[基础科学]检测技术

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1、第三章：测试系统的特性测试系统与线性系统测试系统的静态特性测试系统的动态特性实现系统不失真测试的条件一、测试系统与线性系统被测对象激励源传感器信号调理信号分析与处理显示与记录被测量电信号电信号放大、转换、传输等运算和分析输入量输出量测试系统不失真测试不失真测试：y(t)能真实地反映x(t)的变化过程1)当x(t)、y(t)已知，可以通过它们推断系统的h(t)。2)当h(t)、y(t)已知，可以通过它们推断x(t)。3)如果x(t)、h(t)已知，则可以推断和估计系统的y(t)。理想的测试系统具有单值的、确定的输入与输出关系。线性系统x(t)y(t)(1)(2)(3)成线性关系为最佳线性时

2、不变系统：输入输出量呈确定的线性关系，而且系统特性不随时间变化线性时不变系统微分方程的一般形式：其中a0，a1，…，an和b0，b1，…，bm均为常数，一般n≥m，n为线性系统的阶数线性系统的特性系统对各输入量之和的输出量等于各单个输入量所得的输出量之和，即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)则x1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)（1）叠加特性：（2）比例特性：输入量增大c倍，则输出量比原输出量也增大c倍，即若x(t)→y(t)则cx(t)→cy(t)系统对输入微分的响应等于对原输入响应的微分（3）微分特性：系统初始条件为零时，对输入积分的响应等于对原输入响应的积分

3、（4）积分特性：线性系统的特性（5）频率保持特性：线性系统的特性系统稳态输出信号的频率与输入信号相同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。例如，在稳态正弦激振试验时，响应信号中只有与激励频率相同的成分才是由该激励引起的振动，而其他频率成分皆为干扰噪声，应予以剔除。二、测试系统的静态特性静态测量：被测量不随时间变化或变化缓慢的测量理想静态特性的方程形式：实际静态特性的微分方程形式：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)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/△xyx△x△y1、静态特

4、性指标灵敏度反映了测试系统对输入量变化反应的能力，灵敏度愈高，测量范围往往愈小，稳定性愈差。（合理选取）灵敏度例：有一测试系统如下图如示，其结构由三部分组成，每部分的增益系数或灵敏度分别为K1,K2，K3，求测试系统的灵敏度为多少？K1K2K3xyb)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=B/A×100%xBAy线性度是对测试系统输入输出线性关系的一种度量。yxhmaxAc)回程误差(/滞环)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/A)×100%描述系统的输出

5、与输入变化方向有关的特性。回差的原因：磁滞、弹性滞后、间隙、材料变形等。d)重复性测试系统按同一方向作全量程的多次重复测量时，静态特性曲线不一致A衡量测量结果分散性的指标，即随机误差大小的指标。也可表示为：e)静态响应特性的其他描述精度：是表征测量结果与被测量真值的符合程度，反应综合误差大小有关的指标（1）用测量误差来表征相对误差越小，测量精度越高。采用引用误差(最大引用误差：最大绝对误差与满量程的比值)作为精度级别的代号。引用误差：绝对误差与满量程之比的百分数最大引用误差：精度等级α：表征测试系统或装置在符合一定的计量要求情况下，能保持其误差在规定的极限范围内。精度等级代表允许误差的大

6、小，并不是实际测量中出现的误差。【例1】某压力表精度为1.5级，量程为0～2.0MPa，测量结果显示为1.2MPa，求1）最大引用误差δnm；2）可能出现的最大绝对误差m；3）示值相对误差δx＝？【解】1）由精度等级可直接得到最大引用误差，即δnm＝1.5%2）m＝±2×1.5%＝±0.03MPa实例【例2】现有0.5级0～300℃和1.0级0～100℃的两个温度计，要测量80℃的温度，试问采用哪一个温度计好？【解】若采用0.5级温度计m＝±300×0.5%＝±1.5℃采用1.0级温度计m＝±100×1.0%＝±1℃结果表明，使用工作在量程下限时相对误差较大。用1.0级仪表比用0

7、.5级仪表的示值相对误差反而小，所以更合适。稳定性和漂移漂移：稳定性是指一定的工作条件，保持输入信号不变时，输出随时间等变化而缓慢变化的程度。产生漂移的原因：系统自身结构参数的变化；周围环境的变化（如温度、湿度等）对输出的影响。最常见的漂移是温漂，即由于周围的温度变化而引起输出的变化，进一步引起系统的灵敏度发生漂移，即灵敏度漂移。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。对于数字式仪表