測試系統(tǒng)靜態(tài)特性

第二章、測試系統(tǒng)特性

工程測試技術(shù)基礎(chǔ)本章學(xué)習(xí)要求：1.建立測試系統(tǒng)的概念2.了解測試系統(tǒng)特性對測量結(jié)果的影響3.了解測試系統(tǒng)特性的測量方法第二章、測試系統(tǒng)特性

測試系統(tǒng)是執(zhí)行測試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱。2.1測試系統(tǒng)概念

簡單測試系統(tǒng)(光電池)V第二章、測試系統(tǒng)特性

復(fù)雜測試系統(tǒng)(軸承缺陷檢測)

加速度計(jì)帶通濾波器包絡(luò)檢波器第二章、測試系統(tǒng)特性

不失真測量：3)如果輸入和系統(tǒng)特性已知，則可以推斷和估計(jì)系統(tǒng)的輸出量。(預(yù)測)系統(tǒng)分析中的三類問題：1)當(dāng)輸入、輸出是可測量的(已知)，可以通過它們推斷系統(tǒng)的傳輸特性。(系統(tǒng)辨識)2)當(dāng)系統(tǒng)特性已知，輸出可測量，可以通過它們推斷導(dǎo)致該輸出的輸入量。(反求)第二章、測試系統(tǒng)特性

x(t)h(t)y(t)測試系統(tǒng)基本要求

2.1測試系統(tǒng)概論

理想的測試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入－輸出關(guān)系。對于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對應(yīng)。知道其中一個(gè)量就可以確定另一個(gè)量。其中以輸出和輸入成線性關(guān)系最佳。xy線性xy線性xy非線性2.1測試系統(tǒng)概論

LTI系統(tǒng)輸入x(t)和輸出y(t)間的關(guān)系可以用常系數(shù)線性微分方程來描述：線性系統(tǒng)(時(shí)域描述)一般在工程中使用的測試裝置都是線性系統(tǒng)。2.1測試系統(tǒng)概論

線性系統(tǒng)性質(zhì)：a)疊加性

系統(tǒng)對各輸入之和的輸出等于各單個(gè)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(shù)倍輸入所得的輸出等于原輸入所得輸出的常數(shù)倍，即:若x(t)→y(t)則kx(t)→ky(t)(k為常數(shù)）2.1測試系統(tǒng)概論

c)微分性

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

當(dāng)初始條件為零時(shí)，系統(tǒng)對原輸入信號的積分等于原輸出信號的積分，即若x(t)→y(t)則∫x(t)dt→∫y(t)dt2.1測試系統(tǒng)概論

e)頻率保持性

若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的諧波信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)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(tǒng)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。2.2測試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性

第二章、測試系統(tǒng)特性

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

靜態(tài)測量時(shí)，測試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。a)精度

測試系統(tǒng)的精度反映測試結(jié)果與真值的接近程度，與誤差大小相對應(yīng)。真值來源為理論計(jì)算值、標(biāo)準(zhǔn)測量值或約定值等。精度可分為精密度、正確度和準(zhǔn)確度（精確度）。第三章、測試系統(tǒng)特性

衡量精度的性能指標(biāo)常用相對誤差和引用誤差來表示。相對誤差：引用誤差：x——測試系統(tǒng)給出的測量值μ

、μn——被測量的真值、額定真值x、xn——測量平均值、量程我國測試儀器的精度等級多用引用誤差的百倍數(shù)表示，即a＝100γn

。選用測量系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在合理選用量程的條件下再選合適的精度等級，一般應(yīng)盡量避免在全量程的1/3以下范圍內(nèi)工作。例：若現(xiàn)有兩個(gè)電壓表，其中一個(gè)為150V量程的1.5級電壓表，另一個(gè)為15V的2.5級電壓表，問用這兩個(gè)電壓表測量一個(gè)10V左右的電壓，哪塊表測量結(jié)果的絕對誤差大？1：150×1.5％＝2.25（V)表頭示值：10±2.25（V)2:15×2.5％＝0.375（V)表頭示值：10±0.375（V)表1的測量誤差大約是表2的測量誤差的7倍。b)靈敏度

靈敏度是測試系統(tǒng)對被測量變化的反應(yīng)能力。當(dāng)測試裝置的輸入x有一增量△x,引起輸出y發(fā)生相應(yīng)變化△y時(shí),定義:S=△y/△xyx△x△y2.2測試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性c)線性度

在靜態(tài)測量中，通常用實(shí)驗(yàn)的方法求取系統(tǒng)的輸出與輸入關(guān)系曲線，稱為標(biāo)定曲線。

標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是線性度。線性度用標(biāo)定曲線與擬合直線的最大偏差B與滿量程輸出值A(chǔ)的百分比表示，

即B/A×100%yxBA3.2測試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性d)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，對于同一個(gè)輸入量所得到的兩個(gè)數(shù)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%yxhmaxA回程誤差包括一般的滯后現(xiàn)象和儀器的死區(qū)。磁性材料的磁滯回線，壓電材料及彈性材料的遲滯現(xiàn)象都將產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。死區(qū)則是輸入變化對輸出無影響的范圍，如機(jī)械設(shè)備中的摩擦力和游隙都是存在死區(qū)的主要原因。

3.2測試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性d)重復(fù)性

重復(fù)性表示輸入量按同一方向變化時(shí)，在全量程范圍內(nèi)重復(fù)進(jìn)行測量時(shí)所得到各特性曲線的重復(fù)程度。一般采用輸出最大不重復(fù)誤差與滿量程輸出值的百分比來表示重復(fù)性，即

:(Δ/A)×100%要求測試系統(tǒng)的線性度好、靈敏度高、滯后量和重復(fù)性誤差小。線性度是一項(xiàng)綜合性參數(shù)，滯后量和重復(fù)性也都能反映在線性度上。為了確定靜態(tài)特性參數(shù)，可根據(jù)靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出擬合曲線方程，并計(jì)算出各測得值與理論估計(jì)值之間的偏差，由此即可求出靜態(tài)特性參數(shù)值。d)靜態(tài)響應(yīng)特性的其他描述2.2測試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性分辨率：是分辨力與整個(gè)測量范圍的百分比。表明測試裝置的相對分辨能力靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來衡量測量起始點(diǎn)不靈敏的程度。

分辨力：指能引起輸出量發(fā)生變化時(shí)，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。測量范圍（量程）：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范圍。2.2測試系統(tǒng)靜態(tài)響應(yīng)特性

可靠性：是與測試裝置