机械工程测试技术ppt

测试系统为线性系统
线性系统及其主要性质
叠加原理 比例特性
微分特性
积分特性 频率保持性
测试装置的静态特性
线性度
灵敏度
回程误差
输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度
S y x
当灵敏度为定值就是线性系统
串联环节
n
S Si i 1
测试装置的动态特性
传递函数
H (s) Y(S) X (S)
输出的拉氏变换与输入拉氏变换之比为系统传递函数H（S）
电阻、电容、与电感式传感器
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器分为金属电阻应变片式与半导体应变片式两类 .
工作原理 优点
缺点
金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于： 前者利用导体形变引起的电阻的变化，后者利用半 导体电阻率变化引起的电阻的变化。
电容式传感器
电容式传感器可以分成三种类型：极距变化型（变 δ）、面积变化型（变A）和介质变化型（变ε）。
信息 信号
• 信息的定义：事物运动的状态和方式 • 信息的基本性质 1．可识别 通过各种探测与检测手段识别 2．可以转换 可从一种形态转换成另一种形态
如：语言、文字、图象、图表，电信号，电压电流 3．可以存贮
如：计算机，内外存贮器，磁盘，光盘，录音带 4．可以传输
如：电视，电话，手机
信号：传输信息的载体 信息蕴变磁阻式)和互感型两大类
工作原理
优点
缺点
差动变气隙型：提高灵敏度，改善非线性
磁电、压电与热电式传感器
磁电式传感器
被测量
电量
它把被测物理量的变化转变为感应电动势。
RC
Z0
CC e~
RL uL
d或 dt
放大器
输出 检波
传感器 电缆
压电式传感器
利用某些物质的压电效应将被测量转换为电量的一种传感器。
2.准确度：表示示值均值的准确程度，表现为均值与真 值的相差程度，反映了系统误差的大小和程度。准确度愈低 则系统误差愈大。
3.精确度（精度）：表示精密度和准确度的综合程度。 反映了随机误差和系统误差合成的大小和程度。
第一章 信号及其描述
信号的分类 确定性信号和非确定性信号 （随机信号） 确定性信号 能用明确的数学关系式或图象表
测试技术课程总复习
绪论
测试的基本概念
• 测量： 是指确定被测对象属性量值为目的 的全部操作。
• 试验： 对未知事物探索性的认识过程 • 测试： 是具有试验性质的测量，或者可以
理解为测量和试验的综合。
•测试技术研究的主要内容为：被测量的测 量原理、测量方法、 测量系统以及数据处 理 四个方面。
• 测试系统是指由相关的器件、仪器和测试 装置有机组合而成的具有获取某种信息之 功能的整体。
A A0 常数 t0
第三章 常用传感器与敏感元件
传感器是将被测物理量按一事实上规律转 换为与其对应的另一种物理量输出的装置
常用的是将非电量转换成电量
(1) 传感器是测量装置,能完成检测任务; (2) 它的输入量是某一被测量; (3) 它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、 转换、处理、显示等,主要是电量; （4）输出与输入有一定的对应关系;
工作原理
优点
缺点
测量电路
极距变化型改善非线性 电桥型电路 运算放大器电路
电容传感器主要优点
(1) 输人能量小而灵敏度高。 (2)电参量相对变化大。 (3) 动态特性好。 (4) 能量损耗小。 (5)结构简单，适应性好。 （6）可进行动态非接触式测量。
主要缺点: （1）非线性 （2）电缆分布电容影响大。
压电式传感器输出电信号很微弱，通常应把传感器信号先输入 到高输入阻抗的前置放大器中，经过阻抗变换后，方可输入到 后续显示仪表中。前置放大器有电压放大器和电荷放大器。
电压灵敏度与电 缆电容Cc有关，当改变电缆长度或布 线方法时，电压灵敏度都会改变，从而导致测量误差。
2、二阶系统
H s
s2
n 2 2 n s
n2
动态参数有两个：ξ－阻尼比；ωn —固有频率。
当：
ξ>1过阻尼 无振荡 ξ＝1临界阻尼 0<ξ<1欠阻尼 阻尼振荡 ξ＝0无阻尼 等幅振荡
对于二阶系统一般ξ=0.6～0.8时，可以获得较为合适的综 合特性。所以ξ=0.7，ω=0～0.58ωn
实现不失真测量的条件
测量误差的分类
系统误差 测量系统本身所有的误差 随机误差 不可预知变化的误差 粗大误差 由读数，操作，记录，计算机失
误引起，或设备突然故障，粗大误处理方 法易除。
精度、精密度、及准确度
1.精密度：表示示值的分散程度，表现为示值在平均值 左右波动，反应了随机误差的大小和程度，精密度高则随机 误差小。
基波频率是诸分量频率的公约数。 3 收敛性 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅
值或相位角。工程中常见的周期信号，其 谐波幅值的总趋势是随谐拨次数的增高而 减少的。
非周期信号与连续频谱 时域 相互转换数学工具 频域
非周期信号 傅里叶变换
连续频谱
非周期信号 傅里叶逆变换
连续频谱
第二章 测试装置的基本特性
频率响应函数
幅频特性
相频特性
环节的串联和并联
对n个环节串联组成的系统
n
H (s) Hi(s) i 1
n
由n个环节并联组成的系统，有 H (s) Hi (s) i 1
一阶、二阶系统的特性
1、一阶系统
A 1
H
j
1 j 1
1 2
arctan
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ωmax≤0.2ωc 。
• 时域描述和频域描述为从不同的角度观察、 分析信号提供了方便。运用傅里叶级数、 傅里叶变换及其反变换，可以方便地实现 信号的时、频域转换。
时域 相互转换数学工具 频域
周期信号 → 傅里叶级数 → 离散频谱 周期信号 ← 傅里叶积分 ← 离散频谱 周期信号频谱的三大特点 1 离散性 周期信号的频谱是离散的。 2 谐波性 每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，
达的信号称为确定性信号。
非确定性信号(随机信号)是无法用明确的数学 关系式表达的信号。
信号的时域和频域描述
• 时域描述以时间t为独立变量的，直接观测
或记录到的信号。信号时域描述直观地出
信号瞬时值随时间变化的情况。
• 频域描述信号以频率f为独立变量的，称为
信号的。频域描述则反映信号的频率组成 及其幅值、相角之大小。