1 测试系统的静态特性
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《测试系统静态特性》课件
04 提高测试系统静态特性的方法
硬件优化
01
02
03
硬件选型
选择性能稳定、精度高的 测试系统硬件，确保测试 结果的可靠性。
硬件配置
合理配置硬件资源，如处 理器、内存、存储等，以 提高测试系统的处理能力 和响应速度。
硬件维护
定期对测试系统硬件进行 维护和保养，确保硬件设 备的正常运行和使用寿命 。
《测试系统静态特性》ppt课件
• 测试系统概述 • 静态特性的定义与分类 • 测试系统静态特性的测试方法
• 提高测试系统静态特性的方法 • 测试系统静态特性案例分析
01 测试系统概述
测试系统的定义
总结词
测试系统的定义
详细描述
测试系统是指在特定环境下，通过特定的测试方法，对被测对象进行性能、功 能等方面的检测，以评估其是否满足设计要求或达到预期目标的系统。
详细描述
直接测量法是一种简单而直接的测试方法， 它通过使用测量工具或仪器直接对被测量进 行测量和读数，以获得被测量的具体数值。 这种方法要求测量工具或仪器具有高精度和 可靠性，以确保测试结果的准确性和可靠性
。
间接测量法
要点一
总结词
通过测量与被测量相关的其他量来推算出被测量的方法。
要点二
详细描述
间接测量法是一种较为复杂的测试方法，它通过测量与被 测量相关的其他量，然后通过一定的数学模型或公式推算 出被测量的值。这种方法通常用于那些难以直接测量的情 况，例如温度、压力、电流等参数的测量。为了获得准确 的测试结果，需要建立可靠的数学模型或公式，并进行充 分的验证和校准。
案例二：稳定性测试系统的静态特性分析
总结词
稳定性测试系统在静态特性方面表现出良好的长期稳 定性和抗干扰能力，能够在实际应用中保持稳定的性 能。
第三章测试系统特性2-静态特性
航海学院
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
静态标定步骤：
作输入-输出特性曲线（重复、正反行程）
求重复性误差
求作正反行程的平均 输入-输出曲线 求回程误差 求作定度曲线 求作拟合直线，计算 线性度和灵敏度
航海学院
定度曲线 拟合直线
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
例题:某称重传感器测量范围为0—80Kg，线性度为 2%，两线输出方式，传感器工作电压为24 v，输出 信号为1—5v。 （1）下表为该传感器标定数据，试判断该传感器精 度是否达到设计指标？
航海学院
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
b)线性度（linearity——非线性度non-linearity ）
定度曲线与拟合直线的偏离程度，用线性误差表 示，即用系统标称输出范围（全量程）A内，定度曲 线与拟合直线的最大偏差表示。通常表示成相对误 差形式。
y
L
A Lmax
L max A
=0.02mA/C表示温度变化1C电流变化的特性
g) 分辨力(率) （Resolution ）
指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量， 表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。 •对于数字式仪表而言，输入量连续变化时，输出量 作阶梯变化，一般可以认为该输出显示标尺的最后 一位所表示的数值就是它的分辨力，例如数字式温 度计的温度显示为180.6℃，则分辨力为0.1℃； •对于模拟式仪表，即输出量为连续变化的装置，分 辨力是指测试装置能显示或记录的最小输入增量， 一般为最小分度值的一半。 阈值：输入零点附近的分辨力。
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
e)精度（Accuracy ）
评定测试系统产生的测量误差大小的指标，其定 量描述方式包括： （1）用测量误差来表征
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
静态标定步骤：
作输入-输出特性曲线（重复、正反行程）
求重复性误差
求作正反行程的平均 输入-输出曲线 求回程误差 求作定度曲线 求作拟合直线，计算 线性度和灵敏度
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定度曲线 拟合直线
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
例题:某称重传感器测量范围为0—80Kg，线性度为 2%，两线输出方式，传感器工作电压为24 v，输出 信号为1—5v。 （1）下表为该传感器标定数据，试判断该传感器精 度是否达到设计指标？
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传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
b)线性度（linearity——非线性度non-linearity ）
