机械工程测试基础之测量装置的基本特性概述.pptx

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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试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一节概述★测试装置能否实现准确测量，取决于其特性：测试装置的特性抗干扰特性负载特性动态特性静态特性说明：测试装置各特性是统一的，相互关联的。例如：动态特性方程一般可视为线性方程，但考虑静态特性的非线性、迟滞等因素，就成为非线性方程。1、测试装置的静态特性静态特性是由静态标定来确定的；静态标定：是一个实验过程，只改变测量装置的一个输入量，其他所有的可能输入严格保持不变，测量对应的输出量

2、，得到输入和输出之间的关系；在静态标定中，当以要测量的量作为输入时，得到的输入与输出之间的关系作为静态特性；为研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其他各种可能输入与输出之间的关系，据此可估计（图2－1）环境条件的变化与干扰输入对测量过程的影响；环境条件的变化与干扰输入所产生的测量误差。实际标定过程如图2－2，主要考虑其他量不会严格保持不变。测量装置的静态测量误差：测量装置自身和人为因素。2、标准和标准传递若标定结果有意义，输入和输出变量的测量必须精确；用来定量输入、输出变量的仪器和技术统称为标准；变量的测量精度以测量误差量化，即测量值与真值的差；真值：用精度最高的最终标准得到的测量

3、值；标准传递和实例（图2－3）。标准砝码标准砝码产生的压力被标定压力传感器实验室压力传感器活塞式压力标定器实验室用标定器3、测量装置的动态特性动态特性：当输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述；研究测量装置动态特性时，一般认为系统参数不变，即用常系数线性微分方程描述，如下：2－1测量装置的动态特性也可以用传递函数、频率响应函数和单位脉冲响应函数表示：传递函数：频率响应函数：脉冲响应函数：4、测量装置的负载特性测量装置或系统一般由若干环节组成：传感器、测量电路、前置放大、信号调理等；负载效应：传感器安装于被测物体或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能力或产生干

4、扰，使被测物理量偏离原有量值，从而不可能实现理想的测量，这种效应称为负载效应。测量装置的各环节之间一般都会产生负载效应；负载特性是测量装置的固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要加以考虑并将其降到最小。5、测量装置的抗干扰性测量装置所受的干扰形式：电源干扰、环境干扰、信道干扰。干扰影响决定于测量装置的抗干扰性能，并与采取的抗干扰措施有关。第二节测量装置的静态特性测试装置的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想时不变线性系统接近的程度。一、线性度：线性度：测量装置输出、输入之间的关系与理想比例关系的偏离程度。实际标定时输入、输出数据不在一条直线上。线性误差的两种表达形式：

5、图2－24a、b上各点与理想直线的最大偏差Δmax；百分数表达：理想直线的确定方法：端点连线（a图）和最小二乘直线（b图）。二、灵敏度：灵敏度：单位输入变化所引起的输出的变化，通常使用理想直线的斜率作为测量装置的灵敏度值。灵敏度是有量纲的。三、回程误差：回程误差也称为迟滞，是描述测试装置的输出同输入变化方向有关的特性。理想测试装置，输入与输出为完全单调的一一对应直线关系；实际测试装置在同样测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一个输入量所得到的两个输出量往往存在差值。在整个测量范围内，最大的差值称为回程误差。0y⊿HmaxyFS回程误差四、分辨力：引起测量装置的输出量产生一

6、个可以察觉变化的最小输入量变化值称为分辨力。五、零点漂移和灵敏度漂移零漂是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，可以是随时间缓慢变化的量；灵敏度漂移是由于材料性质的变化引起输入与输出关系的变化。总误差是零漂和灵敏度漂移的和；后者较小，可忽略。第三节测量装置的动态特性测试装置的动态特性是指当输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述。一、动态特性的数学描述把测量装置视为定常线性系统，可用常系数线性微分方程描述输入、输出关系，但使用不便。可通过拉普拉斯变化建立“传递函数”；通过傅立叶变换建立“频率特性函数”，描述会更简便有效。1、传递函数若y(t)为时间变量t的函数

7、，且当t≤0时，有y(t)=0，则y(t)的拉普拉斯变换Y(s)定义为式中s为复变量，s=a+jω,a>0。若系统的初始条件均为零，对式（2－1）作拉氏变换得将输入和输出两者的拉普拉斯变换之比定义为传递函H(s)，即传递函数特性：传递函数H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它仅表达系统的传输特性，由传递函数H(s)所描述的一个系统对于任一具体的输入x(t)都明确地给出了相应的输出y(t)；H(s)不拘泥于系统的物理结构。同一形式的传递函数可以表征具