测试系统静态特性
《测试系统静态特性》课件
04 提高测试系统静态特性的方法
硬件优化
01
02
03
硬件选型
选择性能稳定、精度高的 测试系统硬件，确保测试 结果的可靠性。
硬件配置
合理配置硬件资源，如处 理器、内存、存储等，以 提高测试系统的处理能力 和响应速度。
硬件维护
定期对测试系统硬件进行 维护和保养，确保硬件设 备的正常运行和使用寿命 。
《测试系统静态特性》ppt课件
• 测试系统概述 • 静态特性的定义与分类 • 测试系统静态特性的测试方法
• 提高测试系统静态特性的方法 • 测试系统静态特性案例分析
01 测试系统概述
测试系统的定义
总结词
测试系统的定义
详细描述
测试系统是指在特定环境下，通过特定的测试方法，对被测对象进行性能、功 能等方面的检测，以评估其是否满足设计要求或达到预期目标的系统。
详细描述
直接测量法是一种简单而直接的测试方法， 它通过使用测量工具或仪器直接对被测量进 行测量和读数，以获得被测量的具体数值。 这种方法要求测量工具或仪器具有高精度和 可靠性，以确保测试结果的准确性和可靠性
。
间接测量法
要点一
总结词
通过测量与被测量相关的其他量来推算出被测量的方法。
要点二
详细描述
间接测量法是一种较为复杂的测试方法，它通过测量与被 测量相关的其他量，然后通过一定的数学模型或公式推算 出被测量的值。这种方法通常用于那些难以直接测量的情 况，例如温度、压力、电流等参数的测量。为了获得准确 的测试结果，需要建立可靠的数学模型或公式，并进行充 分的验证和校准。
案例二：稳定性测试系统的静态特性分析
总结词
稳定性测试系统在静态特性方面表现出良好的长期稳 定性和抗干扰能力，能够在实际应用中保持稳定的性 能。
第三章测试系统特性2-静态特性
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
静态标定步骤：
作输入-输出特性曲线（重复、正反行程）
求重复性误差
求作正反行程的平均 输入-输出曲线 求回程误差 求作定度曲线 求作拟合直线，计算 线性度和灵敏度
航海学院
定度曲线 拟合直线
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
例题:某称重传感器测量范围为0—80Kg，线性度为 2%，两线输出方式，传感器工作电压为24 v，输出 信号为1—5v。 （1）下表为该传感器标定数据，试判断该传感器精 度是否达到设计指标？
航海学院
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
b)线性度（linearity——非线性度non-linearity ）
定度曲线与拟合直线的偏离程度，用线性误差表 示，即用系统标称输出范围（全量程）A内，定度曲 线与拟合直线的最大偏差表示。通常表示成相对误 差形式。
y
L
A Lmax
L max A
=0.02mA/C表示温度变化1C电流变化的特性
g) 分辨力(率) （Resolution ）
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。 •对于数字式仪表而言，输入量连续变化时，输出量 作阶梯变化，一般可以认为该输出显示标尺的最后 一位所表示的数值就是它的分辨力，例如数字式温 度计的温度显示为180.6℃，则分辨力为0.1℃； •对于模拟式仪表，即输出量为连续变化的装置，分 辨力是指测试装置能显示或记录的最小输入增量， 一般为最小分度值的一半。 阈值：输入零点附近的分辨力。
传感器与测试技术
第3章 测试系统的特性
e)精度（Accuracy ）
评定测试系统产生的测量误差大小的指标，其定 量描述方式包括： （1）用测量误差来表征
测试系统静态特性
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衡量精度的性能指标常用相对误差和引用误差来表示。
相对误差： 引用误差：
x 10000x xx10000
nxn10000xx nx10000
x——测试系统给出的测量值
μ 、μn——被测量的真值、额定真值 x、xn——测量平均值、量程
我国测试仪器的精度等级多用引用误差的百倍数表示
，即a＝100γn 。
第二章、测试系统特性
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2.2 测试系统静态响应特性
如果测量时，测试装置的输入、输出 信号不随时间而变化，则称为静态测量。
第三章、测试系统特性
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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)精度
测试系统的精度反映测试结果与真值的接近程
度，与误差大小相对应。真值来源为理论计算值、 标准测量值或约定值等。精度可分为精密度、正确 度和准确度（精确度）。
y
0
要求测试系统的线性度好、灵敏度
高、滞后量和重复性误差小。线性度是
一项综合性参数，滞后量和重复性也都
能反映在线性度上。
A
为了确定静态特性参数，可根据静
态标定实验数据求出拟合曲线方程，并
