测试装置的基本特性教案优秀课件
第二章测试装置的基本特性
输入输出(响应)系统第二章 测试装置的基本特性第一节 概述测试是具有试验性质的测量，是从客观事物取得有关信息的过程。
在此过程中须借助测试装置。
为实现某种量的测量而选择或设计测量装置时，就必须考虑这些测量装置能否准确获取被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而能否实现准确测量，则取决于测量装置的特性。
这些特性包括动态特性、静态特性、负载特性、抗干扰性等。
测量装置的特性是统一的，各种特性之间是相互关联的。
1、测试装置的基本要求通常工程测试问题总是处理输入量)(t x 、装置（系统）的传输特性)(t h 和输出量)(t y 三者之间的关系。
图2-1系统、输入和输出1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。
(系统辨识)。
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。
(反求)。
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。
(预测) 。
测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。
理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。
即对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应 。
知道其中的一个量就可以确定另一个量。
以输出和输入成线性关系为最佳。
一般测量装置只能在较小工作范围内和在一定误差允许范围内满足这项要求。
2、测量装置的静态特性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。
测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程确定的。
静态标定是一个实验过程，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，测量对应得输出量，由此得到测量装置的输入输出关系。
3、测量装置的动态特性测量装置的动态特性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得数学描述。
研究测量装置动态特性时，认为系统参数不变，并忽略迟滞、游隙等非线性因素，可用常系数线性微分方程描述测量装置输入与输出间的关系。
4.测试装置的基本特性
20
测量装置基本特性
4. τ值的试验测定
对于一阶系统，其动态参数τ值可以经过试验测定。
① 时域法： 测试系统对于单位阶跃输入的响应y(t)，令：
Z
ln(1
y(t ) )
t
ln(e
)
t
A
画出Z-t曲线，若该曲线为直线时，τ即直线斜率绝对值的倒
数。不然，该系统不是一阶系统。
② 频率法： 系统输入正弦波，依次求出输出与输入的幅值比及
100%
δi：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：
① 理论线性度：参考直线由0点和满量程输出点确定 ② 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。
2019/9/11
2019/9/11
测试技术基础
机械工程及自动化学院
1
测试技术基础
第性 4.3 动态特性 4.4 典型测试装置的动态特性
2019/9/11
2
测量装置基本特性
4.1 概述
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。
2019/9/11
14
测量装置基本特性
4.4 典型测试装置的动态特性
一个大的系统往往可以分解成一些小系统的组合，这些 小系统可分为零阶系统，一阶系统，二阶系统。其他高阶系 统可由这三个理想化的小系统组合而成。因此只需要对这三 个环节的动态特性有所了解，对高阶系统的性能分析也是可 能的。
N阶系统
H (s)
02测试装置的基本特性
※测试装置的静态特性： 就是在静态测量情况下描述实际测试装置 与理想时不变线性系统的接近程度。 （主要讨论在静态测量情况下，描述输入 与输出之间的关系）
测量装置的静态特性由通过某种意义的静态标定过程所确定。 静态标定：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。
x(t ) x0 e jt，则
y(t ) y 0 e
j (t )
三、测试和测试装置的若干术语 ※静态测量：测量期间被测量值可认为是恒定的测量量， 即被测量不随时间变化，则称为静态测量。
5
2.1 概述
※动态测量：是为确定值的瞬时值及其随时间变化的量所 进行的测量。 ※信噪比：信号功率与干扰噪声功率之比，记作 SNR 用分贝（dB）来表示，即 Ns SNR 10 lg Nn N s —信号功率
2.3 测试装置的动态特性(dynamic characteristics)
b频率响应函数的求法 方法二：通过实验测定 方法三：H()=Y()/X()(初始条件全为零的条件下) 说明：尽管频率响应函数对简谐信号而言，但是，任何信 号都可以分解为简谐信号的叠加。因而，在任何复杂信号 输入下，系统频率响应特性都适用。
x1 (t ) x2 (t ) y1 (t ) y2 (t )
※作用在定常系统的各个输入所产生的输出互不影响。 n个激励同时作用一个测试系统，其响应等于这n个激励单独 作用的响应和。复杂信号→系列谐波信号（付氏级数展开）
