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1、第二章、测试系统特性,工程测试技术基础,本章学习要求：,1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法,第二章、测试系统特性,测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。,2.1 测试系统概念,第二章、测试系统特性,复杂测试系统(轴承缺陷检测),加速度计 带通滤波器 包络检波器,第二章、测试系统特性,不失真测量：,3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测),系统分析中的三类问题：,1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。(系统辨识),2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
2、的输入量。 (反求),第二章、测试系统特性,测试系统基本要求,2.1 测试系统概论,理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。,2.1 测试系统概论,LTI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：,线性系统(时域描述),一般在工程中使用的测试装置都是线性系统。,2.1 测试系统概论,线性系统性质：,a)叠加性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即 若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 则 x1(t)x2(t) y1(t
3、)y2(t),b)比例性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即: 若 x(t) y(t) 则 kx(t) ky(t) (k为常数）,2.1 测试系统概论,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),d)积分性 当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即 若 x(t) y(t) 则 x(t)dt y(t)dt,2.1 测试系统概论,e)频率保持性 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，即 若 x(t)=Acos(t+x) 则 y(t)=Bcos(t+y),线性系
4、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。,2.2 测试系统静态响应特性,第二章、测试系统特性,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。,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）。,第三章、测试系统特性,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测试系统给出的测量值 、n被测量的真值、额定真值 x、xn测量平均值、量程,我国测试
5、仪器的精度等级多用引用误差的百倍数表示，即a100n 。,选用测量系统时，应在合理选用量程的条件下再选合适的精度等级，一般应尽量避免在全量程的1/3以下范围内工作。,例：若现有两个电压表，其中一个为150V量程的1.5级电压表，另一个为15V的2.5级电压表，问用这两个电压表测量一个10V左右的电压，哪块表测量结果的绝对误差大？,1：1501.52.25（V) 表头示值：102.25 （V) 2: 15 2.50.375（V) 表头示值：100.375 （V),表1的测量误差大约是表2的测量误差的7倍。,b)灵敏度 灵敏度是测试系统对被测量变化的反应能力。 当测试装置的输入x有一增量x,引起输
6、出y发生相应变化y时,定义: S=y/x,2.2 测试系统静态响应特性,c)线性度 在静态测量中，通常用实验的方法求取系统的输出与输入关系曲线，称为标定曲线。 标定曲线与拟合直线的偏离程度就是线性度。 线性度用标定曲线与拟合直线的最大偏差B与满量程输出值A的百分比表示， 即B/A100%,3.2 测试系统静态响应特性,d)回程误差 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/A)100%,回程误差包括一般的滞后现象和仪器的死区。 磁性材料的磁滞回线，压电材料及弹性材料的迟滞现象都将产生滞后
7、现象。 死区则是输入变化对输出无影响的范围，如机械设备中的摩擦力和游隙都是存在死区的主要原因。,3.2 测试系统静态响应特性,d)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。一般采用输出最大不重复误差与满量程输出值的百分比来表示重复性，即 : (/A)100%,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。 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。,d) 静态响应特性的其他描述,2.
8、2 测试系统静态响应特性,分辨率：是分辨力与整个测量范围的百分比。表明测试装置的相对分辨能力,灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量 起始点不灵敏的程度。,分辨力：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。,测量范围（量程）：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。,2.2 测试系统静态响应特性,可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。,稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。,2.2 测试系统静态响应特性,案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量,灵敏度=y/x,线性度=B/A100%,回程误差=(hmax/A)100%,测量范围：,