电工学 第二章 测试系统的特性课件.ppt

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1、第二章测试系统的特性测试系统概述测试系统的静态特性测试系统的动态特性一测试系统1、定义：回顾一下测试系统的组成指示仪（模拟）指示仪传感器放大电源记录仪（数字）PC单片机非电量电信号被测量测试装置输入x输出y这样，系统的特性包括：a）输入特性；b）传递特性c）输出特性可以简单的表示成：静态特性：被测量不随时间变化或缓慢变化时，y与x之间的关系，用代数方程表示。动态特性：被测量随时间迅速变化，y与x之间的关系，微分方程表示静态特性动态特性2-1测试系统的静态特性输入x与输出y不随时间变化时，可以用代数方程y=Sx表示系统的静态特性，

2、称为静态特性方程。例：称不同重量的物体时，弹簧秤表现出的特性，就是测试系统（弹簧秤）的静态特性。因为物体的重量是恒定的，不随时间变化的。一、静态特性指标1、灵敏度：灵敏度是指测试装置在静态测量时，输出增量Δy与输入增量Δx之比，即S＝Δy/Δx线性装置的灵敏度S为常数，是输入与输出关系直线的斜率。非线性装置的灵敏度S是一个变量，输入量不同，灵敏度就不同，通常用拟合直线的斜率表示装置的平均灵敏度。y0x拟合曲线实测曲线灵敏度的量纲由输入和输出的量纲决定。若输出和输入的量纲相同，则称放大倍数。应该注意的是，装置的灵敏度越高，就越容易

3、受外界干扰的影响，即装置的稳定性越差，同时测量范围越小。F还是以弹簧为例：F=KXX=(1/K)F,这里，x是输出量，F是输入量。S=1/K=a/b,这里a,b是由K决定的常数2、线性度：理想的测试装置静态特性曲线是条直线，但实际上大多数测试装置的静态特性曲线是非线性的。实际特性曲线与拟合直线偏离的程度称为线性度，用线性误差表示为δL＝ΔLm/A×100％ΔLm：实际曲线与拟合直线的最大偏差，实际曲线也被称为标定曲线A：输出量程应当注意，量程越小，线性化带来的误差越小，因此要求线性化误差小的场合可以采取分段线性化。yymxA0x

4、m拟合曲线标定曲线△Lm3、回差：实际测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一输入量会得到大小不等的输出量，在全部测量范围内，这个差别的最大值与标称输出范围之比称回差。即δh＝hm/ym×100％,hm:正反行程的最大差值，ym：标称输出范围回差是由迟滞现象产生的，即由于装置内部的弹性元件、磁性元件的滞后特性以及机械部分的摩擦、间隙、灰尘积塞等原因造成的。ymyhmxmx04、漂移：指输入量不变时，经过一定的时间后输出量产生的变化。由于温度变化而产生的漂移称温漂。5、分辨力：指仪器可能检测出的输入信号最小变化量。

5、分辨力除以满量程称分辨率。2-2测试系统的动态特性动态测量时，被测信号随时间迅速变化，系统特性就必须用微分方程描述。通常我们希望测试系统为理想的线性时不变系统。一、线性系统输入的加权得到输出的加权；假设：系统x1(t)Y1(t)系统x2(t)Y2(t)系统ax1(t)+bx2(t)Y(t)Y(t)=aY1(t)+bY2(t)判断：(1)y=2x+3(2)y=2x(3)y=x2解：（1）x1(t)Y1(t)=2x1(t)+3x2(t)Y2(t)=2x2(t)+33x1(t)+4x2(t)Y(t)=2[3x1(t)+4x2(t))]

6、+3=6x1(t)+8x2(t)+3如果为线性系统，其输出应为：Y3(t)=3y1(t)+4y2(t)=6x1(t)+9+8x2(t)+12=6x1(t)+8x2(t)+21Y(t)不等于Y3(t),所以系统为非线性系统x2(t)Y2(t)=2x2(t)Y1(t)=2x1(t)（2）x1(t)3x1(t)+4x2(t)Y(t)=2[3x1(t)+4x2(t))]=6x1(t)+8x2(t)=3y1(t)+4y2(t)所以该系统为线性系统(3)很明显是非线性系统时不变系统是指输入的延时得到输出的延时。时不变线性系统满足叠加性，比例

7、特性，频率保持性。频率保持性指时不变线性系统稳态输出信号频率与输入信号的频率相同。如果系统处于线性工作范围内，输入信号频率已知，则输出信号与输入信号有相同的频率分量。如果输出信号中出现与输入信号频率不同的分量，说明系统中存在着非线性环节或超出了系统线性工作范围。这就是说加于常系数线性系统的各输入分量所引起的输出是互不影响的。因此，分析常系数线性系统在复杂输入作用下的总输出时，可以先将复杂的输入量分解成许多简单的输入分量，求出每个简单输入分量得输出，再对这些输出求和。二、系统传递特性的描述用：any(n)(t)+an-1y(n-1

8、)(t)+…+a1y(1)(t)+a0y(0)(t)=bmx(m)(t)+bm-1x(m1)(t)+…+b1x(1)(t)+b0x(0)(t)微分方程来描述系统的传递特性。系统为线性时不变系统时，该方程为常系数微分方程。从系统的微分方程中需要掌握：n>m,且n代