机误差，但不能完全消除。
2、粗大误差
粗大误差是可以避免的，主要是由于测量者的过失引起的，不属于测量误差，比如实验方法不合理，用错仪器，操作不当，读错数值或记错数据等引起的误差。这种误差可以通过提高测量者素质的方法来减小或者避免。在处理测量数据的时候，需要将粗大误差值剔除，以免对整体测量结果造成影响。剔除的方法一般为3σ准则、拉依达准则、格拉布斯准则或肖维勒准则等。
四、检测方法
1.主动检测和被动检测
主动检测就如同日常生活中检测西瓜有没有熟透，人为地敲击西瓜的表面，通过辨别声音来判断西瓜的品质。主动检测的定义为向被检测对象施加一定的能量，通过反馈情况来进行检测。显而易见，这里施加的能量必须能对检测对象产生一定的干扰作用才行。被动检测是相对主动检测而言的，不需要向被检测对象施加能量。
2.偏差法、替代法、微差法和平衡法
偏差法是一种比较常见的测量方法，被测量的数值是反映在显示表盘上的，只要用眼睛观察，便可得到结果，比如电流表、电压表等。替代法是一种间接测量方法，比如古代的曹冲称象，利用石头来代替大象，待达到相同的吃水深度时量出石头的总重量即可。这种方法一般在直接测量难以实现时使用。微差法是允许存在微小差值的，只需将用偏差法测出的差值与标准量相加即可，这种方法的准确度比直接用偏差法测量更高。平衡法与微差法有点类似，简单地说就是通过调节已经标准量的大小，使之与被测量对象达到平衡。托盘天平就是这个原理。
3.电测量和非电量电测量
由于电测量存在一定的局限性，其参数差别比较大，测量效果不是很好，因此大多数情况下都是使用非电量电测量技术。非电量电测量技术是指通过传感器将需要测量的非电参数转换成电参数，然后测量出此电量，然后再按照之前的转换规则，将测量的电参数转换成所需的非电参数。传感器是指具有将信号按照一定的规律转换成可以输出信号的功能器件。
4.接触检测和非接触检测
顾名思义，接触检测就是指检测仪器与被检测对象直接接触的一种测量方法，也称为直接检测。这种方法的缺点是会对被检测对象产生一定的干扰，有时甚至会影响检测结果的正确性。在某些特殊环境下，比如强腐蚀、高温、高压、高辐射等情况下，被检测对象是很难被直接测量的，因而需要采取非接触检测的方法。这种检测方法的有点是不会对被检测对象造成破坏。但有时也会因为非接触受到侵入因素的干扰而降低测量精度。
五、结束语
随着科学技术日新月异地发展，某些传统的测试技术将不再适用，必将逐渐地被新的测试技术所取代。为了适应新潮流的需求，新的材料工程的测试技术必将朝着智能化的方向发展，合理利用先进的电子信息技术，从而大大地提高测量结果的准确性。
参考文献：
[1]张国忠，李耳. 材料工程测试技术[M]. 北京工业大学出版社，2006.
[2]陈景华. 材料工程测试技术[M]. 华东理工大学出版社，2006.
[3]潘立登，李大宇，马俊英. 软测量技术原理与应用[M]. 中国电力出版社，2009.
[4]朱名铨，李晓萤，刘笃喜. 机电工程智能检测技术与系统[M].高等教育出版社，2002.
[5]简小刚，贾鸿盛，石来德. 多传感器信息融合技术的研究进展[J]. 中国工程机械学报，2009，7（2）.
【关键词】材料工程；测试技术；检测
一、材料工程测试技术的概念
材料工程测试技术是指一种对材料工程进行检测的技术，主要包含两个方面的内容。首先是对工程建设中的原材料、成品或者半成品进行质量检测或者尺寸测量；其次是对生产中的关键环节进行有效的检查、监督和控制，使之处于正常的运行状态。这就要求检测人员掌握相关的检测技术，定时地对所需参数进行定性或定量的测量。一些基本参数包括粉体粒度、比表面积、粉体堆积和流动性能、温度、压力、烟气成分以及传热过程等等。常用到的方法有X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光谱分析、电子衍射分析、能谱分析、色谱分析以及质谱分析等等。为了满足日益发展的工程建设的需求，需要研制新型的性能优异的材料。因此，对于新型材料的制备工艺的要求也越来越严格，这就对材料工程的测试技术提出了更高的要求。
二、测量误差
误差公理告诉我们：一切测量皆有误差。测量误差一般分为两类，即绝对误差和相对误差。由于受测量方法、测量条件以及测量仪器等客观因素的影响，测量值与真实值之间总会存在一定的差异。我们把在一定条件下，测量结果与真实值之间的差异叫做绝对误差，而将绝对误差与真实值比值的百分数定义为相对误差。在测量过程中，要尽可能地减小误差，提高测量数据的准确性。
误差产生的原因可以分为以下四类：仪器误差、理论误差、个人误差以及环境误差。仪器误差是指由于仪器本身的缺陷或者没有在所要求条件下使用而产生的误差，比如托盘天平两臂长度不等、电子天平的零点不准等等。理论误差是指由于某些测量原理公式本身就是一个近似值，存在一定的误差。在物理学中，经常会忽略摩擦、电表内阻、空气阻力等等条件，这样的测量结果都会有一定的误差，只是误差非常小而已。个人误差是指由于测量者自身的原因造成的误差，比如计时不准确，读数没有平视等等。环境误差是指由于外界环境的变化对测量结果造成的影响。比如光照条件、温度、压力、湿度以及地磁场等条件发生变化，使测量结果发生了轻微的改变。
