测试系统性能分析

概 述
——
1、为了使系统尽可能在准确、真实地反映被 测物理量方面做得更好。 2、为了对现有测试系统的优劣提供客观评价。
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测 试
1
定义
系
统
如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则
的
称为静态测量。
静 态
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。
常数。在这种情况下，仪器的灵敏度量就等于特性曲线的斜率，如图
3-2(a)所示，即：
S y y x x
(3-2)
——
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
测
当特性曲线无线性关系时，如图3-2(b)所示，灵敏度的
试 系
表达式为：
S lim y dy
统
x0 x dx
(3-3)
的
静
态
特
性
图3-2 静态灵敏度的确定
平均），一般都以平均特性曲线作为测试系统的静态特性曲线。
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测 • 3.2.2 静态特性指标
试
系
1
灵敏度
统 的 静
灵敏度S是仪器在静态条件下响应量的变化Δy和与之相对应 的输入量变化Δx的比值。
态
特
（1）绝对灵敏度
性
理想的静态量测试系统应具有单调、线性的输入输出特性，其斜率为
特
性 2 常用的测试系统静态特性参数
有灵敏度、量程、测量范围、线性度、准确度、分辨 率与重复性，还有漂移、死区和迟滞等。
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测 • 3.2.1 静态标定
试
系
1
标定
统 的
为了使测试结果具有普遍的科学意义，测试系统必须是经过检
静
验的。使用已知的标准校正测试系统的过程称为标定。
节
——
测
3
标定的作用
试
系
统
的
① 确定测试系统的输入-输出关系，赋予测试
静
系统分度值；
态
② 确定测试系统的静态特性指标；
特
③ 消除系统误差，改善测试系统的正确度。
性
4
静态标定
标定时输入到测试系统中的已知量是静态量 ，则称为静态标定。
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测 试
5 测试系统的静态特性
系
统
H
Hmax YFS
100％
(3-5) 为最大偏差。
L
YFS
Lmax
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测
试
系
统
由式(3-5)可知， L越小，
的 系统的线性越好。
静
态
实际工作中经常会遇到
特 非线性较为严重的系统，
性
此时，可以采取限制测
量范围。采用非线性拟
合或非线性放大器等措
施来提高系统的线性度。
图3-3 线性度示意图
第 二
测试系统的静态特性可以用一个多项式方程表示为：
的 静
y a0 a1x a2x2
(3-1)
态
特
式(3-1)称为测试系统的静态数学模型。
性
静态特性也可用一条曲线来表示，该曲线称为测试系统的
静态特性曲线。
从标定过程可知，测试系统的静态特性曲线可相应地分为正行程特性 曲线、反行程特性曲线和平均特性曲线（正行程、反行程特性曲线之
（3）有害灵敏度
统
的
静 态 特 性
测试系统除了对被测量敏感之外，还可能对各种干扰量有反应， 从而影响测试精度。这种对干扰量敏感的灵敏度称为有害灵敏 度。
在设计测试系统时，应尽可能地将有害灵敏度降到最低 限度。
——
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
测
2
量程及测量范围
试
系
测试系统能测量的最小输入量（下限）至最大输入量（上限）之间
第三章：测试系统性能分析
节
——
测
4
试
迟滞
系 统 的
迟滞也称滞后量、滞后或回程误差，表征测试系统在全量程测量范 围内，当输入量由小到大（正行程）或由大到小（反行程）时，静
静
态特性不一致的程度，如图3-4所示。
态 特 性
表示：
迟滞误差用各校准级中的最大迟滞偏差 Hmax与满量程理想
输出值 YFS 之比的百分率表示，即：
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测
试
（2）相对灵敏度
系
统
的
定义：相对灵敏度表示测试系统的输出变化量相对于被测输入
静
量相对变化量的变化率。
态
特
性 相对灵敏度Sr的定义为：
Sr
y x / x
(3-4)
式中，y 为输出量的变化；x / x为输入量的相对变化。
——
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
测
试 系
态
特 性
2
标定过程
对测试系统进行标定时，一般应在全量程范围内均匀地选取5个 或5个以上的标定点（包括零点）。从零点开始，由低至高逐次 输入预定的标定值称为标定的正行程，然后再由高至低依次输入 预定的标定值直至返回零点称为反行程，并按要求将以上操作重 复若干次，记录下相应的响应-激励关系。
第 二
第三章：测试系统性能分析
第 二
第三章：测试系统性能分析
节
——
测
3
试
线性度
系
统 的 静
线性度是指测试系统的实际输入输出特性曲线对理想线性输入 输出特性的接近或偏离程度。
态
特 表示： 性 线性度用实际输入输出特性曲线对理想线性输入输出特性曲
线的最大偏差量与满量程的百分比来表示，如图3-3所示，即：
式中， 表示线性L度；YLFmS为ax 量1程00；％
第三章：测试系统性能分析
概述
测试系统的静态特性 测试系统的动态特性 测试系统动态参数的测定 实现不失真测试的条件 测试系统的负载效应 测试系统的抗干扰
——
Βιβλιοθήκη Baidu第三章：测试系统性能分析
第 一 节
1 测试系统的组成
概 述
对被测的物理量进行传感、转换与处理、传送、显示、 记录以及存储的装置和仪器组成了所谓的测试系统。
第三章：测试系统性能分析
——
第
一
节
3 静态测试与动态测试
概
静态测试
动态测试
述
测试系统特性用 代数方程就可以 描述。
测试系统的输入量和输 出量都是随时间的变化 而变化的，反映输入与 输出信号之间关系的数 学模型，需要用输入、 输出信号对时间的微分
方程式表达。
第三章：测试系统性能分析
第
一
节
4 研究系统特性的目的
第三章：测试系统性能分析
第
一
节
2 测试系统输入与输出的关系
——
概 述
x(t)
输入量
h(t)
系统特性
图3-1 测试系统框图
三者之间一般具有如下几种关系：
y(t)
输出
1 已知输入量和系统传递特性，可求出系统的输出量
2 已知系统的传递特性和输出量，可推知系统的输入量
3 已知系统的输入和输出量，可知道系统的传递特性
统
1 的范围称为量程。
的
静
态
2 测量上限值与下限值的代数差称为测量范围。
特
性
有效量程或工作量程是指被测量的某个数值范围，在此范围
3 内测量仪器所测得的数值，其误差均不会超过规定值。
4
可调范围通常用有效量程的高端和低端的相互关系来表示。 例如有效范围为（20％～85％）RH，则可调范围为4.25∶1
。