工程测试技术51.ppt

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1、工程测试技术第五章测试系统特性本章学习要求：建立测试系统的概念；了解测量误差的概念；了解测试系统特性对测量结果的影响；了解测试系统特性的测量方法。本章目录5.1概述（2学时）5.2测量误差5.3测试系统的静态特性5.4测试系统的动态特性5.5测试系统实现精确测量的条件2工程测试技术组建或选择合适而有效的测量系统时，除了需要了解信号的特点外，还需要了解测量系统的技术特性。测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。被测的物理量亦即信号作用于一个测试系统，而该系统在输入信号亦即激励的驱动下对它进行“加工”，并将经“加工”

2、后的信号进行输出。5.1概述信号前置处理A/D转换数据输出数字处理3工程测试技术1.测试系统与输入、输出之间的关系若已知输入量和系统的传递特性，则可求出系统的输出量（系统辨识）。已知系统的输入和输出量，求系统的传递特性（反求）。已知系统的传递特性和输出量，来推知系统的输入量（预测）。4工程测试技术希望输入与输出之间是一种一一对应的确定关系，因此要求系统的传递特性是线性的。对于静态测量，系统的线性特性要求并非是必须的，采取曲线校正和补偿技术来作非线性校正较为容易。对于动态测量，对测试装置或系统的线性特性关系的要求便是必须的。

3、在动态测量的条件下，非线性的校正和处理难于实现且十分昂贵。2.测量系统的基本要求5工程测试技术5.2测量误差真值即真实值，是指在一定时间和空间条件下，被测物理量客观存在的实际值。真值通常是不可测量的未知量，一般说来，真值是指理论真值、规定真值和相对真值。理论真值：理论真值也称绝对真值，如平面三角形内角之和恒为180°。规定真值：国际上公认的某些基准量值，如米是光在真空中(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度。这个米基准就当作计量长度的规定真值。规定真值也称约定真值。相对真值：是指计量器具按精度不同分为若干等级

4、，上一等级的指示值即为下一等级的真值，此真值称为相对真值。输出信号的质量必定差于输入信号的质量。受测试系统的特性影响；受信号传输过程中干扰的影响。6工程测试技术5.2.1误差的定义误差存在于一切测量中，误差定义为测量结果减去被测量的真值：E=x－x0式中，E－测量误差（又称真误差)；x－指示值；x0－被测量的真值。残余误差：测量结果减去被测量的最佳估计值ν=x－xa式中，ν表示残余误差（简称残差）；xa表示真值的最佳估计（也即约定真值）。7工程测试技术系统误差定义：每次测量同一量时，呈现出相同的或确定性方式的那些测量误差。

5、产生原因：由标定误差、持久发生的人为误差、不良仪器造成的误差、负载产生的误差、系统分辨率局限产生的误差等因素所产生。随机误差定义：每次测量同一量时，其数值均不一致、但却具有零均值的那些测量误差。产生的原因：测量人员的随机因素、设备受干扰、实验条件的波动、测量仪器灵敏度不够等。过失误差或非法误差意想不到而存在的误差。如实验中因过失引起的误差，实验之后的计算误差等。5.2.2根据误差的性质分类8工程测试技术随机误差具有明显的统计分布特性。常常采用统计分析来估计该误差的或然率大小。系统误差则不可以用统计方法来处理，因为系统误差是

6、一个固定的值，它并不呈现一种分布的特征。系统误差和随机误差常常同时发生。(a)系统误差大于随机误差(b)随机误差大于系统误差9工程测试技术静态误差用来确定时不变测量值的线性测量仪器，其传递特性为一常数。而相应的非线性测量仪器的输入-输出关系是用代数方程或超越方程来描述的。因而所产生的误差一般仅取决于测量值大小而其本身不是时间的函数。这种误差称静态误差。动态误差在测量时变物理量时，要用微分方程来描述输入-输出关系。此时产生的误差不仅取决于测量值的大小，而且还取决于测量值的时间过程。将这种误差称动态误差。5.2.3根据测量的类

7、型分类10工程测试技术5.2.4误差的表示方法绝对误差：绝对误差E，是指测得值x与真值x0之差，可表示为：E＝x-x0；相对误差：相对误差是指绝对误差与被测真值之比值，通常用百分数表示，即：r＝E/x0*100%引用误差（满量程误差）：引用误差是指测量仪器的绝对误差除以仪器的满度值所得的值，即：rm＝E/xm*100%式中，rm表示测量仪器的引用误差；xm表示测量仪器的满度值，一般又称为引用值，通常是测量仪器的量程。引用误差实质是一种相对误差，可用于评价某些测量仪器的准确度高低。国际规定电测仪表的精度等级指数a分为0.1，

8、0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0共7个等级。11工程测试技术5.3测试系统的静态特性当被测量是恒定的或慢变的物理量时，称为静态测量。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，主要包括：灵敏度量程及测量范围非线性迟滞重复性准确度分辨率漂移。12工程测试技术1.灵敏度(Sensit