定度曲线与拟合直线的偏离程度，用线性误差表 示，即用系统标称输出范围（全量程）A内，定度曲 线与拟合直线的最大偏差表示。通常表示成相对误 差形式。
y
L
A Lmax
L max A
=0.02mA/C表示温度变化1C电流变化的特性
g) 分辨力(率) （Resolution ）
指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量， 表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。 •对于数字式仪表而言，输入量连续变化时，输出量 作阶梯变化，一般可以认为该输出显示标尺的最后 一位所表示的数值就是它的分辨力，例如数字式温 度计的温度显示为180.6℃，则分辨力为0.1℃； •对于模拟式仪表，即输出量为连续变化的装置，分 辨力是指测试装置能显示或记录的最小输入增量， 一般为最小分度值的一半。 阈值：输入零点附近的分辨力。
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
e)精度（Accuracy ）
评定测试系统产生的测量误差大小的指标，其定 量描述方式包括： （1）用测量误差来表征
测试系统静态特性
中南大学交通运输学院
衡量精度的性能指标常用相对误差和引用误差来表示。
相对误差： 引用误差：
x 10000x xx10000
nxn10000xx nx10000
x——测试系统给出的测量值
μ 、μn——被测量的真值、额定真值 x、xn——测量平均值、量程
我国测试仪器的精度等级多用引用误差的百倍数表示
，即a＝100γn 。
第二章、测试系统特性
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2.2 测试系统静态响应特性
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。
第三章、测试系统特性
中南大学交通运输学院
静态测量时，测试装置表现出的响应特 性称为静态响应特性。
a)精度
测试系统的精度反映测试结果与真值的接近程
度，与误差大小相对应。真值来源为理论计算值、 标准测量值或约定值等。精度可分为精密度、正确 度和准确度（精确度）。
y
0
要求测试系统的线性度好、灵敏度
高、滞后量和重复性误差小。线性度是
一项综合性参数，滞后量和重复性也都
能反映在线性度上。
A
为了确定静态特性参数，可根据静
态标定实验数据求出拟合曲线方程，并
计算出各测得值与理论估计值之间的偏
差，由此即可求出静态特性参数值。
常数倍，即:
若
x(t) → y(t)
则
kx(t) → ky(t) (k为常数）
2.1 测试系统概论
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c)微分性
系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微
分，即
若
x(t) → y(t)
则
x'(t) → y'(t)
第2讲 测试系统及其基本特性(静态、动态1)
γ m = Δx / x m × 100%
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为 2.5级，用它来测量电压时可能产 生的满度相对误差为2.5% 。
例：某指针式万用 表的面板如图所 示，问：用它来测 量直流、交流 （~）电压时，可 能产生的满度相对 误差分别为多少？
例：用指针式万用表 的10V量程测量一只 1.5V干电池的电压， 示值如图所示，问： 选择该量程合理吗？
（m/s）、物位、液位h（m） m/s）、
机械量 （第4、5、6、7、10章） 10章
• 直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a
（ m/s2） 、转速n（r/min）、应变 ε （μm/m ）、力矩 m/s2） r/min）、 T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t） Nm）、 kg、
3、测量误差及分类
绝对误差：
Δ=Ax－Ａ0
(1-1)
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式： γ A = Δx / A × 100%
γ x = Δx / x × 100%
测量范围
x
实际总是用定度曲线的拟合直线的斜率作为该装置的灵敏 度。
Δy S= Δx
灵敏度的单位取决于输入、输出量的单位 Ⅰ 当输入输出量纲不同时，灵敏度是有量纲的 量； Ⅱ 当输入输出量纲相同时，灵敏度是无量纲的 量。此时的灵敏度也称为“放大倍数”或“放大比”。
例 位移传感器，位移变化1mm时，输出电压变化为 300mV，求系统的灵敏度。
几何量（第10章） 10章
• 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为 2.5级，用它来测量电压时可能产 生的满度相对误差为2.5% 。
例：某指针式万用 表的面板如图所 示，问：用它来测 量直流、交流 （~）电压时，可 能产生的满度相对 误差分别为多少？
