测试系统的基本特性PPT格式课件下载.ppt

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系统输入：

系统激励激励xx输出：

系统对输入的反映，也称为系统输出：

系统对输入的反映，也称为系统响应响应yy输入输入x输出输出y1、测量系统的数学描述、测量系统的数学描述描述对象：

独立功能单元独立功能单元/模块模块工程测试中需要解决的三个方面的实际问题工程测试中需要解决的三个方面的实际问题n系统辨识系统辨识:

已知系统的输入和输出量，求系统的传递特性已知系统的输入和输出量，求系统的传递特性n响应预测响应预测:

已知系统的输入量和传递特性，求系统的输出量已知系统的输入量和传递特性，求系统的输出量n载荷识别载荷识别:

已知系统的传递特性和输出量，推知系统的输入量已知系统的传递特性和输出量，推知系统的输入量输入输入x（t）输出输出y（t）1、测量系统的数学描述、测量系统的数学描述一阶常系数线性微分方程一阶常系数线性微分方程一阶线性定常测量系统一阶线性定常测量系统n实例分析实例分析1弹簧阻尼系统弹簧阻尼系统输入力输入力x（t）、输出位移、输出位移y（t）的微分方程的微分方程液柱式温度计液柱式温度计输入温度输入温度x（t）和输出显示和输出显示y（t）的微分方程的微分方程X（t）y（t）1、测量系统的数学描述、测量系统的数学描述n实例分析实例分析2动圈式仪表的振子系统动圈式仪表的振子系统系统的输入为被测电流系统的输入为被测电流i（t），输出为转子的偏，输出为转子的偏转角度转角度（t）（t），根据系统的动力学特性可以建，根据系统的动力学特性可以建立以下运动微分方程：

立以下运动微分方程：

式中，式中，J为振子转动惯量；

为振子转动惯量；

C为阻尼系数；

为阻尼系数；

k为张紧弹簧扭转刚度；

为张紧弹簧扭转刚度；

kii为电磁转矩系数为电磁转矩系数弹簧质量阻尼系统弹簧质量阻尼系统输入力输入力F（t）和输出位移和输出位移y（t）的微分方程为的微分方程为式中，式中，m质量；

质量；

C阻尼系数；

阻尼系数；

K弹簧刚度弹簧刚度二阶常系数线性微分方程二阶常系数线性微分方程二阶线性定常测量系统二阶线性定常测量系统1、测量系统的数学描述、测量系统的数学描述分析总结分析总结p测量系统的数学描述：

利用测量系统的物理特性建立测测量系统的数学描述：

利用测量系统的物理特性建立测量系统的输入与输出之间数学关系，即输入输出之间的量系统的输入与输出之间数学关系，即输入输出之间的微分方程微分方程p一般线性定常测量系统的数学描述一般线性定常测量系统的数学描述：

输入：

输入xx（tt）和输出和输出yy（tt）之间的关系描述之间的关系描述pt为时间自变量为时间自变量p系数系数ai、bi均为不随时间而变化的常数均为不随时间而变化的常数定常、时不变定常、时不变基本特性基本特性叠加性：

叠加性：

当当几几个个输输入入同同时时作作用用于于线线性性系系统统时时，则则其其响响应应等等于于各各个个输入单独作用于该系统的响应之和输入单独作用于该系统的响应之和o线性系统的各个输入所产生的输出是线性系统的各个输入所产生的输出是互不影响互不影响的的线性测试系统可以测量各种复杂信号线性测试系统可以测量各种复杂信号o研究：

复杂信号研究：

复杂信号简单信号，简化测试简单信号，简化测试复杂输入复杂输入一系列简单输入一系列简单输入一些列简单响应之和一些列简单响应之和2、线性定常系统的基本特性、线性定常系统的基本特性基本特性基本特性比例特性：

对于任意常数比例特性：

对于任意常数a，必有，必有若线性系统的输入扩大若线性系统的输入扩大k倍，则其响应也将扩大倍，则其响应也将扩大k倍倍测试系统可以测量量程内大小不同的信号测试系统可以测量量程内大小不同的信号可微性可微性系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数2、定常线性系统、定常线性系统2、线性定常系统的基本特性、线性定常系统的基本特性基本特性基本特性同频性：