计算出各测得值与理论估计值之间的偏
差，由此即可求出静态特性参数值。
常数倍，即:
若
x(t) → y(t)
则
kx(t) → ky(t) (k为常数）
2.1 测试系统概论
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c)微分性
系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微
分，即
若
x(t) → y(t)
则
x'(t) → y'(t)
第2讲 测试系统及其基本特性(静态、动态1)
仪表的准确度等级和基本误差
例：某指针式电压表的精度为 2.5级，用它来测量电压时可能产 生的满度相对误差为2.5% 。
例：某指针式万用 表的面板如图所 示，问：用它来测 量直流、交流 （~）电压时，可 能产生的满度相对 误差分别为多少？
例：用指针式万用表 的10V量程测量一只 1.5V干电池的电压， 示值如图所示，问： 选择该量程合理吗？
（m/s）、物位、液位h（m） m/s）、
机械量 （第4、5、6、7、10章） 10章
• 直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a
（ m/s2） 、转速n（r/min）、应变 ε （μm/m ）、力矩 m/s2） r/min）、 T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t） Nm）、 kg、
3、测量误差及分类
绝对误差：
Δ=Ax－Ａ0
(1-1)
某采购员分别在三家商店购买100kg大 米、10kg苹果、1kg巧克力，发现均缺少约 0.5kg，但该采购员对卖巧克力的商店意见 最大，是何原因？
相对误差及精度等级
几个重要公式： γ A = Δx / A × 100%
γ x = Δx / x × 100%
测量范围
x
实际总是用定度曲线的拟合直线的斜率作为该装置的灵敏 度。
Δy S= Δx
灵敏度的单位取决于输入、输出量的单位 Ⅰ 当输入输出量纲不同时，灵敏度是有量纲的 量； Ⅱ 当输入输出量纲相同时，灵敏度是无量纲的 量。此时的灵敏度也称为“放大倍数”或“放大比”。
例 位移传感器，位移变化1mm时，输出电压变化为 300mV，求系统的灵敏度。
几何量（第10章） 10章
• 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬
第2章测试系统的静态特性与数据处理
信号与测试技术
24
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 二、量程（Span） 测量范围的上限值与下限值之代数差，记为：xmax－ xmin
2011/3/21
信号与测试技术
25
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 三、静态灵敏度（Sensitivity） 测试系统被测量的单位变化量引起的输出变化量之 比，称为静态灵敏度。
– 函数及曲线
y = f ( x) = ∑ ai xi
i =0
n
y
ai 测试系统的标定系数， 反映了系统静态特性曲线的形态
x
y = a0 + a1 x a0零位输出， a1静态传递系数
2011/3/21
零位补偿
y = a1 x
信号与测试技术
10
2.2 测试系统的静态标定 1、静态标定的定义： • 在一定标准条件下，利用一定等级的标定设备对测试 系统进行多次往复测试的过程，以获取被测试系统的 静态特性。
2011/3/21 信号与测试技术
y ynj
(xi,ydij)
yij
(xi,yuij)
y2j y1j
x1 x2
xi
xn
x
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2.2 测试系统的静态标定 • 对上述数据进行处理，获得被测系统的静态特性：
1 m yi = yuij + ydij ) ( ∑ 2m j =1 i = 1, 2," , n
yFS
× 100% = max y i − yi , i = 1, 2,...n
( ΔyL )max = max Δyi ,L
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非线性度 non-linearity
yFS = B( xmax − xmin ) ——满量程输出，B参考直线的斜率
《测试技术》教学课件 2.1 测试系统静态响应特性
二,灵敏度
当测试装置的输入
x 有一增量 X
, 引起输出 y
定义为: 发生相应变化 Y 时,定义为:
Y S= X
y △y △x x
三,回程误差
也称迟滞. 也称迟滞.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 减小的测试过程中 , 个数值不同的输出量之间差值最大者为h 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: 回程误差为: (hmax/A)×100% /A)×100% y
一,线性度
衡量特性曲线与参考直线偏离程度的参数叫线性 度或直线性. 度或直线性.
