測(cè)試裝置的基本特性課件

測(cè)試裝置的基本特性

§1概述測(cè)試裝置的基本特性

靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、負(fù)載特性、抗干擾性不失真測(cè)量：語(yǔ)音片段1(Good)語(yǔ)音片段2(bad)

測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的感測(cè)器、儀器和設(shè)備的總稱。返回目錄§2測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)回應(yīng)特性

如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化（或低頻），則稱為靜態(tài)測(cè)量。

靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的回應(yīng)特性稱為靜態(tài)回應(yīng)特性。a)靈敏度

當(dāng)測(cè)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△yb)非線性度

標(biāo)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(cè)試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過(guò)程中，對(duì)於同一個(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%yxhmaxAd)靜態(tài)回應(yīng)特性的其他描述精度：是與評(píng)價(jià)測(cè)試裝置產(chǎn)生的測(cè)量誤差大小有關(guān)的指標(biāo)

靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來(lái)衡量測(cè)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(cè)試裝置分辨輸入量微小變化的能力。測(cè)量範(fàn)圍：是指測(cè)試裝置能正常測(cè)量最小輸入量和最大輸入量之間的範(fàn)圍。

可靠性：是與測(cè)試裝置無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。

穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時(shí)，輸出量隨時(shí)間變化的程度。案例：物料配重自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)測(cè)量

靈敏度=△y/△x非線性度=B/A×100%回程誤差=(hmax/A)×100%測(cè)量範(fàn)圍：

無(wú)論複雜度如何，把測(cè)量裝置作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)看待。問(wèn)題簡(jiǎn)化為處理輸入量x(t)、系統(tǒng)傳輸特性h(t)和輸出y(t)三者之間的關(guān)係。x(t)h(t)y(t)輸入量系統(tǒng)特性輸出§3測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)回應(yīng)特性

y(t)=X(t)*h(t)卷積分一、測(cè)試系統(tǒng)基本要求

理想的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入－輸出關(guān)係。對(duì)於每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對(duì)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)係最佳。xy線性xy線性xy非線性二、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析基礎(chǔ)一）線性系統(tǒng)的特性

系統(tǒng)輸入x(t)和輸出y(t)間的關(guān)係可以用常係數(shù)線性微分方程來(lái)描述：線性系統(tǒng)(時(shí)域描述)一般在工程中使用的測(cè)試裝置都是線性系統(tǒng)。２.線性系統(tǒng)性質(zhì)：a)疊加性

系統(tǒng)對(duì)各輸入之和的輸出等於各單個(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於原輸入所得輸出的常數(shù)倍，即:

若x(t)→y(t)則kx(t)→ky(t)c)微分性

系統(tǒng)對(duì)原輸入信號(hào)的微分等於原輸出信號(hào)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(duì)原輸入信號(hào)的積分等於原輸出信號(hào)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(tǒng)的輸入為某一頻率的諧波信號(hào)，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出將為同一頻率的諧波信號(hào)，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(cè)量工作中具有重要作用。二)線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述方法三.測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性描述（4)頻率回應(yīng)函數(shù)的求法1)有傳遞函數(shù)H（s）求H(jw)：2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得H(jw)：3)由x(t)，y(t)通過(guò)傅裏葉變換得到x(jw)和y(jw),求出H(jw)。四、常見測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性（一）一階測(cè)試系統(tǒng)（慣性環(huán)節(jié)）例：液柱式溫度計(jì)

C---液柱介質(zhì)的熱容

R---介質(zhì)的熱阻一階測(cè)試系統(tǒng)的一般式：

§4測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的回應(yīng)一、對(duì)任意輸入的回應(yīng)：利用h(t)，H（s）或H（w）來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算二、對(duì)單位階躍輸入的回應(yīng)1.一階系統(tǒng)：回應(yīng)的快慢取決於時(shí)間常數(shù)2.二階系統(tǒng)：振盪回應(yīng)取決於ζ和wm，ζ影響超調(diào)量和振盪次數(shù)（ζ越小，振盪越大，超調(diào)越大），wm影響回應(yīng)快慢（wm越高，系統(tǒng)回應(yīng)越快）§5實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件一、理想測(cè)試的含義

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

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

相頻特性：φ（w）＝－wto＝線性

理想測(cè)試系統(tǒng)三、實(shí)際測(cè)試裝置的測(cè)試失真1.實(shí)際測(cè)試裝置只能在某一頻率段達(dá)到近似的理想測(cè)試，要選用合適的測(cè)試裝置；2.對(duì)單一頻率成分的信號(hào)測(cè)試，一般不會(huì)產(chǎn)生失真；3.對(duì)多種頻率成分的信號(hào)，特別在跨越測(cè)試裝置固有頻率前後信號(hào)的失真最為嚴(yán)重；4.一般應(yīng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，濾去非信號(hào)頻帶內(nèi)的雜訊，防止雜訊進(jìn)入共振區(qū)。§6測(cè)試裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量1、頻率回應(yīng)法通過(guò)不同頻率正弦激勵(lì)信號(hào)，測(cè)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(jié)構(gòu)參數(shù)的確定：一階系統(tǒng)：由幅頻特性直接確定二階系統(tǒng)：利用A（wn)接近峰值，確定ζ和wn2、階躍回應(yīng)法：由測(cè)試裝置的階躍回應(yīng)曲線，確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。§7負(fù)載效應(yīng)1.負(fù)載效應(yīng)概念：一個(gè)裝置連接到另一個(gè)裝置上，發(fā)生能量交換，影響其狀態(tài)、輸出和傳遞函數(shù)。2.負(fù)載效應(yīng)原理：ER1R2RmV3.減輕負(fù)載效應(yīng)的措施對(duì)電壓輸出環(huán)節(jié)1)提高後續(xù)環(huán)節(jié)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(diǎn)測(cè)量原理。4.負(fù)載效應(yīng)（阻抗匹配）的應(yīng)用：要注意測(cè)試系統(tǒng)對(duì)被測(cè)對(duì)象的影響，測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的相互影響?！?測(cè)試裝置的抗干擾1.主要干