例：用指针式万用表 的10V量程测量一只 1.5V干电池的电压， 示值如图所示，问： 选择该量程合理吗？
（m/s）、物位、液位h（m） m/s）、
机械量 （第4、5、6、7、10章） 10章
• 直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a
（ m/s2） 、转速n（r/min）、应变 ε （μm/m ）、力矩 m/s2） r/min）、 T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t） Nm）、 kg、
3、测量误差及分类
绝对误差：
Δ=Ax－Ａ0
(1-1)
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式： γ A = Δx / A × 100%
γ x = Δx / x × 100%
测量范围
x
实际总是用定度曲线的拟合直线的斜率作为该装置的灵敏 度。
Δy S= Δx
灵敏度的单位取决于输入、输出量的单位 Ⅰ 当输入输出量纲不同时，灵敏度是有量纲的 量； Ⅱ 当输入输出量纲相同时，灵敏度是无量纲的 量。此时的灵敏度也称为“放大倍数”或“放大比”。
例 位移传感器，位移变化1mm时，输出电压变化为 300mV，求系统的灵敏度。
几何量（第10章） 10章
• 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬
第2章测试系统的静态特性与数据处理
信号与测试技术
24
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 二、量程（Span） 测量范围的上限值与下限值之代数差，记为：xmax－ xmin
2011/3/21
信号与测试技术
25
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 三、静态灵敏度（Sensitivity） 测试系统被测量的单位变化量引起的输出变化量之 比，称为静态灵敏度。
– 函数及曲线
y = f ( x) = ∑ ai xi
i =0
n
y
ai 测试系统的标定系数， 反映了系统静态特性曲线的形态
x
y = a0 + a1 x a0零位输出， a1静态传递系数
2011/3/21
零位补偿
y = a1 x
信号与测试技术
10
2.2 测试系统的静态标定 1、静态标定的定义： • 在一定标准条件下，利用一定等级的标定设备对测试 系统进行多次往复测试的过程，以获取被测试系统的 静态特性。
2011/3/21 信号与测试技术
y ynj
(xi,ydij)
yij
(xi,yuij)
y2j y1j
x1 x2
xi
xn
x
16
2.2 测试系统的静态标定 • 对上述数据进行处理，获得被测系统的静态特性：
1 m yi = yuij + ydij ) ( ∑ 2m j =1 i = 1, 2," , n
yFS
× 100% = max y i − yi , i = 1, 2,...n
( ΔyL )max = max Δyi ,L
2011/3/21
非线性度 non-linearity
yFS = B( xmax − xmin ) ——满量程输出，B参考直线的斜率
《测试技术》教学课件 2.1 测试系统静态响应特性
二,灵敏度
当测试装置的输入
x 有一增量 X
, 引起输出 y
定义为: 发生相应变化 Y 时,定义为:
Y S= X
y △y △x x
三,回程误差
也称迟滞. 也称迟滞.测试装置在输入量由小增大和由大 减小的测试过程中, 对于同一个输入量所得到的两 减小的测试过程中 , 个数值不同的输出量之间差值最大者为h 个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax,则定义 回程误差为: 回程误差为: (hmax/A)×100% /A)×100% y
一,线性度
衡量特性曲线与参考直线偏离程度的参数叫线性 度或直线性. 度或直线性.
max × 100%= 线形误差= =B/A×100% 线形误差= × Ymax Ymin
y
A B
x
线性度参考直线最常用的是最小二乘法回归直线法. 线性度参考直线最常用的是最小二乘法回归直线法. 最小二乘法回归直线法
∫
t 0
x (t ) dt = ∫ y (t ) dt
0
t
5)频率保持性 5)频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号, 若系统的输入为某一频率的谐波信号,则系统 的稳态输出将为同一频率的谐波信号, 的稳态输出将为同一频率的谐波信号,即 若 则 x(t)=Acos(ωt+φx) y(t)=Bcos(ωt+φy)
y = a1 x + a 2 x + a 3 x +
2 3
通常,为了简化输出输入关系, 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: 之间为线性:
y = ax
测试系统的静态特性就是在静态测量情况下描述实 际测试装置与理想定常线性系统的接近程度. 际测试装置与理想定常线性系统的接近程度.
