部分测试装置的基本特性PPT课件
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第2章测试装置的基本特性2PPT课件
装置的传递函数与测量信号无关，也不能确定装置的物 理结构，只表示测量装置本身在传输和转换测量信号中 的特性或行为方式。
H(s)是对物理系统特性的一种数学描述，而与系统的具体 物理结构无关。所以同一传递函数可以表征具有相同传 输特性的不同物理系统。 例：液柱式温度计和RC低通滤 波器都是一阶系统。
•H(s)中的分母取决于系统的结构，而分子则表示系 统同外界之间的联系.分母中s的幂次n代表系统微分 方程的阶数，如当n=1 或n=2 时，分别称为一阶系 统或二阶系统。(n>m)
式中
Y(s) y(t)estdt X(s) x(t)estdt
0
0
sj,0, 复变数
s为拉氏变换算子: 和 皆为实变量
第二章 测试装置的基本特性
第三节 测试系统的动态响应特性
x
bmSmbm1Sm1 b1Sb0 anSnan1Sn1 a1Sa0
y
H(s) =
bmSmbm1Sm1 b1Sb0 anSnan1Sn1 a1Sa0
线性 y
线性 y
非线性y
x
x
x
第二章 测试装置的基本特性
第一节 概述
二.线性系统及其主要性质
1.微分方程:
系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数 线性微分方程来描述：
an dndytn(t)an1dndt1ny1 (t)a1dyd(tt)a0y(t) bmdm dtxm (t)bm1dm d t1m x(1t)b1dxd(tt)b0x(t)
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.了解测试系统的静态特性和动态特性 3.了解测试系统特性的测量方法及不失
真的条件
第二章 测试装置的基本特性
测试技术测试装置的基本特性.ppt
线性 y
x
非线性y
x
x
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8
线性系统(时域描述)
测量装置基本特性
dy n(t)
dy n1(t)
dy(t)
an
bmdtdnxdmt m(ta) n1bmd1t
n1 ...a1 dx m1 (t)
dt m1
dt ...b1
a0 dx(t)
dt
y(t) b0 x(t)
测量装置基本特性
1/ 1/
30
测量装置基本特性
（3）一阶系统的特点
系统特性取决于时间常数τ 。τ 越大，系统惯性越大， 响应时间越长。τ 越小，响应越快，可测频率范围越宽。 为保证不失真测量，最好使信号的最高频率ω max≤0.2ω c 。
ωmax≤0.2ωc
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0.63
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三、 二阶系统
3、将 s j 代入，求出频率响应函数
4、求幅频特性、相频特性
5、画出一阶/二阶系统的伯德图
6、做出必要的分析或结论
i
i
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一阶系统特性： （1）幅频特性：
| H ( j) | A 1 ( )2
（2）相频特性：
() arctan( )
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测量装置基本特性
1、线性系统的特性有哪些 2、测试系统静态特性指标有哪些
y △
△xy x
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3.4 动态特性
测量装置基本特性
x(t) h(t) y(t)
输入信号 x(t)
输出信号 y(t)
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2测试装置的基本特性
文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.第二章测试装置的基本特性测试是具有实验性质的测量，是从客观事物取得有关信息的过程。