②比例特性/均匀性：对于任意常数
ax(t ) ay(t )
※灵敏度
单位输入引起输出的变化，即S=△y/△x。 通常用理想直线的斜率作为灵敏度值。（量纲） y △y △x
第二章+测试装置基本特性
1、测量、计量和测试 (1)测量：指以确定被测对象量值为目的全部操作。 例如：对一张纸的面积进行确定，一张纸有100平方厘米
2020/5/15
6
概述(6/7)
(2)计量：指实现单位统一和量值准确可靠的测量。 (3)测试：是测量和计量的综合（实验性质，多用于动态研究）。 2、测量装置的误差和准确度 (1)测量装置的误差：测量装置的示值和被测量的真值之间的差值 (2)测量装置的准确度(精确度):表示测量装置给出接近于被测值真值的 示值的能力 例：0~150V 电压表 示值100.0V 实际 99.4V，
的关系。如下图
系统
输入 (激励)
x(t)
X(s) X(ω)
h(t)
H(s) H(ω)
y(t)
Y(s) Y(ω)
输出 (响应)
• 如果x(t)、y(t)可以观察(已知)，则可推断h(t)。 • 如果h(t)已知，y(t)可测，则可推断x(t)。 • 如果x(t)和h(t)已知，则可推断和估计y(t)。
(2)比例性（均匀性）： 对任意常数a，必有 ax(t)-->ay(t)
(3)微分性：系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数 dx(t)/dt--->dy(t)/dt
(4)积分性：如果系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于
对原输入响应的积分
t
t
0 x(t)dt 0 y(t)dt
2020/5/15
例子：
量程为=±5v（给定的测量范围） 8位(8个01代码来表示）A/D卡: 10v/28=5/27=39.0625mv/bit（每一位所能表示的精度） 12位:10/212=5v/211=2.44140625mV/bit 16位:10v/216=5v/215=0.1525878906mV/bit
2测试装置的基本特性
文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.第二章测试装置的基本特性测试是具有实验性质的测量，是从客观事物取得有关信息的过程。
本章知识要点及要求1、掌握线性系统及其主要特性。
2、掌握测试装置的动态特性及静态特性。
3、掌握一、二阶测试装置的频率响应特性。
4、掌握测试装置的不失真测试条件。
第一节概述重点内容1、测试装置的基本要求测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。
理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。
即，对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应。
知道其中的一个量就可以确定另一个量。
2、线性系统及其主要性质线性系统的输入x(t)与输出y(t)之间的关系可用下面的常系数线性微分方程来描述时，则称该系统为时不变线性系统，也称定常线性系统。
式中t 为时间自变量，a n、a n 1a i、a°和b n、b n1、…、b i、b o均为常数。
文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.5）频率保持性a ndny(t)ad n 1y(t)6 1'dt ne dt n1b m 噢)b midmlX(t)dt mdt m 1dtb i dXl)dta 0y(t)b 0x(t)线性时不变系统的主要性质:1）叠加原理特性 若X ity i tx 2 ty 212）3）X-, t X 2y i t y 2比例特性 若Xtytax t ay t系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数 dX t dy t dtdt4）如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。
t 0X tt oytdt文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.150测试和测试装置的若干术语（自学）1、测量、计量和测试测量：是指以确定被测对象量值为目的的全部操作。
计量：是指实现单位统一和量值准确可靠的测量。
测试：具有试验性质的测量。
测试装置的基本特性
例：间隙式平板电容传感器 C S
d
灵敏度
K C d
S d2
双曲线、非线性
第二节 测量装置的静态特性
三、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。如图2-5中曲线所 示。
图2-5
19
回程误差也称为滞后或变差:它是描述测量装置的输出同输入变 化方向有关的特性。
理想装置的输出和输入有完全单调的一一对应的关系，不管输入 是由小增大，还是由大减小，对一个给定输入，输出总是相同的，如 图中细斜线。但是实际装置在同样的 测试条件下，当输入量由小增 大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往 存在 着差值。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 。
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。
5
测量装置（测量系统）——为达到某些特定目的，由若干个互有关联 的单元组成的有机整体。
