测试技术第二章12节课件.ppt

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1、测试系统的特性的描述测试系统的特性的描述 武汉轻工大学测试系统的特性的获取测试系统的特性的获取实验法实验法计算法计算法测试系统特性对测量结果的影响测试系统特性对测量结果的影响第二章、测试系统的基本特性第二章、测试系统的基本特性 测试系统举例测试系统举例及方程建立及方程建立2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述一一.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。如是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。如 武汉轻工大学2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述RCvivo激励激励 vi(t)或输入或输入响应响应 vo(t)或输出或输出低通滤波器低通滤波器:应变片应变片:武汉轻工大

2、学 2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述检流计检流计,万用表万用表 武汉轻工大学2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述 无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量来看待。问题简化为处理输入量x(t)x(t)、系统传输、系统传输特性特性h(t)h(t)和输出和输出y(t)y(t)三者之间的关系。三者之间的关系。x(t)测试系统测试系统h(t)h(t)或或H(j)H(j)、H(s)H(s)y(t)武汉轻工大学2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述例子例子1 弹簧秤弹簧秤W激励激励/输入输入:物品重量物品重量 W(t)响应响应/输

3、出输出：弹簧伸长量：弹簧伸长量 y(t)二二 、测试系统的数学描述、测试系统的数学描述 武汉轻工大学kWy y2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述例子例子 3 低通滤波器低通滤波器RCvivo激励激励 或或输入输入响应响应 vo(t)或或输出输出)t(v)t(vdt)t(dvCR)t(vRdt)t(Cv(d)t(vRdtdq)t(viR)t(viooooooi 武汉轻工大学激励激励 vi(t)或或输入输入响应响应 或或输出输出2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述 武汉轻工大学例子例子 4 检流计检流计(万用电表表头、动圈式仪表万用电表表头、动圈式仪表)2.1 2.1 测试系统概述测试系

4、统概述 武汉轻工大学例子例子 4 检流计检流计（是一个转子弹簧系统，原理是，是一个转子弹簧系统，原理是，2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述 武汉轻工大学2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述NS电 磁 力 矩弹 簧 阻 力 矩阻 尼 力 矩2221322321)()(dtdJdtdkktikdtdJMtikMdtdkMkM电磁力矩阻尼力矩弹簧输出输出输入输入)(ti(t)i(t)()(dt)(C)(22tiktKtddttdJ电弹2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述 武汉轻工大学例子例子 5 热电阻热电阻)1()(2210nnTaTaTaRTR非线性关系非线性关系!Rt2.1 2.

5、1 测试系统概述测试系统概述 无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量来看待。问题简化为处理输入量x(t)x(t)、系统传输、系统传输特性特性h(t)h(t)和输出和输出y(t)y(t)三者之间的关系。三者之间的关系。x(t)测试系统测试系统h(t)h(t)或或H(j)H(j)、H(s)H(s)y(t)武汉轻工大学0),(yxf2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述三、对测试系统的基本要求三、对测试系统的基本要求 a)理想的测试系统应该具有理想的测试系统应该具有单值的、确定的单值的、确定的输入输输入输出关系。对于每一输入量都应该

6、只有单一的输出量与之对出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。应。知道其中一个量就可以确定另一个量。b)理想的测试系统输入输出关系理想的测试系统输入输出关系 ：成成线性关系线性关系最最佳。佳。动态测试时动态测试时必须成必须成线性关系；线性关系；c)系统的系统的响应响应速度快速度快 武汉轻工大学 系统输入系统输入x(t)和输出和输出y(t)间的关系可以用间的关系可以用常系数线性微常系数线性微分方程分方程来描述：来描述：四、线性定常系统及其特点四、线性定常系统及其特点(教材教材p45)xbxtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtyd

7、a01m1mmm01n1nnn 式中：式中：an,an-1,a1,a0 和和 bm,bm-1,b1,b0等等都是有测量系统自身的物理性质决定的都是有测量系统自身的物理性质决定的2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述 武汉轻工大学b)频率保持性频率保持性 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，即出将为同一频率的谐波信号，即 若若 x(t)=Acos(t+x)或或 则则 y(t)=Bcos(t+y)或或一般一般，在工程中使用的在工程中使用的动态动态测试装置都是测试装置都是线性系统线性系统。线性定常系统性质线性定常

8、系统性质：a)叠加性叠加性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即即 若若 x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t)则则 x1(t)x2(t)y1(t)y2(t)迭加原理表明迭加原理表明:对于线性对于线性 系统系统,一个输入的存在不影响另一个输入的存在不影响另一个输入的响应一个输入的响应,因此因此,对于一个复杂的输入对于一个复杂的输入,就可将其分解就可将其分解-2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述tjeXtx0)()(0)(tjeYty 武汉轻工大学2.1 2.1 测试系统概述测试系统概述 武汉轻工大学线性定常系统的频率保持性在