本章知识要点及要求1、掌握线性系统及其主要特性。
2、掌握测试装置的动态特性及静态特性。
3、掌握一、二阶测试装置的频率响应特性。
4、掌握测试装置的不失真测试条件。
第一节概述重点内容1、测试装置的基本要求测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。
理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。
即，对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应。
知道其中的一个量就可以确定另一个量。
2、线性系统及其主要性质线性系统的输入x(t)与输出y(t)之间的关系可用下面的常系数线性微分方程来描述时，则称该系统为时不变线性系统，也称定常线性系统。
式中t 为时间自变量，a n、a n 1a i、a°和b n、b n1、…、b i、b o均为常数。
文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.5）频率保持性a ndny(t)ad n 1y(t)6 1'dt ne dt n1b m 噢)b midmlX(t)dt mdt m 1dtb i dXl)dta 0y(t)b 0x(t)线性时不变系统的主要性质:1）叠加原理特性 若X ity i tx 2 ty 212）3）X-, t X 2y i t y 2比例特性 若Xtytax t ay t系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数 dX t dy t dtdt4）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。
t 0X tt oytdt文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.150测试和测试装置的若干术语（自学）1、测量、计量和测试测量：是指以确定被测对象量值为目的的全部操作。
计量：是指实现单位统一和量值准确可靠的测量。
测试：具有试验性质的测量。
二测试装置的基本特性概要PPT课件
10
第二节测试装置的静态特性
根据(2-1)式，线性定常系统的静态特性：
y b0 x Sx a0
本章主要讨论测试装置及其与输入、输出的关系。
图 2-0 典型的测试装置
22
第一节 概述
一、对测试装置的基本要求 1、解决的问题 通常的工程测试问题总是处理输入量x(t)、装置(系统)的传输特性h(t)和输 出量y(t)三者之间的关系(图2·1)。即： ① 如果输入、输出是可以观察(已知)的量，则可以推断系统的传输特性； ② 如果系统特性已知，输出可测，则可以推断导致该输出的输入量； ③ 如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计与该输出对应的系统输
(三)量程和测量范围
量程：测量装置的示值范围的上、下限之差的模。 测量范围：是指使该装置的误差处于允许极限内它所能测量的被测量值的 范围。对于用于动态测量的装置还标明在允许误差极限内所能测量的频率 (范四围)信。噪比
信噪比：信号功率与干扰(噪声)功率之比，记为SNR，单位为分贝(dB)。
SNR 10 lg Ns
测量装置的准确度反映测量装置的总误差。该总误差包括系统误差和 随机误差两部分。测量装置的随机误差分量可用对同一被测量在同一行程 方向连续进行多次测量，其示值的分散性来表述。通常这也称为测量装置 的重复性误差。
在实际工作中，往往使用到测量装置的引用误差一词。它是指测量装 置的示值绝对误差与引用值之比，并以百分数表示。引用值往往是指测量 装置的量程或示值范围的最高值。
。
静态测量：是指测量期间被测量值可认为是恒定的测量。
动态测量：是为确定量的瞬时值及(或)其随时间变化的量所进行的测量。 (二)测量装置的误差和准确度 装置的示值误差：测量装置的示值和被测量的真值之间的差值。若不会引 起混淆，可简称为测量装置的误差。
第二章 测试装置的基本特性(2)(1)
参数可从相频特性曲线直接估计，但相角测量较困难。
通常通过幅频曲线估计其参数。
对欠阻尼系统，令
1 1 n、2 1 n
A1
2
1
2
A2
2 1 或者 2n
Ar A0
