测试装置的基本特性教案优秀课件

100 %
( L ) max max iL
iL i i
iL : 输出值与理想直线的最大偏差值
FS : 理论满量程输出值
理想直线：一般不存在或很难获得准确结果
利用测量数据，通过计算获得
拟合直线
获取拟合直线方法：
(a) 端点连线法： 算法： 检测系统输入输出曲线的两端点连线 y 特点： 简单、方便，偏差大，与测量值有关
1、静态特性： ——常量/缓慢变化的输入情况下的输出特性。
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。
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
• 线性度 • 灵敏度、分辨力 • 回程误差 • 零点漂移和灵敏度漂移
4.2.1线 性 度
特点：精度高
4.2.2灵敏度、分辨力1
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
s lim y dy x0 x dx
对于理想的定常线性系统，灵敏度应当是
S
y x
y x
b0 a0
常数
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度。
• 静态特性 • 动态特性 • 负载特性 • 抗干扰性
测试系统的性质
在静态测量中，定常线性系统的输入-输出微分Hale Waihona Puke Baidu程 式变成
理想的定常线性系统，其输出将是输入的单调、 线性比例函数，其中斜率 S 是灵敏度，应是常数。
实际的测量装置并非理想的定常线性系统，其微 分方程式的系数并非常数。通常会是
§4.2 测试系统的静态特性
测试装置的基本特性教案
主要内容
• 概述 • 测试装置的静态特性 • 测试装置的动态特性 • 测试装置对任意输入的响应 • 实现不失真测试的条件 • 测试装置动态特性的测量
§4.1 概 述
随着测试目的和要求的不同，测试装 置的组成、复杂程度有很大差别。
测试系统是执行测试任务的各种装置 和仪器的总称。
• 定义：指测量装置输出、输入之间的关系与理想比例 关系的偏离程度；即校准曲线接近拟合直线的程度。
A为装置的标 称输出范围
B为校准曲线 与拟合直线的 最大偏差
• 线性误差=B/A*100%
静态校准
• 拟合直线（独立直线、端基直线）
4.2.1线 性 度
表达: 相对误差
L
( L ) max FS
恒定不变的能力。
2、分辨率 --- 是相对数值：
能检测的最小被测量的 变换量相对于 满量程的 百分数，如： 0.1%,
0.02%
4.2.3回 程 误 差
理想装置的输出、输入有完全单调的一一对应的关系。
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 于同一输入量所得到的两个输出量 却往往存在着差值。
检测系统构成
信息获取
转换
（信号检出部分） （信号变换部分）
显示和处理
（分析处理部分、 通信接口及总线）
对测试装置的基本要求1
工程测试问题有三类： 1）如果x(t)、y(t)可以观察(已知)，则可推断h(t)。 2）如果h(t)已知，y(t)可测，则可推断x(t)。 3）如果x(t)和h(t)已知，则可推断和估计y(t)。
对测试装置的基本要求2
• 研究对象+测试装置作为一个系统
– 举例说明
• 研究对象是测试装置本身----测试装置的定度 （标度）问题
• 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入输出关系；输出与输入成线性关系为最佳。
• 实际的测试装置只能在较小的范围和一定的 误差允许范围内满足线性要求。
线性系统及其主要性质
• 符合叠加原理（很重要）
–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。
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。
时不变线性系统的主要性质2
• 比例特性—又称“均匀性”
– 对于任意常数 a ，必有
• 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
• 时不变线性系统/定常线性系统
– 系统的输入与输出的关系可用常系数线性 微分方程来描述的系统。
严格的说，很多物理系统是时变的（因为不稳定 因素的存在），但在工程上常可以以足够的精确 度认为大多数常见物理系统是时不变系统。 返回传
递函数
时不变线性系统的主要性质1
•以x(t)→ y(t)表示系统的输入、输出的对应关系
注意：灵敏度有量纲，其单位取决于输入、输出量 的单位。
通常，把引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的
最小输入量（被测量）变化值称为分辨力。
通常表示为它与可能输入范围之比的百分数。
它用来描述装置对输入微小变化的响应能力。 说明：
1、分辨力 --- 是绝对数值，如 0.01mm，0.1g，10ms，……
(b) 最小二乘法：
Δ
x
算法：计算：有n个测量数据: (x1,y1), (x2,y2), … , (xn,yn)， (n>2) 残差：i = yi – (a + b xi) 残差平方和最小：2i=min
bnnxixyii2(
xi yi xi)2
a
xi2 yi xi xiyi n xi2( xi)2
时不变线性系统的主要性质3
• 积分特性
–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
• 频率保持性（很重要）
–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
应用：利用此性质判断噪声，进而利用相应的 滤波技术，提取有用的信息
测试系统的性质
1( m
m j
uijdij)
4.2.4 重复性
• 重复性：外界条件不变的情况下，对同一被 测量多次重复测量时，每一次的输出值都不 一样，是随机的。
• 重复性反应的是测量值之间的分散性 ——精
密度，属于随机误差。可根据标准偏差来计
算。
H
t FS
100%
零点漂移和灵敏度漂移
稳定度是指测量装置在规定条件下保持其测量特性
把在全测量范围内，最大的差值
称为回程误差或滞后误差。
回程误差：正向（输入量增大）和反向（输入量减小） 行程期间，检测装置输入—输出曲线的不重合程度。 产生原因：滞后现象的后果、装置死区的存在
4.2.3回 程 误 差
算法：正反行程输出值的最 大偏差除以满量程输 出
H
maxiH10
FS
0%
iH ui di