max × 100%= 线形误差= =B/A×100% 线形误差= × Ymax Ymin
y
A B
x
线性度参考直线最常用的是最小二乘法回归直线法. 线性度参考直线最常用的是最小二乘法回归直线法. 最小二乘法回归直线法
∫
t 0
x (t ) dt = ∫ y (t ) dt
0
t
5)频率保持性 5)频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号, 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, 的稳态输出将为同一频率的谐波信号,即 若 则 x(t)=Acos(ωt+φx) y(t)=Bcos(ωt+φy)
y = a1 x + a 2 x + a 3 x +
2 3
通常,为了简化输出输入关系, 通常,为了简化输出输入关系,总是希望输入输出 之间为线性: 之间为线性:
y = ax
测试系统的静态特性就是在静态测量情况下描述实 际测试装置与理想定常线性系统的接近程度. 际测试装置与理想定常线性系统的接近程度.
测试系统的静态特性
2．灵敏度
灵敏度是测试系统对被测量变化的反应能力，是反映系统特性的一个
基本参数。当系统输入x有一个变化量 x，引起输出y也发生相应的变化 量 y ，则输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度，用S表示，即
S y x
在静态测量中，对于呈直线关系的线性系统，由公式得
S y b0 b x a0
在动态测量中，由于系统的频率特性影响，即使在适用的频率范围内， 系统的灵敏度也不相同。在实际工作中，常对适用频率范围内特性最为平 坦、具有代表性的频率点进行标定。
为了确定上述静态特性参数，通常用静态标准量作为输入，用实验 方法测出对应的输出量，这一过程称为静态标定。然后根据静态标定实 验数据求出拟合直线方程，并计算出各测得值与理论估计值（由拟合直 线方程计算得到）之间的偏差，由此即可求出静态特性参数值。
传感器与测试技术
精密度
精密度表示多次重复测量中，测量值彼此之间的重复性或分 散性大小的程度。它反映随机误差的大小，随机误差愈小，测量
测
值就愈密集，重复性愈好，精密度愈高。
试
正确度表示多次重复测量中，测量平均值与真值接近的程度。
系 统
正确度
它反映系统误差的大小，系统误差愈小，测量平均值就愈接近真
精
值，正确度愈高。
度
准确度
4．重复性
重复性表示输入量按同一 方向变化时，在全量程范围内 重复进行测量时所得到各特性 曲线的重复程度，如图所示。 一般采用输出最大不重复误差 Δ与满量程输出值A的百分比 来表示重复性，即
100%
A
y
A
O
x
重复性
重复性可反映测试系统的随机误差大小。
为了确保测量结果的准确可靠，要求测试系统的线性度好、灵敏度 高、滞后量和重复性误差小。实际上，线性度是一项综合性参数，滞后 量和重复性也都能反映在线性度上。因此，有关滞后量和重复性在动态 测量中的频率特性就不再作详细分析。
《传感器与检测技术》-题库分析
《传感器与检测技术》题库一、填空：1，测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2.霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3.热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。
在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。
4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
相反，某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生机械变形，这种现象称为负压电效应。
（2分）5. 变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量（①增加②减小③不变）6. 仪表的精度等级是用仪表的（① 相对误差 ② 绝对误差 ③ 引用误差）来表示的7 电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（① 变面积型 ② 变极距型 ③ 变介电常数型）外是线性的。
8、变面积式自感传感器，当衔铁移动使磁路中空气缝隙的面积增大时，铁心上线圈的电感量（①增大，②减小，③不变）。
9、在平行极板电容传感器的输入被测量与输出电容值之间的关系中，（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）是线性的关系。