测试系统的静态特性
2．灵敏度
灵敏度是测试系统对被测量变化的反应能力，是反映系统特性的一个
基本参数。当系统输入x有一个变化量 x，引起输出y也发生相应的变化 量 y ，则输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度，用S表示，即
S y x
在静态测量中，对于呈直线关系的线性系统，由公式得
S y b0 b x a0
在动态测量中，由于系统的频率特性影响，即使在适用的频率范围内， 系统的灵敏度也不相同。在实际工作中，常对适用频率范围内特性最为平 坦、具有代表性的频率点进行标定。
为了确定上述静态特性参数，通常用静态标准量作为输入，用实验 方法测出对应的输出量，这一过程称为静态标定。然后根据静态标定实 验数据求出拟合直线方程，并计算出各测得值与理论估计值（由拟合直 线方程计算得到）之间的偏差，由此即可求出静态特性参数值。
传感器与测试技术
精密度
精密度表示多次重复测量中，测量值彼此之间的重复性或分 散性大小的程度。它反映随机误差的大小，随机误差愈小，测量
测
值就愈密集，重复性愈好，精密度愈高。
试
正确度表示多次重复测量中，测量平均值与真值接近的程度。
系 统
正确度
它反映系统误差的大小，系统误差愈小，测量平均值就愈接近真
精
值，正确度愈高。
度
准确度
4．重复性
重复性表示输入量按同一 方向变化时，在全量程范围内 重复进行测量时所得到各特性 曲线的重复程度，如图所示。 一般采用输出最大不重复误差 Δ与满量程输出值A的百分比 来表示重复性，即
100%
A
y
A
O
x
重复性
重复性可反映测试系统的随机误差大小。
为了确保测量结果的准确可靠，要求测试系统的线性度好、灵敏度 高、滞后量和重复性误差小。实际上，线性度是一项综合性参数，滞后 量和重复性也都能反映在线性度上。因此，有关滞后量和重复性在动态 测量中的频率特性就不再作详细分析。
《传感器与检测技术》-题库分析
《传感器与检测技术》题库一、填空：1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。
在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。
4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
（2分）5. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。
8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
11、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
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测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程来确定的。 静态标定过程如图2-1所示。
图2-1
12
§2.1 测试系统概论
测量装置的静态标定如图2-2所示。
图2-2
13
§2.1 测试系统概论
2. 标准和标准传递
用来定量变量的仪器和技术统称为标准。标准传递如图2-3所示。
14
图2-3
§2.1 测试系统概论
y 灵敏度 x
x
23
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
三、静态特性的主要指标 2、灵敏度 标称灵敏度 灵敏度漂移 灵敏度的单位
24
第二章 测试系统的特性
机械工程测试技术基础
§2.2 测试系统的静态特性
三、静态特性的主要指标 3、回程误差
回程误差也称为迟滞，是描述测量装置同输入变化方向有 关的输出特性。 测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对 于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最 大者为△hmax，则定义回程误差为:hmax
4. 典型测试系统的动态特性分析
5. 实现不失真测试的条件
第二章、测试装置的基本特性
本章学习要求：
1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法
第二章 测试装置的基本特性
§2.1 测试系统概论
一、测试系统
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和 设备的总称。
用实验的方法获取测试系统输入输出关系的曲线的过程。
2、标定曲线
当测试装置输入标准量值时，所得到的系统输入输出关 系曲线。
测试装置静态特性指标是以标定曲线为依据而获 得的。
18
§2.2 测试系统的静态特性
三、静态特性的主要指标
1、线性度
线性度是指测量装置输入、 输出之间的关系与理想比例 关系的偏离程度。如图2-4a、 b所示。 标定曲线与拟合直线的偏 离程度。
15
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
一、静态特性
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。
测试装置静态测量时，描述其输入输出之间的关 系曲线、方程或表格等，称为该装置的静态特性。
16
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
二、静态特性曲线 1、标定的概念
简单测试系统(光电池)V来自4第二章 测试装置的基本特性 §2.1 测试系统概论 一、测试系统 复杂测试系统(轴承缺陷检测)
加速度计
带通滤波器
包络检波器
5
第二章 测试装置的基本特性 §2.1 测试系统概论 二、对测试系统的基本要求
测试系统 输入
X(t) X(S)
h(t)
H(S)
y(t) Y(S)
输出
3. 测量装置的动态特性
当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与相应输出之 间动态关系的数学描述。 4. 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。 当传感器安装到被测物体上或进入被测介质：要从物体与介质 中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的数值，从而不 可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。 5. 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 扰和信道干扰。
19
图2-4
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
y A Bmax
Bmax 非线性度 100% A
0
x
20
第二章 测试系统的特性
机械工程测试技术基础
§2.2 测试系统的静态特性
1、线性度 线性误差是以一定的拟合直线或理想直线为基准直线算 出来的。因而，基准直线不同，所得线性度也不同。
