测试装置的基本特性.ppt

第三章测试装置的基本特性3.1概述,一、对测试装置的基本要求通常的工程测试问题总是处理输入量x(t)、装置（系统）的传输特性h(t)和输出量y(t)三者之间的关系。即：l）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。2）如果系统特性已知，输出可测，那么通过该特性和输出可以推断导致该输出输的输入量。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。理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入一输出关系。,系统是由若干相互作用，相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体；系统的特性是指系统的输出和输入的关系。,从狭义上讲，系统实际上是能够完成一定功能变换的装置。,测量系统（装置）实际上是一个信息通道。理想的测量系统应该准确地真实地反映和传送所需要的信号而将那些无关的虚假的信号（干扰）抑止掉。,信号与系统有着十分密切的关系，为了真实地传输信号，系统必须具备一些必要的特性，通常用静态特性和动态特性来描述。,二、静态特性静态特性反映的是当信号为定值或变化缓慢时，系统的输出与输入的关系。是通过某种意义的静态标定过程确定的。静态标定过程是一个实验过程，这一过程是在只改变测量装置的一个输入量，而其他所有的可能输入严格保持为不变的情况下，测量对应的输出量，由此得到测量装置输入与输出间的关系。,三、标准和标准传递标准是用来定义输入和输出变量的仪器和技术统称。将一个变量的真值定义为精度最高的最终标准得到的测量值。实际上可能无法使用最终标准来测量该变量，可以使用中间的传递标准。,三、动态特性动态特性反映的是当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间的动态关系。测量装置的动态特性可用微分方程的线性变换来描述。测量装置的微分方程,传递函数,利用拉普拉斯变换可以求频率响应函数、脉冲响应函数等。测量装置的动态特性由物理原理的理论分析和参数的试验估计得到，也可由系统的试验方法得到。确定测量装置动态特性的目的是了解其所能实现的不失真测量的频率范围。,四、测量装置的负载特性测量装置或测量系统是由传感器、测量电路、前置放大、信号调理、直到数据存储或显示等环节组成。当传感器等被安装到被测物体上或进入被测介质，要从物体上或介质中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原来的量值，从而不可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。测量装置的负载特性是其固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要考虑这种特性并将其影响降到最小。,五、测量装置的抗干扰性测量装置在测量过程中要受到各种干扰，包括电源干扰、环境干扰（电磁场、声、光、温度、振动等干扰）和信道干扰。这些干扰的影响决定于测量装置的抗干扰性能。,3.2测量装置的静态特性,测试装置的静态响应特性静态测量:如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。静态特性:在静态测量情况下描述实际测量装置与理想时不变线性系统的接近程度。静态特性曲线静态特性反映的是当信号为定值或变化缓慢时，系统的输出与输入的关系，它可以用一个相应的代数方程来描述。静态测量中，测量系统的输入和输出不随时间而变化，即定常线性系统微分方程的输入输出各阶导数均为零，方程式就变成：也就是说，理想的定常线性系统，其输出将是输入的单调、线性比例函数，其中斜率S应是常数。,静态特性曲线由厂家给定，在静态校准情况下由实测来确定输出输入关系，称为静态校准到静态校准线。静态校准条件：指没有加速度，没有冲击，振动，环境温度为205，相对适度不大于85，大气压力为0.10.08MPa的情况。理想定常线性系统静态测量下的微分方程又称为静态传递方程或静态方程。,然而，实际的测量装置并非理想的定常线性系统，其微分方程式的系数并非常数。在静态测量中，输入输出微分方程式实际上变成：,在这一关系的基础上所确定的测量系统的性能参数称为静态特性。表示这静态特性的参数主要有线性度、灵敏度、回程误差等。,线性度通常，为了简化输出输入关系，总是希望输入输出之间为线性，y=a1x，用一直线趋近特性曲线，这样就希望有一个参数来衡量特性曲线与参考直线的偏离程度，这一参数叫线性度或直线性。,i：线性度max：特性曲线与参考直线的最大偏差F.S：满量程输出的平均值,根据参考直线的定义方法，可将线性度分为：,理论线性度：参考直线由0点和满量程输出点确定,独立线性度：参考直线由最小二乘法确定。,有时，系统的输出输入在局部范围内是直线，则取此段做为标称输出范围。,2、灵敏度灵敏度是用来描述测量装置对被测量变化的反应能力的。当装置的输入x有一个变化量x，它引起输出y发生相应的变化量y，则定义灵敏度：,显然，对于理想的定常线性系统，灵敏度应当是：,但是，一般的测试装置总不是理想定常线性系统，其校准曲线不是直线，曲线上各点的斜率（即各点的灵敏度）也不是常数。尽管如此，却总是用其拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。灵敏度是一个有量纲的量。其单位取决于输入、输出量的单位。当输入、输出两者单位一样，则灵敏度实际上是一个无量纲的比例常数，这时也称之为“放大比”或“放大倍数”。,灵敏度越高，系统反映输入微小变化的能力就越强。在电子测量中，灵敏度越高往往容易引入噪声并影响系统的稳定性及测量范围，在同等输出范围的情况下，灵敏度越大测量范围越小，反之则越大。,3、回程误差回程误差也称为滞后或变差。它是描述测试装置的输出同输入变化方向有关的特性。把在全测量范围内，最大的差值h称为回程误差或滞后误差，如图h=y20-y10,4、分辨力某些测试装置使用了一般术语“分辨力”。它是指指示装置有效地辨别紧密相邻量值的能力。一般认为数字装置的分辨力就是最后位数的一个字，模拟装置的分辨力为指示标尺分度值的一半。5、零点漂移和灵敏度漂移测量装置的测量特性随时间的慢变化，称为漂移。在规定条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化，称为点漂；标称范围最低值处的点漂，称为零点漂移，简称零漂。灵敏度漂移是由于材料性质的变化所引起的输入与输出的关系。总误差是零点漂移与灵敏度漂移之和。,2.3测量装置的动态特性,在实际测试工作中，大量的被测信号是动态信号，测量系统对动态信号的测量任务不仅需要精确的测量信号幅值的大小，而且需要测量和记录动态信号变化过程的波形，这就要求测量系统能迅速准确地测出信号幅值的大小和无失真的再现被测信号随时间变化的波形。动态特性指的是当输入信号随时间发生变化时，输出信号输入信号之间的关系。一个动态特性好的测量系统，其输出随时间变化的规律能同时再现输入随时间变化的规律。但实际的测量系统总是存在着诸如弹性、惯性和阻尼等元件，此时，输出信号将不会与输入信号具有完全相同的时间函数。也就是说，输出y不仅与输入x有关，还与输入量的变化速度dx/dt、加速