10、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与原方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与副方线圈的匝数成（①正比，②反比，③不成比例），与回路中磁阻成（①正比，②反比，③不成比例）。
11、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
机械工程测试技术
同样，根据式（2.158），一个n阶系统的频率 响应函数H(jω)仿照式（2.164）也可视为是多个 一阶和二阶环节的并联（或串联）：
nr
r
H j
qi
2
j i i
i1 j pi
i 1
j 2 2 i ni
j
2 ni
2 xt
因此式（2.151）左边为零， 亦即
2 xt d 2 xt 0
dt 2
由此式（2.151）右边亦应为零，即
2 yt d 2 yt 0
dt 2
解此方程可得唯一的解为
y t y 0 e j t
其中φ为初相角。
(二)用传递函数或频率响应函数描 述系统的传递特性
1. 传递函数
第3章 测试系统特性分析
一、概述 二、测量误差 三、测试系统的静态特性 四、测试系统的动态特性 五、测试系统实现精确测量的条件 六、测试系统的负载效应
一、概述
• 信号与系统紧密相关。 • 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”后的信号进 行输出。 • 输出信号的质量必定差于输入信号的质量。
– 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。
• 产生的原因有：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。 • 如实验中因过失或错误引起的误差，实验之后的计算
误差等。
• 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。
2 xt 2 yt
其中，ω为某一已知频率。
测试装置的静态特性
测试装置的静态特性
抱负的静态量的测试装置，其输出应单调、线性比例于输入，输出对输入的微分是常数。
静态特性主要以灵敏度、非线性度和回程误差为表征。
灵敏度：灵敏度S是装置的静态特性的一个基本参数。
S=ΔY/ΔX，输出的变化量和输入的变化量之比。
非线性装置的灵敏度就是该装置特性曲线的斜率，线性装置的灵敏度为常量。
灵敏度不肯定有单位,没有单位时称”放大倍数”,电测仪器中电子元件参数的变化或机械部件尺寸和材料特性的变化引起的灵敏度的变化,称为”灵敏度漂移”。
一般,灵敏度越高,测量范围越窄、稳定性也越差。
线性度：定度曲线偏离其拟合直线的程度就是非，是二线的最大偏差B与全量程A的比值，即，线性误差=（B/A）·100%
回程误差：也称滞后或变差。
对于同一个输入量，所得到的两个数值不同的输出量之间的差值中的最大者，称为回程误差，或滞后量。
一般由滞后现象引起（磁滞、受力变形），也可能反映着仪器的不工作区（死区）（输入变化对输出无影响的范围）的存在。
稳定度与漂移：零漂表示测量装置在零输入状态下，输出值的漂移。
分为时间零漂和温度漂移。
重复性：在同一测试条件下，对测量装置重复加入同样大小的输入量所得到的输出量之间的差异。
稳定性：表示测量装置在一个长时间内保持其性能参数的力量，也就
是在规定的条件下，测量装置的输出特性随时间的推移而保持不变的力量
精度：表征测量装置的测量结果y与被测真值μ的全都程度。
量程：指测量装置允许测量的输入量的上、下极限值。
第2部分_测量系统的静态与动态特性
系统误差
在相同的测量条件下，多次测量同一物理量，误差不变或按 一定规律变化着，这样的误差称为系统误差。按误差的变化 规律可分为恒值误差和变值误差。变值误差又分为线性误差、 周期性误差和复杂规律变化的误差。
参考直线的选用方案
①端点连线 将静态特性曲线上的对应于测量范围 上、下限的两点的连线作为工作直线；
Y(t)
端点连 线
0
X(t)
②端点平移线 平行于端点连线，且与实际静态特性 （常取平均特性为准）的最大正偏差和最大负偏差的 绝对值相等的直线；
Y(t)
X(t)
③最小二乘直线 直线方程的形式为 yˆ a bx
②确定仪器或测量系统的静态特性指标； ③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度
测量系统的静态特性可以用一个多项式方程表示，即
y a0 a1x a2 x2
称为测量系统的静态数学模型
工作曲线：方程 y a0 a1x a2 x2 称之为工作曲线或
静态特性曲线。实际工作中，一般用标定过程中静态平均特 性曲线来描述。
第二部分 测试系统的静态与动 态特性