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影响 第五节 实现不失真测量的条件 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
第二章、测试装置的基本特性
本章学习内容：
1.概述
2.测试系统特性的静态特性
3.测试系统特性的动态特性
测试系统应该具有： 单值的、确定的输入—输出关系。
不失真测量！
6
第二章 测试装置的基本特性
不失真测量：
语音片段1(Good)
语音片段2(bad)
§2.1 测试系统概论 三、线性时不变系统及其主要性质 线性系统(时域描述) 系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可 以用常系数线性微分方程来描述：
m
e)频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的 稳态输出将为同一频率的谐波信号，即 若 则 x(t)=Acos(ωt+φx) y(t)=Bcos(ωt+φy)
线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理 和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。
§2.1 测试系统概论
四、测试装置的特性
1.测量装置的静态特性
y A hmax
x
25
§2.2 测试系统的静态特性
4、分辨力
指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明
测试装置分辨输入量微小变化的能力。
26
§2.2 测试系统的静态特性
5、零点漂移和灵敏度漂移
零点漂移是测量装置的输出偏离原始零点的距离，如图2-6所示。
27
图2-6
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
21
第二节 测量装置的静态特性
2、灵敏度
灵敏度定义为单位输入 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， 如图2-4b所示。
22
图2-4
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
2、灵敏度
当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生
相应变化△y时,定义: S=△y/△x y △y △x
K C
an y (t ) an1 y
n
n1
(t ) ...a1 y(t ) a0
m1
bm x (t ) bm1 x
m
(t ) ...b1 x(t ) b0
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。
2.1 测试系统概论
线性系统性质：
a)叠加性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输 出之和，即 若 x1(t) → y1(t)，x2(t) → y2(t) 则 x1(t)±x2(t) → y1(t)±y2(t) b)比例性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的 常数倍，即: 若 X(t) → Y(t) 则 kX(t) → kY(t)
三、静态特性的主要指标 6、其它指标 精度 漂移 分辨率 测量范围 动态 范围
28
四、静态响应特性的其他描述
精度：是与评价测试装置产生的测量 误差大小有关的指标 灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量 起始点不灵敏的程度。 测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入 量和最大输入量之间的范围。
稳定性：是指在一定工作条件下， 当输入量不变时，输出量随时间 变化的程度。
2.1 测试系统概论
c)微分性
系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即 若 x(t) → y(t) 则 x'(t) → y'(t)
d)积分性
当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于 原输出信号的积分，即 若 x(t) → y(t) 则 ∫x(t)dt → ∫y(t)dt
2.1 测试系统概论
可靠性：是与测试装置无故障工 作时间长短有关的一种描述。
§2.2 测试系统的静态特性
案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量
灵敏度=△y/△x
回程误差=(hmax/A)×100%
线性度=B/A×100%
测量范围：
图2-1
12
§2.1 测试系统概论
测量装置的静态标定如图2-2所示。
图2-2
13
§2.1 测试系统概论
2. 标准和标准传递
用来定量变量的仪器和技术统称为标准。标准传递如图2-3所示。
14
图2-3
§2.1 测试系统概论
y 灵敏度 x
x
23
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
三、静态特性的主要指标 2、灵敏度 标称灵敏度 灵敏度漂移 灵敏度的单位
24
第二章 测试系统的特性
机械工程测试技术基础
§2.2 测试系统的静态特性
三、静态特性的主要指标 3、回程误差
回程误差也称为迟滞，是描述测量装置同输入变化方向有 关的输出特性。 测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对 于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最 大者为△hmax，则定义回程误差为:hmax
4. 典型测试系统的动态特性分析
5. 实现不失真测试的条件
第二章、测试装置的基本特性
本章学习要求：
1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法
第二章 测试装置的基本特性
§2.1 测试系统概论
一、测试系统
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和 设备的总称。
用实验的方法获取测试系统输入输出关系的曲线的过程。
2、标定曲线
当测试装置输入标准量值时，所得到的系统输入输出关 系曲线。
测试装置静态特性指标是以标定曲线为依据而获 得的。
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§2.2 测试系统的静态特性
三、静态特性的主要指标
1、线性度
线性度是指测量装置输入、 输出之间的关系与理想比例 关系的偏离程度。如图2-4a、 b所示。 标定曲线与拟合直线的偏 离程度。
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第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
一、静态特性
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。