三、减小测量误差的方法
为了保证测量数据的准确性，就要想方设法地减小误差。首先要找出产生误差的原因，然后有针对性地采取措施。在确保测量方法无误的基础上，可以通过优化仪器设备以及提高测量人员的综合素质来减小误差。在实际的测试工作中，一般都是通过校正测量方法和适当的数据处理环节来提高测量数据的精度。主要的途径包括以下四个方面：第一，通过多次试验，找出误差产生的规律，并经过科学的理论分析，计算出准确的修正值，进而对测量结果进行校正；第二，由于误差具有随机性，因此要通过不断地校正来提高精度。第三，在测量过程中，有时候会出现一些坏值，它们严重影响了测量结果的精确性。因此要善于发现坏值，并及时将其剔除；第四，减少随即误差的影响，提高测量的准确度。一般是通过掌握统计规律的方法来减小差量。下面简单介绍下随机误差的特点以及剔除粗大误差的方法。
1、随机误差
在相同测量条件下，多次测量同一物理量时，误差的绝对值符号的变化，时大时小、时正时负，以不可预定方式变化着的误差称为随机误差，有时也叫偶然误差。
引起随机误差的原因也很多，有仪器原因、个人原因以及环境原因等等。比如环境温度、压力、电磁场等无规律的变化，对测量值的准确性造成了一定的影响。这些因素不可控制又无法预测和消除。
实践和理论都已证明：当测量次数很大时，随机误差就呈现一定的规律性，差服从一定的统计规律（正态分布），其特点表现为单峰性、对称性、有界性和抵偿性。因此，增加测量次数可以减小随机误差，但不能完全消除。
2、粗大误差
粗大误差是可以避免的，主要是由于测量者的过失引起的，不属于测量误差，比如实验方法不合理，用错仪器，操作不当，读错数值或记错数据等引起的误差。这种误差可以通过提高测量者素质的方法来减小或者避免。在处理测量数据的时候，需要将粗大误差值剔除，以免对整体测量结果造成影响。剔除的方法一般为3σ准则、拉依达准则、格拉布斯准则或肖维勒准则等。
四、检测方法
1.主动检测和被动检测
主动检测就如同日常生活中检测西瓜有没有熟透，人为地敲击西瓜的表面，通过辨别声音来判断西瓜的品质。主动检测的定义为向被检测对象施加一定的能量，通过反馈情况来进行检测。显而易见，这里施加的能量必须能对检测对象产生一定的干扰作用才行。被动检测是相对主动检测而言的，不需要向被检测对象施加能量。
2.偏差法、替代法、微差法和平衡法
偏差法是一种比较常见的测量方法，被测量的数值是反映在显示表盘上的，只要用眼睛观察，便可得到结果，比如电流表、电压表等。替代法是一种间接测量方法，比如古代的曹冲称象，利用石头来代替大象，待达到相同的吃水深度时量出石头的总重量即可。这种方法一般在直接测量难以实现时使用。微差法是允许存在微小差值的，只需将用偏差法测出的差值与标准量相加即可，这种方法的准确度比直接用偏差法测量更高。平衡法与微差法有点类似，简单地说就是通过调节已经标准量的大小，使之与被测量对象达到平衡。托盘天平就是这个原理。
3.电测量和非电量电测量
由于电测量存在一定的局限性，其参数差别比较大，测量效果不是很好，因此大多数情况下都是使用非电量电测量技术。非电量电测量技术是指通过传感器将需要测量的非电参数转换成电参数，然后测量出此电量，然后再按照之前的转换规则，将测量的电参数转换成所需的非电参数。传感器是指具有将信号按照一定的规律转换成可以输出信号的功能器件。
4.接触检测和非接触检测
顾名思义，接触检测就是指检测仪器与被检测对象直接接触的一种测量方法，也称为直接检测。这种方法的缺点是会对被检测对象产生一定的干扰，有时甚至会影响检测结果的正确性。在某些特殊环境下，比如强腐蚀、高温、高压、高辐射等情况下，被检测对象是很难被直接测量的，因而需要采取非接触检测的方法。这种检测方法的有点是不会对被检测对象造成破坏。但有时也会因为非接触受到侵入因素的干扰而降低测量精度。
五、结束语
随着科学技术日新月异地发展，某些传统的测试技术将不再适用，必将逐渐地被新的测试技术所取代。为了适应新潮流的需求，新的材料工程的测试技术必将朝着智能化的方向发展，合理利用先进的电子信息技术，从而大大地提高测量结果的准确性。
参考文献：
[1]张国忠，李耳. 材料工程测试技术[M]. 北京工业大学出版社，2006.
[2]陈景华. 材料工程测试技术[M]. 华东理工大学出版社，2006.
[3]潘立登，李大宇，马俊英. 软测量技术原理与应用[M]. 中国电力出版社，2009.
[4]朱名铨，李晓萤，刘笃喜. 机电工程智能检测技术与系统[M].高等教育出版社，2002.
[5]简小刚，贾鸿盛，石来德. 多传感器信息融合技术的研究进展[J]. 中国工程机械学报，2009，7（2）.