静态特性：被测量处于稳定状态或缓慢变化状态时，反映测试 系统的输出值和输入值之间关系的特性。
动态特性：反映测试系统对随时间变化的输入量的响应特性。
①测试系统的静态特性与误差分析 ②测试系统的主要静态性能指标及计算 ③测量系统的动态特性 ④测量系统的动态性能指标
2.1测试系统的静态特性与误差分析
一、误差的分类
按误差的表达形式可分为绝对误差和相对误差；按误差出现的 规律可分为系统误差、随机误差、粗大误差（过失误差）；按 误差产生的原因可分为原理误差、构造误差和使用误差
检测技术第二章测试系统特性
二 、线性系统的性质
●叠加性：x1(t),x2(t)引起的输出分别为 y1(t),y2(t)
如输入为 x1(t)x2(t)则输出为 y1(t)y2(t)
●比例特性（齐次性）:如 x ( t ) 引起的输出为 y ( t ) ，
则 a x ( t ) 引起的输出为a y ( t ) 。
●微分特性： d x ( t ) 引起的输出为 d y ( t )
H (s) Y (s) X (s)
dnyt
dn1yt
an dtn an1 dtn1
a1dydtta0yt
dmxt
dm1xt
bm dtm bm1 dtm1
b1dxdttb0xt
输入量
x(t)
((b ba am m n nS S S Sm m n n a a b bm m n n 1 11 1S SS Sn nm m 1 11 1
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。
1）基本功能特性
① 测量范围（工作范围）（Range）：系统实现不失真测量时 的最大输入信号范围。是指测试装置能正常测量最小输入 量和最大输入量之间的范围。
示值范围：显示装置上最大与最小示值的范围。 标称范围：仪器操纵器件调到特定位置时所得的
示值范围。
动态测量—— 被测量本身随时间变化，而测量系统又能 准确地跟随被测量的变化而变化
例：弹簧秤的力学模型
二、测试系统的动态响应特性
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x(t)、系统传输 特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。
x(t)
h(t)
y(t)
输入量
系统特性
输出
则线性系统的频响函数为：
第三章测试系统的基本特性
d 2 x(t) 2 x(t) 0
dt 2
相应的输出也应为
d 2 y(t) 2 y(t) 0
dt 2
于是输出y(t)的唯一的可能解只能是
y(t)
y e j( to ) o
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。
举例：如果系统输入是简谐信号，而输出却包含其它 频率成分，根据频率保持特性，则可以断定这些成分 是由外界干扰、系统内部噪声等其他因素所引起。 因此采用相应的滤波技术就可以把有用信息提取出来。
绝对误差：测量某量所得值与其真值（约 定真值）之差。
相对误差：绝对误差与约定真值之比。用 百分数表示。 相对误差越小，测量精度越高。
示值误差：测试装置的示值和被测量的真 值之间的误差。若不引起混淆，可简称为 测试装置的误差。
引用误差：装置示值绝对误差与装置量 程之比。 例如，测量上限为100克的电子秤，秤重 60克的标准重量时，其示值为60.2克， 则该测量点的引用误差为： （60.2-60）÷100=0.2%
..........
a）精密度
........ ......
...............
Hale Waihona Puke b）准确度 c）精确度✓ 精度等级：是用来表达该装置在符合一定的 计量要求情况下，其误差允许的极限范围。
工程上常采用引用误差作为判断精度等级的 尺度。以允许引用误差值作为精度级别的代号。
例如，0.2 级电压表表示该电压表允许的示 值误差不超过电压表量程的0.2%。
✓ 准确度：表示测量结果与被测量真值之 间的偏离程度，或表示测量结果中的系 统误差大小的程度。系统误差小，准确 度高。
✓ 精确度：测量结果的精密度与准确度的 综合反映。或者说，测量结果中系统误 差与随机误差的综合，表示测量结果与 真值的一致程度。
传感器与测试技术
第一批次作业一、填空题：1. 测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
2. 霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势大小。
3. 光电传感器的理论基础是光电效应。
通常把光线照射到物体表面后产生的光电效应分为三类。
第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表、光敏二极管及光敏三极管。
