机械工程测试技术第3章课件.ppt

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1、测试装置的基本特性主要内容第一节概述第二节测试装置的静态特性第三节测试装置的动态特性第四节测试装置对任意输入的响应第五节实现不失真测量的条件第六节测试装置动态特性的测量第七节负载效应第八节测试装置的抗干扰第二章测试装置的基本特性本章学习要求：1.建立测试系统的概念2.掌握常用的静态特性指标，如：灵敏度、线性度、回程误差等。3.掌握描述测试系统动态特性的方法4.掌握实现系统不失真测试的条件1.测试装置的基本特性是指当信号的性态（静态或动态）确定后，描述输出与输入之间关系的输出函数y(t)=f[x(t)]的特性。测试装置的基本特性是在规定的使用条件下测试装置本身所固有的，由系统的输出

2、函数体现出来，与信号的具体形式无关。2.1概述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)2、工程测试中的三类问题理想的测试装置应该①输出和输入成线性关系。即具有单值的、确定的输入-输出关系。②系统为时不变线性系统。实际的测试装置①只能在较小工作范围内和在一定误差允许范围内满足线性要求。②很多物理系统是时变的。在工程上，常可以以足够的精确度认为系统中的参数是时不变的常数。3、对测试装置的基本要求4、线

3、性系统时不变线性系统可用常系数线性微分方程来描述，也称定常线性系统。（2-1）5、线性系统的主要性质若以x(t)→y(t)表示定常线性系统输入与输出的对应关系，则定常线性系统具有以下主要性质：（1）叠加原理（2）比例特性（3）积分特性（4）微分特性（5）频率保持特性1）叠加原理几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。即若则上页目录符合叠加原理，意味着作用于线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响的。5、线性系统的主要性质2)比例特性对于任意常数a，必有ax(t)→ay(t)3)微分特性系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数，即5、线性系统的主要性质4）积分特性

4、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，即5）频率保持性若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号，则系统的稳态输出必是、也只是同频率的简谐信号；即输出y(t)唯一可能解只能是5、线性系统的主要性质6.测试装置的性质静态特性动态特性负载特性抗干扰性静态特性（Staticcharacteristics）：即输入量和输出量不随时间变化或变化缓慢时，输出与输入之间的关系，可用代数方程表示。动态特性（Dynamiccharacteristics）：即输入量和输出量随时间迅速变化时，输出与输入之间的关系，可用微分方程表示。2.1测量装置的静态特性线性度灵敏度、

5、分辨力回程误差零点漂移和灵敏度漂移注意：测试装置的静态特性就是在静态测试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.2.1测量装置的静态特性——线性度线性度：校准曲线接近拟合直线的程度。线性误差＝拟合直线的确定方法：（1）端点连线法。（2）最小二乘直线法。原理：以非线性矫正非线性——“以畸制畸”方法一：两只非线性传感器差动方式非线性误差大小相等，极性相反方法二：利用线性元件和非线性元件的串、并联硬件线性化方法ⅠⅡⅢ软件线性化方法1方法一：计算法条件：传感器输出与被测量间有确定的数学表达式方法：软件编写计算程序曲线拟合方法二：查表法条件：传感器输出与被测量间无法用函数拟合方

6、法三：插值法原理：将查表法与计算法结合方法：线性插值、抛物线插值、拉格朗日插值、牛顿插值、埃米特插值线性插值：软件线性化方法22.1测量装置的静态特性——回程误差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，对同一输入量所得到的两个输出量往往存在差值。把在全测量范围内，两输出量之差的最大值hmax称为回程误差或滞后误差。即hmax=y2i-y1i2.1测量装置的静态特性——灵敏度当装置的输入x有一个变化量∆x，它引起输出y发生相应的变化量∆y，则定义灵敏度对于理想的定常线性系统，灵敏度应当是但是，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

7、度。注意：灵敏度有量纲，其单位取决于输入、输出量的单位。2.1测量装置的静态特性——零点漂移和灵敏度漂移稳定度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。常指装置不受时间变化影响的能力。漂移指测试装置在输入不变的条件下，输出随时间变化的趋势。零点漂移是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，它可以是随时间缓慢变化的量。灵敏度漂移是指由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系（斜率）的变化。总误差=零点漂移+灵敏度漂移产生原因：①仪器自身结构参数的变化。②周围环境变化（如温度、