2
1
1 2
测试装置动态特性的测试 --阶跃响应法1
• 一阶装置
①测得一阶装置的阶跃响应，取该输出值达到最终稳态值的63%所 经过的时间作为时间常数τ。但测量结果的可靠性很差。
②将一阶装置的阶跃响应表达式改写为
1 yu t et /
两边取对数，有
t
ln1 yu t
根据测得 yu t 值作出 ln1 yu t t
测试装置动态特性的测试 2 --频率响应法
通过稳态正弦激励试验求得幅频和相频特性曲线。 一阶装置：通过幅频特性 A() 1 或相频特性 1 2
() arctan() 直接确定其动态特性参数τ 。
1
1
测试装置动态特性的测试 3 --频率响应法
二阶装置，动态特性参数为：固有频率 n 和阻尼比ζ。
计算表明，当 ζ = 0.7时，在0~0.58ωn的频 率范围满足不失真测试的条件。
测试装置动态特性的测试1
• 静态参数的测试
以经过校准的“标准”静态量作为输入，求出输出 -输入曲线。根据这条曲线确定其回程误差，整理和 确定其校准曲线、线性误差和灵敏度。
• 动态参数的测试
– 频率响应法 – 阶跃响应法
系统的固有频率为系统的 主要结构参数所决定。
实现不失真测试的条件
• 不失真测量
yt A0xt t0
实现测试不失真的测试装置的频率特性
通常通过幅频曲线估计其参数。
对欠阻尼系统，令
1 1 n、2 1 n
A1
2
1
2
A2
2 1 或者 2n
Ar A0
2
1
1 2
测试装置动态特性的测试 --阶跃响应法1
• 一阶装置
①测得一阶装置的阶跃响应，取该输出值达到最终稳态值的63%所 经过的时间作为时间常数τ。但测量结果的可靠性很差。
②将一阶装置的阶跃响应表达式改写为
1 yu t et /
两边取对数，有
t
ln1 yu t
根据测得 yu t 值作出 ln1 yu t t
测试装置动态特性的测试 2 --频率响应法
通过稳态正弦激励试验求得幅频和相频特性曲线。 一阶装置：通过幅频特性 A() 1 或相频特性 1 2
() arctan() 直接确定其动态特性参数τ 。
1
1
测试装置动态特性的测试 3 --频率响应法
二阶装置，动态特性参数为：固有频率 n 和阻尼比ζ。
计算表明，当 ζ = 0.7时，在0~0.58ωn的频 率范围满足不失真测试的条件。
测试装置动态特性的测试1
• 静态参数的测试
以经过校准的“标准”静态量作为输入，求出输出 -输入曲线。根据这条曲线确定其回程误差，整理和 确定其校准曲线、线性误差和灵敏度。
• 动态参数的测试
– 频率响应法 – 阶跃响应法
系统的固有频率为系统的 主要结构参数所决定。
实现不失真测试的条件
• 不失真测量
yt A0xt t0
实现测试不失真的测试装置的频率特性
检测装置基本特性PPT课件
(2.3.2)
第40页/共61页
2.3.3 频率响应特性（频率域）
正弦输入下检测系统的动态特性
H(
j)
y( x(
j) j)
bm ( j)m an ( j)n
bm1( j)m1 an1( j)n1
b1( j) b0 a1( j) a0
2.4.2 输出信号不失真条件
K C1(灵敏度为常数)
准确度等级a表示产品精度的一项指标。仪表产品的精度等级由国家计量部 门给定，仪表的实际相对误差应小于精度等级。
第29页/共61页
（5）稳定性和可靠性 稳定性：在规定的工作条件下，在规定的时间内，装置性能保持不变的能力。 装置的稳定性取决于其内部元器件的稳定性。
可靠性：在保持使用环境和运行指标不超过极限的情况下，装置性能保持不变 的能力。
线性度的计算公式
最大非线性误差
L
yLM YF .S
100%
量程输出
非线性偏差的大小是以一 定的拟合直线为基准直线 而得出来的。拟合直线不 同，非线性误差也不同。 所以，选择拟合直线的主 要出发点，应是获得最小 的非线性误差。
第23页/共61页
标准器具 标准水银温度计
恒温油槽 可控硅温 度控制仪
温度仪
1 被测量的值处于稳定状态时，传感器的输出与输入的关系。
y(t) b0 x(t) a0
dx 0 dt
第10页/共61页
静态测量
第11页/共61页
对缓慢变化的对象进行 测量亦属于静态测量。
第12页/共61页
2、静态特性描述：数学公式或数学模型。
以温度检测为例
H f (T ) b0 T KT a0
100%
重复性特性曲线
《测试装置的特》课件
重复性
总结词