4.压磁式传感器的工作原理是：某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部产生机械压力，从而引起极化现象，这种现象称为正压电效应。
5. 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的_转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
6. 在变压器式传感器中，一次侧和二次侧互感M的大小与绕组匝数成正比，与穿过线圈的磁通成正比，与磁回路中_ 磁阻成反比。
7. 测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为绝对误差、_相对误差和_引用误差_三类，其中_绝对误差可以通过对多次测量结果求_平均__ 的方法来减小它对测量结果的影响。
8. 光电传感器的工作原理是基于物质的光电效应，目前所利用的光电效应大致有三大类：第一类是利用在光线作用下材料中电子溢出表面的现象，即外光电效应，光电管及光电倍增管_ 传感器属于这一类；第二类是利用在光线作用下_材料的电阻率发生改变的_现象，即内光电效应。
光敏电阻传感器属于这一类。
第三类是利用在光线作用下产生光势垒现象，即_光生伏特效应，光敏二极管及光敏三极管传感器属于这一类。
9. 偏差式测量是指_在测量过程中,用仪器表指针的位移(即偏差)来表示被测量的测量方法；零位测量是指测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量方法；10.电位器或电阻传感器按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。
【调节】汽轮机调节系统静态特性的测试实验报告
【关键字】调节实验三汽轮机调节系统静态特性的测试一、汽轮机调节系统的任务汽轮机是汽轮发电机组主要设备之一，由于电能是不能储存的，但又要必须保证随时适应电力用户的需要。
因此，汽轮机装有调节系统，以保证汽轮发电机组能根据用户的需要提供足够的、一定质量的电力。
二、对调速系统的要求1．调速系统应保证机组在额定转速下，稳定地在满负荷范围内运行。
而且当参数及周波在允许范围内变化时，也能在额定负荷至零负荷范围内运行，并保证汽轮发电机组顺利地并列和解列。
2. 为了保证机组稳定运行，由于迟滞或其它原因引起的自发性负荷变动应在允许范围内，以保证机组经济、安全运行。
3．当负荷变化时，调速系统应保证机组平稳地由一个工况过渡到另一个工况, 而不致发生大的摆动或长时间的摆动。
4. 当机组甩负荷到零时，调速系统应能保证不使危机保安器动作，即维持空负荷运转。
三、调速的基本原理当机组在某一负荷下稳定运行时，由于外界某处有一干扰力(负荷变化或参数变化),破坏了机组原来的平衡状态，汽轮机转速发生变化。
调速系统将及时接受这一变化信号(感应机构), 并及时通过传动、放大机构送到执行机构来改变机组的进汽量，使汽轮机的主力矩与发电机的反力矩达到一个新的平衡状态，来完成调节的任务。
其基本原理见“汽轮机原理”讲义不再重复。
四、调节系统静态特性的试验方法与步骤由于以上对调节系统的要求，所以对调节系统要求具备良好的静态特性，以掌握机组的调节性能。
对于新安装的机组和大修后的机组都要做静态特性试验，观察特性曲线是否变化，是否合乎设计要求。
1. 实验用的设备、仪器:（1）实验台系采用北京重型电机厂生产的AK-12-2 型汽轮机调节系统，它采用离心飞锤式调速器、迫转式泊动机、由凸轮轴带动四个调节汽门。
此系统为两级放大。
同步器为手摇式活动支点同步器，用改变支点的位置达到改变特性曲线。
（2）交流电动油泵：油泵为蜗杆式油泵，供调节用油。
电压：380V；功率：4.5KW 。
3-2 测试系统的特性-静态与动态特性1
0 -10 -20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t
10
5
(a)
mm
5 0 -5 -10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t
mm
0
-5
0
0.5
1
1.5 (b)
2
2.5
3
20
( )
mm mm
10 mm 0 -10
20 0 0 -20 -200 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 t
y
Y ( s ) bm s m bm 1 s m 1 b1 s b0 H ( s) X ( s) an s n an 1 s n1 a1 s a0
