测试技术 第3章 测量装置基本特性.ppt

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1、测量装置是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。第一节概述复杂测量装置(轴承缺陷检测)简单测量装置(光电池)V第三章测量装置基本特性测量装置作为系统看待。简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)之间关系x(t)h(t)y(t)3)输入和系统特性已知，推断系统输出量(预测)1)输入、输出已知，推断系统的传输特性(系统辨识)2)系统特性已知，输出可测量，推断输入量(反求)第三章测量装置基本特性物理量传感器变换装置显示记录装置一、静态测试和动态测试1．静态测试——输入量不随时间变化2．动态测试——输入和输出都是随时间变化的信号第三章测量装置基本特性

2、二、测试系统基本要求理想测试系统：具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都只有单一的输出量与之对应。以输出和输入成线性关系最佳。xy线性xy线性xy非线性第三章测量装置基本特性第三章测量装置基本特性四、测量装置数学模型常系数线性微分方程时不变线性系统性质:1)叠加原理2)比例特性第三章测量装置基本特性3)频率不变原理(频率保持性)输出信号频率等于输入输出信号频率。第二节测量装置静态特性静态测量微分方程式静态测量：测量装置的输入、输出信号不随时间而变化静态测量时，测试装置表现出的响应特性——静态响应特性参数：线性度、滞后、重复度、灵敏度第三章测量装置基本特

3、性一、线性度标定曲线与拟合直线的偏离程度若在标称(全量程)输出范围A内，标定曲线偏离拟合曲线的最大偏差为B非线性度=B/A×100%二、滞后(回程误差、迟滞、滞环)滞后产生原因：1)机械结构中存在摩擦和游隙2)测试系统中有吸收能量的元件(滞后特性)第二节测量装置静态特性增益、放大倍数★注意：灵敏度越高，测量范围越窄，合理选择灵敏度。三、灵敏度当测试装置的输入x有一增量△x，引起输出y发生相应的变化△y时，定义:S=△y/△x系统灵敏度第二节测量装置静态特性xy四、重复性——在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量时，其测量结果间不一致的程度第三节　测试装置动

4、态特性测量装置动态特性——测量装置对随时间变化的输入量的响应特性。x(t)h(t)y(t)第二节测量装置静态特性目的：1)根据信号频率范围及测量误差要求确定测量装置；2)已知测量装置动态特性，估算可测量信号的频率范围与对应的动态误差。第三节　测试装置动态特性一、传递函数初始条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。——在初始条件为零的条件下，系统输出y(t)的傅氏变换Y(jω)与输入量x(t)的傅氏变换X(jω)之比二、频率响应特性第三节　测试装置动态特性实验求传递函数原理依次用不同频率fi的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳态输出的幅值、相

5、位，得到幅值比Ai、相位差φi，绘制得到系统的幅频和相频特性曲线。依据：频率保持性若x(t)=Asin(ωt+φx)则y(t)=Bsin(ωt+φy)第三节　测试装置动态特性优点：简单缺点：效率低第三节　测试装置动态特性1.一阶系统——惯性环节(非周期环节)三、常用测试装置传递函数液柱式温度计、RC低通滤波器、弹簧-阻尼系统…(1)一阶系统微分方程弹簧-阻尼系统kcy(t)x(t)令τ——时间常数，结构参数决定第三节　测试装置动态特性(2)一阶系统传递函数(3)一阶系统频率特性传递函数幅频特性相频特性第三节　测试装置动态特性2.二阶系统——振荡环节质量-弹簧-阻尼

6、系统、RLC电路、动圈式仪表——系统的静态灵敏度——阻尼率；——系统的固有频率；kcy(t)x(t)m(1)二阶系统微分方程质量-弹簧-阻尼系统第三节　测试装置动态特性弹簧秤(2)二阶系统传递函数(3)二阶系统频率特性二阶系统动态特性参数：固有频率和阻尼率幅频特性相频特性第三节　测试装置动态特性四、环节串联和并联1.串联X(s)H(s)Z(s)H1(s)H2(s)Y(s)第三节　测试装置动态特性2.并联H2(s)H1(s)H(s)X(s)Y(s)第三节　测试装置动态特性五、对测量装置要求：频率特性好，灵敏度高，响应快，时间滞后小……设测试系统的输出y(t)与输入x

7、(t)满足：y(t)=A0x(t-τ0)第三节　测试装置动态特性y(t)=A0x(t-τ0)y(t)=A0x(t)τ0y(t)=A0x(t-τ0)傅立叶变换测量系统频率响应波形不失真，满足：幅频特性相频特性第三节　测试装置动态特性一、阶跃响应1.一阶系统阶跃响应当A=1时，输入为单位阶跃信号(函数)微分方程的解为(令S=1)若系统输入信号为单位阶跃信号，即x(t)=u(t)，则X(s)=1/s，Y(s)=H(s)/s输入阶跃信号第三节　测试装置动态特性0tτ①y(t)为指数曲线；②y(0)=0，y(∞)=1；③在0到∞的时间范围内，存在过渡响应动误差；④τ↑输出与

8、输入差异越