第六讲测试系统的基本特性ppt课件.ppt

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1、第六讲测试系统的基本特性工程测试技术基础一、测试系统的数学模型研究其输入－输出之间的关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。理论和技术上表征输入－输出之间的关系通常是以建立数学模型来体现，这也是研究科学问题的基本出发点。输入输出关系静态特性动态特性微分方程描述1、静态数学模型在静态信号作用下，输出与输入间的一种函数关系。若不考虑迟滞和蠕动，一般用n次多项式来表示：式中x为输入量；y为输出量；a0为零输入时的输出，也叫零位输出；a1为传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示；a2,a3,···,an为非线性项系数，其数值由具体传感器非线性特性决定2、传

2、感器动态数学模型（略）二、测试系统的静态特性静态特性是指被测值处于稳定状态时,输出与输入的关系,主要由线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等性能来描述。（1）线性度线性度是输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称非线性误差。YFS为满量程输出，ΔLmax为最大非线性绝对误差（2）灵敏度灵敏度是在稳态下输出增量与输入增量的比值。对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率对于非线性传感器的灵敏度是一个随工作点而变的变量.（3）回程误差在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的程度。磁性材料的磁滞、弹性材料迟滞现象、以及机

3、械结构中的摩擦和游隙等原因（4）重复性重复性是在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。主要由机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内磨擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生（5）稳定性在室温条件下，经过相当长的时间间隔，输出与起始标定时的输出之间的差异。（6）漂移时间漂移：在规定的条件下零点或灵敏度随时间的缓慢变化；温度漂移：为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的变化。（7）综合误差计算—静态误差[精度]或或用精度来表示★精度是指仪器指示值和被测量真值的符合程度，精度是由非线性、迟滞、温度变化、漂移等一系列因素所导致的不确定度之和。静态特性测

4、定是选择经过校准的“标准”静态量作为输入，求出其输入/输出特性曲线。“标准”输入量误差应当是测试结果误差的1/3～1/5或更小。具体的标定过程如下：1.作输入-输出特性曲线2.求重复性误差3.求作正反行程的平均输入-输出曲线4.求回程误差5.求作定度曲线6.求作拟合直线，计算非线性误差和灵敏度三、测试系统的动态特性动态特性是反映随时间变化的输入量的响应特性。（1）输出量达到稳定状态以后与理想输出量之间的差别；（2）当输入量发生跃变时，输出量由一个稳态到另一个稳态之间的过渡状态中的误差。工程上通常采用输入“标准”信号函数的方法进行分析，并据此确立若干评定动态特性的指标。

5、传递函数：在初始条件为零时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。H(s)与输入x(t)无关；由H(s)所描述的系统对于任一具体的输入x(t)都有明确地相应输出y(t)等式中各系数是由测试系统本身结构特性所唯一确定的常数。H1(s)H2(s)Y(s)X(s)H(s)Y1(s)H1(s)H2(s)Y(s)X(s)H(s)Y1(s)Y2(s)H1(s)H2(s)Y(s)X(s)H(s)X1(s)X2(s)++付氏变换(单边):频响函数：对于LTI系统，设,有称为测试系统的频率响应函数。系统的幅频特性：系统的相频特性：A()-曲线称为幅频特性曲线，()-曲线

6、称为相频特性曲线。20lgA()-lg和()-lg曲线，两者分别称为对数幅频曲线和对数相频曲线，总称为伯德图（Bode图）。一阶二阶系统的传递特性任一系统可视为多个一阶、二阶系统的组合。一阶系统二阶系统一阶二阶系统的频响函数一阶系统数学表述传递函数静态灵敏度时间常数力X(t)位移Y(t)x(t)y(t)一阶系统一阶系统是一个低通环节。只有当远小于1/时，幅频响应才接近于1，因此一阶系统只适用于被测量缓慢或低频的参数。幅频特性降为原来的0.707（即－3dB)，相位角滞后45o,时间常数决定了测试系统适应的工作频率范围。二阶系统数学表述传递函数频率响应函

7、数：静态灵敏度系统固有频率阻尼比弹簧－质量－阻尼系统RLC电路系统Bode图1.二阶系统是一振荡环节，当是装置的共振点；2.二阶系统是一个低通环节，当曲线呈水平状态，随w的增大，A(w)先进入共振区，后进入衰减区；3.当ξ=0.7左右时，A(w)几乎无共振，其水平段最长，其相频几乎是一斜直线。频响函数:直观的反映了测试系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况。测试系统频率特性的确定测定频响函数的目的：在作动态参数检测时，要确定系统的不失真工作频段是否符合要求。测定频响函数的方法：用标准信号输入，测出其输出信号，从而求得需要的特性。输入的标准信号有正弦信号