H(s)与输入及系统的初始状态无关，只表达测试 系统的传输特性。对于具体系统，H(s)不会因输 入变化而不同，但对于任一具体输入都能确定地 给出相应的、不同的输出。
Hale Waihona Puke 3.2 测试系统的静态特性
机械工程测试技术
3.2.4 回程误差
→ 也称迟滞，是描述测试系统 同输入变化方向有关的输出特性
测试系统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 y
回程 误差
hmax
原因： 磁性材料磁滞 弹性材料迟滞 机械结构的摩擦 、游隙 等 x
3.3 测试系统的动态特性
10 5 mm
mm 20 10 0 -10
机械工程测试技术
频 率 保 持 性 举 例
0 -5 -10 5 0 0.5 1 1.5 (a) 2 2.5 3
-20
0
0.5
1
《测试系统静态特性》课件
添加标题
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医疗设备性能测试：评估医疗设备 的性能指标
医疗设备可靠性测试：评估医疗设 备的可靠性和稳定性
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测试系统静态特性在航空航天领域的应用广泛， 包括飞行器设计、制造、测试和维护等环节。
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在飞行器设计阶段，测试系统静态特性可以帮 助设计师评估飞行器的性能和稳定性，优化设 计方案。
汽车安全系统测试：如安全 气囊、防抱死系统等
汽车电子系统测试：如发动机 控制单元、车载娱乐系统等
汽车动力系统测试：如燃油 系统、混合动力系统等
汽车舒适性系统测试：如空 调系统、座椅加热系统等
医疗设备测试：确保医疗设备的安 全性和有效性
医疗设备兼容性测试：验证医疗设 备与其他设备的兼容性
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在制造阶段，测试系统静态特性可以帮助制造 商检测飞行器的质量，确保产品的可靠性和安 全性。
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在测试阶段，测试系统静态特性可以帮助测试 人员评估飞行器的性能和稳定性，及时发现和 解决问题。
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在维护阶段，测试系统静态特性可以帮助维护 人员检测飞行器的状态，及时发现和解决问题， 确保飞行器的安全性和可靠性。
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测试方法的选择和实施
明确测试目标：确定测试系 统的性能指标和测试要求
选择合适的测试工具：根据 测试需求选择合适的测试工 具和设备
设计测试方案：制定详细的 测试计划和测试步骤
优化测试环境：确保测试环 境的稳定性和可靠性
提高测试效率：优化测试流 程，减少测试时间，提高测行评估和分析，不断 优化测试系统设计
温度：影响测试系统 的稳定性和准确性
湿度：影响测试系统 的灵敏度和可靠性
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系统静态特性
精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事来自系统概述系统概述
系统概述
• 已知测量系统特性，输出可测，求输入； • 已知测量系统特性和输入，推断输出； • 由已知或观测系统的输入、输出，推断系统特性。
系统概述
系统概述
系统概述
系统概述
系统概述
的输出
的输出
系统概述
若输出信号中出现与输入信号频率不同的分量，说明系 统中存在非线性环节（噪声等干扰）或者超出了系统的线性 工作范围，应采用滤波等方法进行处理。
乘拟合等。相应的有理论线性度、
ΔLmax
端点连线线性度、最小二乘线性
度等。实际中常用最小二乘拟合
O
x
直线。
静态特性的质量指标
（4）准确度（精度）：表征测试系统的测量结果与被测量 真值的符合程度，反映了系统误差和随机误差对测试系统的 综合影响。
a) 用测量误差表示：规定了精度等级指数α的产品，α
值越小，精度越高。精度等级由最大引用误差确定，最大 引用误差是绝对误差最大绝对值与满量程之比：
S yx输 输 出 入 量 量 的 的 变 变 化 化 量 量
aS
S(T2)S(T1)100% S(T1)T
静态特性的质量指标
（6）可靠性：装置在规定时期内，及在保持其运行指标 不超限的情况下执行其功能的性能。包括：
a) 平均无故障时间（Mean Time Between Failure, MTBF）： 表示相邻两次故障间隔时间的平均值