测试装置静态测量时，描述其输入输出之间的关 系曲线、方程或表格等，称为该装置的静态特性。
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第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
二、静态特性曲线 1、标定的概念
简单测试系统(光电池)V来自4第二章 测试装置的基本特性 §2.1 测试系统概论 一、测试系统 复杂测试系统(轴承缺陷检测)
加速度计
带通滤波器
包络检波器
5
第二章 测试装置的基本特性 §2.1 测试系统概论 二、对测试系统的基本要求
测试系统 输入
X(t) X(S)
h(t)
H(S)
y(t) Y(S)
输出
3. 测量装置的动态特性
当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与相应输出之 间动态关系的数学描述。 4. 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。 当传感器安装到被测物体上或进入被测介质：要从物体与介质 中吸收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的数值，从而不 可能实现理想的测量，这种现象称为负载效应。 5. 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 扰和信道干扰。
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图2-4
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
y A Bmax
Bmax 非线性度 100% A
0
x
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第二章 测试系统的特性
机械工程测试技术基础
§2.2 测试系统的静态特性
1、线性度 线性误差是以一定的拟合直线或理想直线为基准直线算 出来的。因而，基准直线不同，所得线性度也不同。
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影响 第五节 实现不失真测量的条件 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
第二章、测试装置的基本特性
本章学习内容：
1.概述
2.测试系统特性的静态特性
3.测试系统特性的动态特性
测试系统应该具有： 单值的、确定的输入—输出关系。
不失真测量！
6
第二章 测试装置的基本特性
不失真测量：
语音片段1(Good)
语音片段2(bad)
§2.1 测试系统概论 三、线性时不变系统及其主要性质 线性系统(时域描述) 系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可 以用常系数线性微分方程来描述：
m
e)频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的 稳态输出将为同一频率的谐波信号，即 若 则 x(t)=Acos(ωt+φx) y(t)=Bcos(ωt+φy)
线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理 和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。
§2.1 测试系统概论
四、测试装置的特性
1.测量装置的静态特性
y A hmax
x
25
§2.2 测试系统的静态特性
4、分辨力
指能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量，表明
测试装置分辨输入量微小变化的能力。
26
§2.2 测试系统的静态特性
5、零点漂移和灵敏度漂移
零点漂移是测量装置的输出偏离原始零点的距离，如图2-6所示。
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图2-6
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
21
第二节 测量装置的静态特性
2、灵敏度
灵敏度定义为单位输入 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， 如图2-4b所示。
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图2-4
第二章 测试系统的特性
§2.2 测试系统的静态特性
2、灵敏度
当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生
相应变化△y时,定义: S=△y/△x y △y △x
K C
an y (t ) an1 y
n
n1
(t ) ...a1 y(t ) a0
m1
bm x (t ) bm1 x
m
(t ) ...b1 x(t ) b0
一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。
2.1 测试系统概论
线性系统性质：
a)叠加性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输 出之和，即 若 x1(t) → y1(t)，x2(t) → y2(t) 则 x1(t)±x2(t) → y1(t)±y2(t) b)比例性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的 常数倍，即: 若 X(t) → Y(t) 则 kX(t) → kY(t)
三、静态特性的主要指标 6、其它指标 精度 漂移 分辨率 测量范围 动态 范围
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四、静态响应特性的其他描述
精度：是与评价测试装置产生的测量 误差大小有关的指标 灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量 起始点不灵敏的程度。 测量范围：是指测试装置能正常测量最小输入 量和最大输入量之间的范围。
稳定性：是指在一定工作条件下， 当输入量不变时，输出量随时间 变化的程度。
2.1 测试系统概论
c)微分性
系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即 若 x(t) → y(t) 则 x'(t) → y'(t)
d)积分性
当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于 原输出信号的积分，即 若 x(t) → y(t) 则 ∫x(t)dt → ∫y(t)dt
2.1 测试系统概论
可靠性：是与测试装置无故障工 作时间长短有关的一种描述。
§2.2 测试系统的静态特性
案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量
灵敏度=△y/△x
回程误差=(hmax/A)×100%
线性度=B/A×100%
测量范围：