重复性是测试装置的重要特性之一，它决定了测试装置在多次测量中能否提供一致的结果。
详细描述
重复性是指测试装置在相同的条件下多次测量同一物体或参数时，能否获得一致的结果。良好的重复性能够降低 测量误差，提高结果的可靠性。
03
测试装置的设计与制造
设计原则
准确性
测试装置的设计应确保 测量结果的准确性，减
详细描述
可靠性是指测试装置在规定的时间内和规定的条件下无故障运行的能力。高可靠 性的测试装置能够减少故障和停机时间，提高生产效率和产品质量。
响应时间
总结词
响应时间是测试装置的重要特性之一 ，它决定了测试装置对信号变化作出 反应的速度。
详细描述
响应时间是指测试装置从接收到信号 开始到输出测量结果所需的时间。快 速的响应时间能够提高测试效率，满 足实时测量的需求。
案例三：用于流量测量的测试装置
总结词
高精度、宽测量范围、稳定性
VS
详细描述
流量测量的测试装置需要具备高精度、宽 测量范围和稳定性等特性。这些装置广泛 应用于水处理、石油化工、天然气等领域 ，用于监测和控制流量，确保生产过程的 稳定性和效率。它们能够准确测量各种流 量，承受恶劣的流体条件，并提供稳定的 测量结果，有助于降低能耗和提高生产效 益。
绿色环保设计
能耗降低
优化测试装置的能耗设计，降低 能源消耗，减少环境污染。
环保材料
采用环保材料和可再生资源，降低 对环境的负面影响。
资源回收
对测试装置进行可回收设计，提高 资源利用率，促进可持续发展。
06
实际应用案例分析
案例一：用于压力测量的测试装置
总结词
高精度、可靠性、稳定性
第二章测试装置的基本特性详解46页PPT
谢谢！
46
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
第二章测试装置的基本特性详解
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
▪
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对二阶系统而言，主要的动态特性参数是
系统固有频率 wn 和阻尼比 。
7
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
A(w)
H(w)
幅频特性
1
1
w wn
2
2
4
2
w wn
2
相频特性
j(ω ) =
注意：
-a
r
c
tan
2
1-
ω
ωn
ω
ωn
2
阻尼系数 的作用
幅
频
曲
相
线
频
ζ越小，这种变化越剧烈。
12
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
5）二阶系统是一个振荡环节，如图2-18所示。
理论分析表明，任何分母中s高于三次（n>3） 的高阶系统都可以看成若干一阶环节和二阶环节的 组合（串联或并联），分析并了解一阶和二阶系统 传输特性是分析并了解高阶、复杂系统传输特性的 基础。
曲
线
8
第三节 测量装置的动态特性
伯德图
典 型
（教材第55页）
系
图2-16
统
的 注意：
频 阻尼系数
率 的作用
响
应
特
性
测试技术与信号处理
9
第三节 测量装置的动态特性
阻尼系数和固有频率的作用
测试技术与信号处理
阻尼系数 增大
固有频率 减小
10
第三节 测量装置的动态特性
二阶系统脉冲响应函数为
h(t)
wn 12
从测量工作的角度看，总是希望在宽广的频带内
由于频率特性不理想所引起的误差尽可能小。为此，
要选择恰当的固有频率和阻尼比的组合，以便获得较
小的误差。
13
第二章 测试装置的基本特性
测试技术与信号处理
第四节 测试装置对任意输入的响应
一、系统对任意输入的响应
将输入 x(t) 分割成众多相邻接的、持续时间为
D 的脉冲信号。
2) w 1 幅频特性降为原来的0.707（即－3dB)，相位角滞后 45o ，时间常数 决定了测试系统适应的工作频率范围。 1
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
一阶系统单位脉冲响应
温度 湿度 酒精
h(t)
xt (t) X s 1
YsH(s)Xss11 yt 1 et (t 0)
6
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
