机械工程测试技术基础（第三版）段富海第二章 测试装置的基本特性ppt课件.ppt

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1、第二章测试装置的基本特性第一节概述第二节测量装置的静态特性第三节测量装置的动态特性第四节测试装置对任意输入的响应第五节实现不失真测量的条件第六节测量装置动态特性的测量第七节负载效应第八节测量装置的抗干扰第二章测试装置的基本特性第一节概述线性系统及其主要性质：叠加特性，比例特性，微分性，积分性，频率保持性等。第二节测量装置的静态特性线性度，灵敏度，分辨率，回程误差，漂移，重复性误差，信噪比，动态范围。第一节概述特性：是指系统输入、输出关系。特性是统一的，相互联系的。包括：静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰特性。测试装置输入x输出y激励响应静态测量：在测量期间，被

2、测量值是恒定量（即被测量不随时间变化或缓慢变化）。静态特性：输入一个不随时间变化的信号与输出之间的关系。动态测量：被测量为瞬时值或被测量随时间变化。动态特性：在动态测量条件下的特性。第一节概述1）如果输入、输出是可以观察（已知）的量，那么通过输入、输出就可以推断系统的传输特性(系统辨识)2）如果系统特性已知，输出可测，那么通过该特性和输出就可以推断导致该输出的输入量(反求)3）如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量(预测)一、特性描述的方法工程测试问题：输入系统特性输出第一节概述1实数域：建立系统特性的数学模型（微分方程），求解微分方程。2复数域：

3、鉴于解微分方程困难，用拉普拉斯变换，将实数域中的微分方程化为复数域中的代数运算，传递函数计算方便。3频率域：频率响应函数（用实验方法求得）。4脉冲响应函数：单位脉冲响应函数h(t)或权函数。第一节概述分析谐波输入的稳态响应；确定不失真测试工作区域范围；校正系统方程的参数；对于高阶微分方程，特别是不能用微分方程描述的装置，分析其特性。特性分析的作用：第一节概述二、线性系统及其主要性质当系统的输入和输出之间的关系可用常系数线性微分方程描述时，则称该系统为线性时不变系统，也称定常线性系统。式中t为时间自变量。均为常系数，不随时间而变化。第一节概述1）叠加特性几个输入所

4、产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果2）比例特性第一节概述3）微分性如果线性的输入为x（t），引起的输出为y（t），当输入时，输出为。4）积分性如果线性的输入为x（t），引起的输出为y（t），当输入时，输出为。第一节概述5）频率保持性若输入为某一频率的简谐信号，则系统的稳态输出必是同频的简谐信号。装置按线性系统的比例特性，对于某一已知频率，有由于第一节概述又根据线性系统的微分特性另输入为某一单一频率的简谐信号，其二阶导数应为：第一节概述由此得相应的输出也应为于是输出的唯一可能解是叠加性和频率保持性，在测试工作中具有重要的作用。第二节测量装置的静态特性测量

5、装置的静态特性是在静态测量条件下，描述实际测量装置与理想时不变线性系统的接近程度。1线性度δ线性度是指测量装置输入、输出之间的关系与理想比例关系（即理想直线关系）的偏离程度，即校准曲线和拟合直线的接近程度。拟合直线确定方法：最小二乘法——独立直线法满量程法——端基直线法(端点连线法)第二节测量装置的静态特性1--校准曲线2—拟合直线量程（示值范围）的最大值，又称满量程值：A校准曲线与拟合直线的最大偏差B线性度：校准曲线与拟合直线接近程度。线性度采用相对误差表示：测量范围第二节测量装置的静态特性满量程法——端基直线法（保守）第二节测量装置的静态特性最小二乘法（独

6、立直线法）求拟合直线与校准曲线间的偏差的平方和最小，a和b由下面的公式求得：设拟合直线为：第二节测量装置的静态特性2灵敏度S单位输入变化所引起的输出变化，称为灵敏度；灵敏度是有量纲的量，单位取决于输入、输出量的单位；通常使用理想直线的斜率作为灵敏度值。第二节测量装置的静态特性3分辨力（分辨率）和阈值测量装置的输入输出关系不可能都做到绝对连续，输入量开始变化，输出量并不随之相应变化，而是输入量变化到某一程度时，输出才产生一小的阶跃变化。引起测量装置的输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值称为分辨力。第二节测量装置的静态特性阈值（灵敏限、灵敏阈、失灵区、死区、钝

7、感区）定义：输入量由零变化到使输出量开始发生可观测变化的输入量值。4回程误差h(滞后、变差、迟滞)对于某一输入量，传感器在正行程的输出量明显地、有规律地不同于其反行程时在同一输入量下的输出量，这种现象称为迟滞。（磁滞、内摩擦、干摩擦、间隙）最大差值h相对误差回程误差第二节测量装置的静态特性5漂移零点漂移：测量装置的输出零点偏离原始零点的距离。灵敏度漂移：由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系（斜率）的变化。装置特性随时间缓慢变化称为漂移。6稳定度装置在规定条件下，保持其特性恒定不变的能力。通常稳定度指漂移（在不指明影响量和规定条件）。若对其它影响量考察稳定度(

8、如温度),要特别指明。7