测试装置的基本特性课件

測試裝置的基本特性

§1概述測試裝置的基本特性

靜態特性、動態特性、負載特性、抗干擾性不失真測量：語音片段1(Good)語音片段2(bad)

測試系統是執行測試任務的感測器、儀器和設備的總稱。返回目錄§2測試系統靜態回應特性

如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化（或低頻），則稱為靜態測量。

靜態測量時，測試裝置表現出的回應特性稱為靜態回應特性。a)靈敏度

當測試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發生相應變化△y時,定義:S=△y/△xyx△x△yb)非線性度

標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。

非線性度=B/A×100%yxBc)回程誤差

測試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測試過程中，對於同一個輸入量所得到的兩個數值不同的輸出量之間差值最大者為hmax，則定義回程誤差為:(hmax/A)×100%yxhmaxAd)靜態回應特性的其他描述精度：是與評價測試裝置產生的測量誤差大小有關的指標

靈敏閥：又稱為死區，用來衡量測量起始點不靈敏的程度。

分辨力：指能引起輸出量發生變化時輸入量的最小變化量，表明測試裝置分辨輸入量微小變化的能力。測量範圍：是指測試裝置能正常測量最小輸入量和最大輸入量之間的範圍。

可靠性：是與測試裝置無故障工作時間長短有關的一種描述。

穩定性：是指在一定工作條件下，當輸入量不變時，輸出量隨時間變化的程度。案例：物料配重自動測量系統的靜態參數測量

靈敏度=△y/△x非線性度=B/A×100%回程誤差=(hmax/A)×100%測量範圍：

無論複雜度如何，把測量裝置作為一個系統來看待。問題簡化為處理輸入量x(t)、系統傳輸特性h(t)和輸出y(t)三者之間的關係。x(t)h(t)y(t)輸入量系統特性輸出§3測試系統的動態回應特性

y(t)=X(t)*h(t)卷積分一、測試系統基本要求

理想的測試系統應該具有單值的、確定的輸入－輸出關係。對於每一輸入量都應該只有單一的輸出量與之對應。知道其中一個量就可以確定另一個量。其中以輸出和輸入成線性關係最佳。xy線性xy線性xy非線性二、測試系統的動態特性分析基礎一）線性系統的特性

系統輸入x(t)和輸出y(t)間的關係可以用常係數線性微分方程來描述：線性系統(時域描述)一般在工程中使用的測試裝置都是線性系統。２.線性系統性質：a)疊加性

系統對各輸入之和的輸出等於各單個輸入的輸出之和，即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)

則x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)b)比例性

常數倍輸入所得的輸出等於原輸入所得輸出的常數倍，即:

若x(t)→y(t)則kx(t)→ky(t)c)微分性

系統對原輸入信號的微分等於原輸出信號的微分，即若x(t)→y(t)則x'(t)→y'(t)d)積分性

當初始條件為零時，系統對原輸入信號的積分等於原輸出信號的積分，即若x(t)→y(t)則∫x(t)dt→∫y(t)dt

e)頻率保持性

若系統的輸入為某一頻率的諧波信號，則系統的穩態輸出將為同一頻率的諧波信號，即

若x(t)=Acos(ωt+φx)

則y(t)=Bcos(ωt+φy)

線性系統的這些主要特性，特別是符合疊加原理和頻率保持性，在測量工作中具有重要作用。二)線性系統動態特性的描述方法三.測試系統的動態特性描述（4)頻率回應函數的求法1)有傳遞函數H（s）求H(jw)：2)通過實驗求得H(jw)：3)由x(t)，y(t)通過傅裏葉變換得到x(jw)和y(jw),求出H(jw)。四、常見測試系統的頻率特性（一）一階測試系統（慣性環節）例：液柱式溫度計

C---液柱介質的熱容

R---介質的熱阻一階測試系統的一般式：

§4測試裝置對任意輸入的回應一、對任意輸入的回應：利用h(t)，H（s）或H（w）來進行分析計算二、對單位階躍輸入的回應1.一階系統：回應的快慢取決於時間常數2.二階系統：振盪回應取決於ζ和wm，ζ影響超調量和振盪次數（ζ越小，振盪越大，超調越大），wm影響回應快慢（wm越高，系統回應越快）§5實現不失真測試的條件一、理想測試的含義

x(t)y(t)y(t)=AoX(t-to)1)輸出信號的幅值是輸入信號的Ao倍

2)輸出信號處處滯後於輸入信號同一時間to二、理想測試的條件幅頻特性：A(w)＝Ao＝const

相頻特性：φ（w）＝－wto＝線性

理想測試系統三、實際測試裝置的測試失真1.實際測試裝置只能在某一頻率段達到近似的理想測試，要選用合適的測試裝置；2.對單一頻率成分的信號測試，一般不會產生失真；3.對多種頻率成分的信號，特別在跨越測試裝置固有頻率前後信號的失真最為嚴重；4.一般應對輸入信號進行預處理，濾去非信號頻帶內的雜訊，防止雜訊進入共振區。§6測試裝置動態特性的測量1、頻率回應法通過不同頻率正弦激勵信號，測出不同頻率下的輸出、輸入的幅值比和相位差，得到A(w)和φ（w）特性圖。結構參數的確定：一階系統：由幅頻特性直接確定二階系統：利用A（wn)接近峰值，確定ζ和wn2、階躍回應法：由測試裝置的階躍回應曲線，確定系統的動態特性參數。§7負載效應1.負載效應概念：一個裝置連接到另一個裝置上，發生能量交換，影響其狀態、輸出和傳遞函數。2.負載效應原理：ER1R2RmV3.減輕負載效應的措施對電壓輸出環節1)提高後續環節的輸入阻抗；2)插入高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器；3)使用回饋或零點測量原理。4.負載效應（阻抗匹配）的應用：要注意測試系統對被測對象的影響，測試系統內部各組成部分之間的相互影響。§8測試裝置的抗干擾1.主要干