《机械工程测试与控制技术》课件 第14课 第七章 测试系统的基本特性.pptx

机械工程测试与控制技术;第七章测试系统的基本特性;7.1测试系统及其主要性质

7.2测试系统的静态特性

7.3测试系统的动态特性

7.4滤波器

;1测试系统

完成测试任务的传感器、仪器和设备的总称。

广义测试系统是指测试系统组成部分中任一个环节。;本章研究对象

具有明确输入输出的一个环节/单元/模块等

独立单元?能完成部分测试任务，具有明确输入输出的单元

黑盒子:只关注测试系统的输入与输出间的数学关系

输入：系统激励x(t)

输出：系统对输入的反映，也称为系统响应y(t);;3）动圈式仪表的振子系统

系统的输入为被测电流i(t)，输出为转子的偏转角度θ(t)

4）弹簧质量阻尼系统

输入力F(t)和输出位移y(t)

;系统特性

测试系统?黑盒子?物理模块

只关注测试系统的输入输出间的关系

测试系统特性：输出对输入的反映能力

静态特性

输入：x不随时间变化

输出：y反映测试系统静态响应

动态特性

输入：随时间变化x（t）

输出：反映测试系统的动态能力y（t）;7.1测试系统及其主要性质

7.2测试系统的静态特性

7.3测试系统的动态特性

7.4滤波器;静态特性的基本参数

测量范围：正常工作条件下，测试系统能够测量的输入量范围。

通常以测量范围的下限值Al和上限值Ah来表示

例如：测温仪测量范围-50℃～+150℃、±100℃

在测量范围内，测试系统的性能有保证

量程（满度值F.S）：测试系统能承受最大输入量的能力

测量范围上限值与下限值的代数之差

例如：测温仪的量程200℃

过载能力：承受超过量程而不损坏的能力

例如：过载能力≤150%F.S;静态特性的基本参数

精度（测量误差）

真值

在一定条件下，被测量的真实值

客观存在、不可测量的、可不断逼近

约定真值

特定的、有时是约定所取得值，用法律形式指定

高一级测量仪器所得的和修正的测量平均值

误差可以忽略

;静态特性的基本参数

精度（测量误差）

绝对误差

评价相同被测量测量精度高低

绝对误差可正可负

绝对误差有明确量纲：1mm、0.1mm、0.05℃、和被测量值有关

相对误差/示值相对误差

评价不同被测量测量精度高低

真值相对误差

没有量纲，用来评价测量结果：0.1%、和被测量值无关;静态特性的基本参数

精度（测量误差）

引用误差

绝对误差与测量仪器量程A之比

不能全面反映测量仪器的准确度

——测量不同量时的绝对误差δ有大有小

最大引用误差

取用仪器测量中的最大绝对误差δmax

评价测量设备的准确度等级——最为严格的指标

;静态特性的基本参数

精度（测量误差）

最大引用误差

国家标准GB776－76规定测量仪器准确度等级指数α为：

0.1,0.2,0.5,1.0，1.5,2.5,5.0——工业等级

仪器的最大引用误差不能超过仪器准确度指数的百分数

实际使用中，仪器的最大可能误差为

量程A的选择和测量值x关系：量程和被测量相差越小越好——2/3;静态特性的基本参数

精度（测量误差）

例：某1.0级电压表，量程为500V，当测量值分别为500V、150V时,求出测量值的最大绝对误差和相对误差.

最大绝对误差:

最大相对误差：;静态特性的基本参数

多级测试系统的精度

多个测量仪器组成的测试系统

精度主要取决于精度最低的仪器

不等精度测量时，前面环节的精度应高于后面环节

;静态特性的基本参数

灵敏度：测试系统对输入量变化反应的能力

输入x有一个变化量?x，它引起系统输出y发生相应的变化量?y，则定义灵敏度

对于理想的定常线性系统，灵敏度为

非线性:分段拟合直线的斜率

对应不同的输入范围

（量程选择不当，引入误差）;静态特性的基本参数

灵敏度：测试系统对输入量变化的反应能力

灵敏度的量纲

输出量纲/输入量纲

如：V/mm，V/℃，mV/℃，mV/g

输出量纲为电量单位，如V、mV、mA

输入量纲为非电量单位，如mm、℃、g、Pa

无量纲灵敏度，则为放大倍数

如：放大器、隔离器等10、100倍;静态特性的基本参数

多级测试系统的灵敏度

多个相互独立单元组成的测试系统

灵敏度越高越敏感，稳定性越差，测量范围越窄;20;21;静态特性的基本参数

非线性度：线性度

拟合直线的确定

最小二乘法线性度

设拟合直线方程通式

利用最小二乘法，可求得b和S

(剩余误差的平方和为最小)

曲线数据：{xi}、{yi}

i＝1，2，3，...，n

引用误差小、有零点/不灵