测试装置的基本特性.ppt

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1、第二章测试装置的基本特性§1概述§2测试装置的静态特性§3测试装置动态特性的数学描述§4测试装置对任意输入的响应§5实现不失真测试的条件§6测试装置动态特性的测试7/23/20211一、对测试装置的基本要求二、线性系统及其主要性质§1概述7/23/20212一、线性度二、灵敏度、鉴别力阈、分辨力三、回程误差四、稳定度和漂移§2测试装置的静态特性7/23/20213一、传递函数二、频率响应函数三、脉冲响应函数四、环节的串联和并联五、一阶、二阶系统的特性§3测试装置动态特性的数学描述7/23/20214一、系统对任意输入的响应二、系统对单位阶跃输入的响应§

2、4测试装置对任意输入的响应7/23/20215一、频率响应法二、阶跃响应法§6测试装置动态特性的测试7/23/20216§1概述一、对测试装置的基本要求通常的工程测试问题总是处理输入量x(t)、装置（系统）的传输特性h(t)和输出量y(t)三者之间的关系。如图：1）如果x(t)、y(t)可以观察(已知)，则可推断h(t)。2）如果h(t)已知，y(t)可测，则可推断x(t)。3）如果x(t)和h(t)已知，则可推断和估计y(t)。7/23/20217理想的测试装置应该①输出和输入成线性关系。即具有单值的、确定的输入-输出关系。②系统为时不变线性系统。实

3、际的测试装置①只能在较小工作范围内和在一定误差允许范围内满足线性要求。②很多物理系统是时变的。在工程上，常可以足够的精确度认为系统中的参数是时不变的常数。7/23/20218时不变线性系统可用常系数线性微分方程（2-1）来描述，也称定常线性系统。式中t为时间自变量。系统的系数均为常数。7/23/20219二、线性系统及其主要性质如以x(t)→y(t)表示上述系统的输入、输出的对应关系，则时不变线性系统具有以下一些主要性质。1）叠加原理几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。即若则符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是

4、互不影响的。7/23/202110在分析众多输入同时加在系统上所产生的总效果时，可以先分别分析单个输入（假定其他输入不存在）的效果，然后将这些效果叠加起来以表示总的效果。2)比例特性对于任意常数a，必有ax(t)→ay(t)3)微分特性系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数，即7/23/2021114）积分特性如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分，即5）频率保持性若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号，则系统的稳态输出必是、也只是同频率的简谐信号；即输出y(t)唯一可能解只能是7/23/202112第二章测试系统

5、的特性13机械工程测试技术基础§2.2测试系统的静态特性如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。一、静态特性测试装置静态测量时，描述其输入输出之间的关系曲线、方程或表格等，称为该装置的静态特性。7/23/202113第二章测试系统的特性14机械工程测试技术基础§2.2测试系统的静态特性用实验的方法获取测试系统输入输出关系的曲线的过程。二、静态特性曲线1、标定的概念当测试装置输入标准量值时，所得到的系统输入输出关系曲线。2、标定曲线测试装置静态特性指标是以标定曲线为依据而获得的。7/23/202114§2测试装置的静态特性在静

6、态测量中，定常线性系统的输入-输出微分方程式变成理想的定常线性系统，其输出将是输入的单调、线性比例函数，其中斜率S是灵敏度，应是常数。实际的测量装置并非理想的定常线性系统，其微分方程式的系数并非常数。测试装置的静态特性就是在静态测试情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。下面来讨论一些重要的静态特性。7/23/202115一、线性度线性度：校准曲线接近拟合直线的程度。线性误差=B/A*100%B为校准曲线与拟合直线的最大偏差。A为装置的标称输出范围。7/23/202116二、灵敏度、鉴别力阈、分辨力当装置的输入x有一个变化量∆x，它引起输出

7、y发生相应的变化量∆y，则定义灵敏度对于理想的定常线性系统，灵敏度应当是但是，一般的测试装置总不是理想定常线性系统，用拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。灵敏度有量纲，其单位取决于输入、输出量的单位。7/23/202117通常，把引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的最小被测量变化值称为鉴别力阈（也称为灵敏阈或灵敏限）。它用来描述装置对输入微小变化的响应能力。分辨力是指指示装置有效地辨别紧密相邻量值的能力。7/23/202118三、回程误差理想装置的输出、输入有完全单调的一一对应的关系。实际装置在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一

8、输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值。把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差或滞后误差。