9、测试工作中线性定常系统的频率保持性在测试工作中具有非常重要的作用：具有非常重要的作用：排除干扰依据频率保持性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。因为实际测试中测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰。故障诊断在故障诊断中根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持性推断输入信号也应该包含该频率成分，从而由此频率成分寻找故障根源。待测的信号复杂或不可预知,但可分解成简单信号(如简谐信号等)的迭加 武汉轻工大学第二章、测试系统的基本特性第二章、测试系统的基本特性 静态测量静态测量:动态测量动态测量:指被测的物理量的值恒定不变或变化非常缓慢时进

10、行的测量指被测的物理量快速变化时进行的测量按被测的物理量随时间变化的快慢情况来分类2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性 静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静态静态(响应响应)特性特性或或静态标定曲线静态标定曲线。在标定曲线或系统方程的基础上在标定曲线或系统方程的基础上 可得出静态特性的可得出静态特性的一系列指标一系列指标一、测试系统的静态特性一、测试系统的静态特性 1 标定曲线标定曲线Xy 武汉轻工大学 表格方法：表格方法：给出分度表给出分度表铜铜康铜热电偶分度表（自由端温度康铜热

11、电偶分度表（自由端温度0）工作工作端端温温 度度0123456789de/dt（vu）00.00000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.75139.5200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.15940.4301.2011.2421.2841.3251.3671.4081.4501.4921.5341.57641.3401.6181.6611.7031.7451.7881.8301

12、.8731.9161.9582.00142.4502.0442.0872.1302.1742.2172.2602.3042.3472.3912.43543.0602.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.87649.8703.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2793.32544.5803.3703.4153.4913.5063.5523.5973.6433.6893.7353.78145.3903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.2444

13、6.01004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.71546.82.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性 武汉轻工大学2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性二、二、测试系统静态特性测试系统静态特性(指标指标)1 灵敏度灵敏度 当测试装置的输入当测试装置的输入x有一增量有一增量x，引起输出，引起输出y发生相应发生相应的变化的变化y时，则定义时，则定义:Xy 武汉轻工大学xySdxdyS 2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性3 精度：精度：是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的是与评价测试装置产生的

14、测量误差大小有关的指标。是用误差来表示的。指标。是用误差来表示的。绝对误差绝对误差测量值与真值之差测量值与真值之差 相对误差相对误差绝对误差除以真值用百分数表示绝对误差除以真值用百分数表示 引用误差引用误差 绝对误差值与量程之比用百分数表示绝对误差值与量程之比用百分数表示 精度级别精度级别 最大引用误差去掉号，就定为该测量装置的精度最大引用误差去掉号，就定为该测量装置的精度 等级等级 测试系统的精度（级别）反映了测试中各类误差的综合。测试系统的精度（级别）反映了测试中各类误差的综合。2 量程：量程：是指测试装置能正常测量输入量的最小和最是指测试装置能正常测量输入量的最小和最大值之间的范围大值之

15、间的范围.xbxtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmnnnn011011 武汉轻工大学)1(2210nntttatataRR)()()()(22tiktKdttdCdttdJ电弹2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性4 非线性度非线性度 标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。非线性度非线性度=B/A100%武汉轻工大学常用的确定拟合曲线、拟合直线的方法：常用的确定拟合曲线、拟合直线的方法：端点连线法、最小二乘法、最大偏差比较法等端点连线法、最小二乘法、最大偏差比较法等2.2 2.2 测试系统的静态特性

16、测试系统的静态特性回程误差产生的原因可能有回程误差产生的原因可能有：机械传动（如齿轮放大机构机械传动（如齿轮放大机构_仪表仪表转角放大机构转角放大机构等）存在摩擦和间隙等）存在摩擦和间隙测量装置中可能存在储能元件等测量装置中可能存在储能元件等 武汉轻工大学5 回程误差回程误差 测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，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值最大者为hmax，则定义回程误差为，则定义回程误差为 回程误差回程误差=(hmax/A)100%2.2 2.2 测

17、试系统的静态特性测试系统的静态特性稳定性：稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量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。不变时，输出量随时间变化的程度。可靠性：可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。有关的一种描述。分辨率分辨率：指能引起输出量发生变化时输入量的最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小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化微小变化的的能力能力。武汉轻工大学 6、分辨率、分辨率7、其它、其它测试系统静态特性的描述测试系统静态特性的描述 武汉轻工大学测试系统静态特性的获取测试系统静态特性的获取测试系统特性对测量结果的影响测试系统特性对测量结果的影响2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性思考题思考题请阐明检流计工作原理并画出原理示意图请阐明检流计工作原理并画出原理示意图 ;请列出该测试系统的输入输出函数关系式即系统方程请列出该测试系统的输入输出函数关系式即系统方程;何谓测试系统的灵敏度，试分析求解该测试系统的静态何谓测试系统的灵敏度，试分析求解该测试系统的静态（响应）特性指标（响应）特性指标-灵敏度灵敏度 武汉轻工大学2.2 2.2 测试系统的静态特性测试系统的静态特性