环境影响——环境温度、湿度、大气压、电源电压、振 动等外界因素变化对测量系统或仪器示值的影响。
静态特性的质量指标
如温度系数（温漂） a）零点温度系数：在工作温度范围内，环境温度
每变化1℃时，引起的零点输出变化与额定输出的百分 比，称为零点温度系数。
a0
y0 T yFS
100%
b）灵敏度温度系数：当温度升高时，系统的灵敏 度变化，温度每升高1℃，灵敏度系数变化的百分比， 称为灵敏度温度系数。
y
值，是指系统能够承受
A
的最大输出值与最小输
出值之差。如图中yFS所 示。
（2）零点（零位）
a0
0
y0 a0
y1FS
y2FS
x xFS
静态特性的基本参数
（3）灵敏度：传感器输出变化量与输入变化量之比为 静态灵敏度，其表达式为
S
y x
输出量的变化量 输入量的变化量
静态特性的基本参数
静态特性的基本参数
静态特性的质量指标
静态特性的质量指标
量程选择应使测量值尽可能接近仪表的满刻度值，并尽 量避免让测量仪表在小于1/3量程范围内工作。
静态特性的质量指标
（5）稳定性和环境影响 稳定性——在规定工作条件范围内和规定时间内，保持 输入信号不变时，系统或仪器性能保持不变的能力。通 常用测试系统示值的变化量与时间之比来表示。如一测 试仪器输出电压在8小时内的变化量为1.3mV，则系统的 稳定度为1.3mV/8h；
（4）分辨率：指传感器能够检测到的最小输入增量。对于 输出为数字量的传感器，分辨率可以定义为一个量化单位 或二分之一个量化单位所对应的输入增量，如图所示。使 传感器产生输出变化的最小输入值称为传感器的阈值。
Da
111
110
101
100
011
010
001
Ui
000 01234567
Da
111
110
101
100
011
010
001
Ui
000 01234567
静态特性的质量指标
（1）重复性（同向行程差/量程）
y
yFS
R
|
Rmax yFS
|100%
ΔRmax1
衡量测量结果分散性的 指标，即随机误差大小的指 标。
O
ΔRmax2
xFS x
静态特性的质量指标
（2） 迟滞（正返程差/量程）
y
yFS
H
|
Hmax yFS
|100%
原因：磁滞、弹性滞后、
间隙、材料变形等。
o
ΔHmax
xFS x
静态特性的质量指标
（3）线性度：指系统标准输入输出特性与拟合直线的不一致 程度，也称非线性误差，用标准特性曲线与拟合直线之间的 最大偏差相对满量程的百分比表示
L
|
Lmax yFS
|
100%
y
常用的直线拟合方法有：理
论拟合、端点连线拟合、最小二 yFS
ytb0xtSxt or ySx
a0
实际测试系统并非理想线性关系，静态特性为：
yS0S1xS2x2L
在标准工作条件下，由高精度输入量发生器提供输入 量xj，用高精度测量仪器测定输出量yj，从而获得系统静态 特性。 yj 称为刻度值、校准值或标定值。
静态特性的获得
静态特性的基本参数
（1）量程：又称满度
A= MTBF MTBF+MTTR
系统静态特性
作业
压差
I
压差变送器
U
S1
RL
压差变送器如图所示，其量程为12.5mm H2O柱，输出电 流为（4～20）mA。试求：
1）灵敏度；
2）当被测压差变化ΔP=0.1mm H2O柱时，输出电流ΔI的值；
表示。系统总误差/量程 =（非线性误差+迟滞误差 + 重复误差）/量程
A L y F S H y F y S F S R y F SL H R
c）用不确定度表示： 测量不确定度即在规定的条件下测试系统或装置测
量所得结果不确定的程度，是测量误差极限估计值的评 价。不确定度越小，测量结果可信度越高，即精度越高。
nmax
max yFS
100%
静态特性的质量指标
电工仪表的精度等级指数α分为0.1，0.2，0.5，1.0， 1.5，2.5，5.0，表示这些仪表的最大引用误差不能超过α
的百分数，即
nmax %
则电工仪表使用时产生的最大可能误差为：
m axyF S%
静态特性的质量指标
b）精度简化表示： 系统总精度A由系统总误差与满度值之比的百分数
b) 可信任概率P：表示在给定时间内误差保持在规定限度内的 概率。概率P越大，系统可靠性越高，但是会增加成本。P的最佳值 为0.8～0.9。
c) 故障率或失效率（1/MTBF）：平均无故障时间的倒数。 d) 有效度或可用度A：用MTTR代表平均修复时间(Mean Time to Repair)，若修复时间长，则有效使用时间短，A表示为
系统概述
系统概述
系统静态特性
输入信号不随时间变化或随时间变化缓慢以至于可以 忽略时，测试系统输入与输出之间呈现的关系就是系统的 静态特性。
▪ 静态特性的获得 ▪ 静态特性的基本参数 ▪ 静态特性的质量指标
静态特性的获得
静态特性——测量系统输入与输出对时间的各阶导数 为零，二者之间呈现的关系：