系统
输入
X(t) X(S)
h(t) H(S)
y(t) Y(S)
输出
系统、输入和输出
通常的工程测量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： 1)当输入、输出是可以观察(已知)的量，就可以通过它们推断系统的传输 特性 2)当系统特性已知，输出可测，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 3)如果输人和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。
图2-6
22
漂移:测量装置的测量特性随时间的慢变化。 点漂: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； 零点漂移(零漂):标称范围最低值处的点漂。 稳定度:是指测量装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力。 通常稳定度是对时间变化而言的。如果对其他影响量来考察稳定度时， 则应明确说明。
第二章测试装置的基本特性
输入输出(响应)系统第二章 测试装置的基本特性第一节 概述测试是具有试验性质的测量，是从客观事物取得有关信息的过程。
在此过程中须借助测试装置。
为实现某种量的测量而选择或设计测量装置时，就必须考虑这些测量装置能否准确获取被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而能否实现准确测量，则取决于测量装置的特性。
这些特性包括动态特性、静态特性、负载特性、抗干扰性等。
测量装置的特性是统一的，各种特性之间是相互关联的。
1、测试装置的基本要求通常工程测试问题总是处理输入量)(t x 、装置（系统）的传输特性)(t h 和输出量)(t y 三者之间的关系。
图2-1系统、输入和输出1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。
(系统辨识)。
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。
(反求)。
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。
(预测) 。
测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。
理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。
即对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应 。
知道其中的一个量就可以确定另一个量。
以输出和输入成线性关系为最佳。
一般测量装置只能在较小工作范围内和在一定误差允许范围内满足这项要求。
2、测量装置的静态特性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。
测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程确定的。
静态标定是一个实验过程，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，测量对应得输出量，由此得到测量装置的输入输出关系。
3、测量装置的动态特性测量装置的动态特性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得数学描述。
研究测量装置动态特性时，认为系统参数不变，并忽略迟滞、游隙等非线性因素，可用常系数线性微分方程描述测量装置输入与输出间的关系。
测试技术基础第二章 测试装置的基本特性(1)
h (t)
s=jω H (ω )
H(s)
河北科技大学 郑惠萍
Page: 20
传 递 函 数
设X(s)和Y(s)分别为输入x(t)、输出y(t)的拉普拉斯 变换。 取拉普拉斯变化得： 变换。对式（2-1）取拉普拉斯变化得：
Y(s) = H(s) X (s) + Gh (s)
bmsm + bm−1sm−1 +⋯+ b1s + b0 H(s) = ansn + an−1sn−1 +⋯+ a1s + a0
河北科技大学 郑惠萍
Page: 18
河北科技大学 郑惠萍
Page: 19
§3 测试装置的动态特性
定常线性系统的测试装置，可用常系数线性微分方程 定常线性系统的测试装置，可用常系数线性微分方程 的测试装置 来描述，但使用时有许多不便。因此， 来描述，但使用时有许多不便。因此，常通过拉普拉 斯变换建立其相应的“传递函数” 斯变换建立其相应的“传递函数”，通过傅立叶变换 建立其相应的“频率响应函数” 建立其相应的“频率响应函数”，以便更简便地描述 装置或系统的特性。 装置或系统的特性。
∆y ∆x
= =
y x
b0 a0
= 常数
但是，一般的测试装置总不是理想定常线性系统， 但是，一般的测试装置总不是理想定常线性系统， 用拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。 用拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。 注意：灵敏度有量纲，其单位取决于输入、 注意：灵敏度有量纲，其单位取决于输入、输出量 的单位。 的单位。
• 定义 指测量装置输出、输入之间的关系与理想比例 定义：指测量装置输出、 指测量装置输出 关系的偏离程度； 关系的偏离程度；即校准曲线接近拟合直线的程度。