H(s)Y Xssa2s2ba01sa0
传递函数：
Ys
S
H (s)Xss2/wn 22s/wn1
令频：率S响＝1应→函灵数敏度：H归(w一)处Y X理((w w))1(wwn)2Sj2(wwn)
系统固有频率 静态灵敏度
阻尼比
令：wn a0 a2
S b0 a0 a1 2 a0a2
系统对任意输入的响应
测试技术与信号处理
它是将系输统入输x(入t) 分—输割出成关众系多的相最邻基接的本表、持达续式时，间其为形式
简单D，的含脉义冲明信确号。。但x是(t)，卷t积x计算D却 是一件麻烦事。
利用h(t) 同H(s)、H(w)的关0系，以及拉氏变换、 t
傅氏在t变时换刻系的统卷的积输定出理，y(即t)可 将x卷积D运h算t变换
t
x(t) x D
0
t
在t时刻系统的输出 y(t)xDht
0
脉冲响应
对D函取数极限，得 yt0 txhtd
x(t)和h(t)的卷积为 x t* h t x h t d
输出y(t) 等于输入x(t)和系统
脉冲响应函数h(t)的卷积。 y(t)xt*ht 14
第四节 测试装置对任意输入的响应
Jd2 dy t2 (t)dy d(tt)G y(t)kii(t)
y
4
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
典型系统3
如图所示的弹簧－质量－阻尼系 统，其运动方程为：
md2 dy t2 (t)cdyd(tt)Ky(t)x(t)
将上式→傅里叶变换，得：
ww ww ww m Y () ( j) 2 c Y () ( j) K Y () X ()
ewnt
sin
12wnt
测试技术与信号处理
0 1
注意：
阻尼系数
的作用
11
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
二阶系统的特点：
1）当wwn时，Hw1；当 wwn 时 ，Hw0。
2）影响二阶系统的参数是固有频率和阻尼比。在通常使用的 频率范围内，又以固有频率的影响最为重要，它是选择工作频
率范围的依据。在 w wn 附近，系统幅频特性受阻尼比影响 极大。当 w wn 时，系统将发生共振。
20lgA(w)
第三节 测量装置的动态特性
0 -10 -20
Im(w)
测试技术与信号处理
Re(w)
j (w)
3) 波德图可以用一条折线来
-45
近似描述。w 1 点称
-90
为转折频率。
一阶系统的频率特性：
1) 一阶系统是一个低通环节。只有当w 远小于1/ 时，幅频响
应才接近于1，只适用于被测量缓慢或低频的参数。
第四节 测试装置对任意输入的响应
测试技术与信号处理
二、系统对单位阶跃输入的响应
单位阶跃输入：
xt
0 1
(t 0) (t 0)
该系统的频响函数为
H (w)Y X ((w w))m (jw)21 c(jw)K 5
第三节 测量装置的动态特性
二阶系统
测试技术与信号处理
数学表述：
d2y dy a2 dt2 a1 dt a0yb0x
传递函数：
H(s)Y Xssa2s2ba01sa0
频率响应函数：
H (w)Y X ((w w))a2w2bj0a1wa0
3）二阶系统的伯德图可用折线来近似。在 w 2wn 段，A(ω) 可用0dB水平线近似。在 w0.5wn 段，可用斜率为-40dB/10
倍频的直线来近似。
4) 在 wwn段，j w)很小，且和频率近似成正比增加。在
w wn 段， j w)趋近于180º，即输出信号几乎和输入反
相。在w 靠近w n 区间， j w) 随频率的变化而剧烈变化，而且
成复数域、频率域的乘法运算0 ，从而大大简
化了对计D算 取工极作限。，得 yt0txhtd
Y x((t)s )h (t)的X 卷积s为H xts * h &tY (w )x X h tw H d w
输出y(t) 等于输入x(t)和系统 y(t)xt*ht
脉冲响应函数h(t)的卷积 15
2
第三节 测量装置的动态特性
2. 二阶系统（Second-order system）
称重(应变片)
F
加速度(压电)
测试技术与信号处理
典型系统1
3
第三节 测量装置的动态特性
测试技术与信号处理
典型系统2
在动圈式电表中，由永久磁钢所形 成的磁场和通电线圈所形成的动圈 磁场相互作用而产生的电磁转矩使 线圈产生偏转运动，如图所示，动 圈作偏转运动的方程式为