同频性：

o若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号若输入为某一频率的简谐（正弦或余弦）信号o则系统的稳态输出则系统的稳态输出必是、也只是同频率必是、也只是同频率的简谐信号的简谐信号信号频率不变信号频率不变2、线性定常系统的基本特性、线性定常系统的基本特性基本特性基本特性同频性：

o在测试工作中的作用在测试工作中的作用测量信号受到其它信号或噪声的干扰时：

测量信号受到其它信号或噪声的干扰时：

分清分清/确认确认信号：

依据频率保持特性，可以认定测得信号中只信号：

依据频率保持特性，可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出排除干扰排除干扰：

除过信号，其它频率成分就是干扰，设法剔除，：

除过信号，其它频率成分就是干扰，设法剔除，得到测试信号主要频率成分得到测试信号主要频率成分2、线性定常系统的基本特性、线性定常系统的基本特性测量任务测量任务不同幅值大小、不同频率成分的各种信号不同幅值大小、不同频率成分的各种信号的基本测量的基本测量工程中力求工程中力求使用的测试系统都是使用的测试系统都是线性线性系统系统线线性性系系统统具具有有比比例例特特性性和和频频率率保保持持性性、符符合合叠叠加加原原理理，能能够够完完成成对于对于不同幅值大小、不同频率成分不同幅值大小、不同频率成分的各种信号的基本测量工作的各种信号的基本测量工作输入输入X输出输出Y2、线性定常系统的基本特性、线性定常系统的基本特性静态特性：

输入为静态特性：

输入为常数时常数时系统的系统的反应能力反应能力p输入：

x不随时间变化不随时间变化输入信号的幅值不随时间变化输入信号的幅值不随时间变化常数、静态量常数、静态量随时间变化的周期远远大于测试时间随时间变化的周期远远大于测试时间/间隔间隔p输出：

输出：

y反映测试系统静态响应反映测试系统静态响应p理想的定常线性测量系统静态特性表达式理想的定常线性测量系统静态特性表达式33、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性输入输入X输出输出Y实际静态特性的实际静态特性的获得获得用途：

系统标定、用途：

系统标定、定期效验定期效验静态特性：

标准曲线、校准曲线静态特性：

标准曲线、校准曲线规定的规定的标准工作条件标准工作条件：

温度、压力、湿度等：

温度、压力、湿度等无无加加速速度度、无无振振动动、无无冲冲击击；

温温度度在在15152525；

湿湿度不大于度不大于8585RHRH；

大气压力为大气压力为0.1MPa0.1MPa高精度信号源高精度信号源产生已知的、准确的、不随时间变化的输入量产生已知的、准确的、不随时间变化的输入量xxii高精度测量仪器高精度测量仪器测定被校测量系统对应的输出量测定被校测量系统对应的输出量yyii数据处理：

曲线、公式数据处理：

曲线、公式反映系统的静态响应特性反映系统的静态响应特性yyxx（静态下输入静态下输入/输出）输出）特性曲线特性曲线33、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性基本参数基本参数p测量范围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正常工作条件下，测试系统能够测量的输入量范围o通常以测量范围的通常以测量范围的下限值下限值AAll和上限值和上限值AAhh来表示来表示例如：

测温仪测量范围例如：

测温仪测量范围-50-50+150+150、100100o在测量范围内，测试系统的性能有保证在测量范围内，测试系统的性能有保证*量程：

满度值量程：

满度值F.S测试系统能测试系统能承受承受最大输入量的能力最大输入量的能力o测量范围上限值与下限值的代数之差测量范围上限值与下限值的代数之差例如：

测温仪的量程例如：

测温仪的量程200200*过载能力：

承受过载能力：

承受超过量程超过量程而而不损坏精度不损坏精度的能力的能力例如：

过载能力例如：

过载能力150%F.S150%F.S、200200F.SF.S33、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性基本参数基本参数p灵敏度灵敏度：

测试：

测试系统对输入量变化系统对输入量变化反应的能力反应的能力放大放大o输入输入xx有一个变化量有一个变化量xx，它引起系统输出，它引起系统输出yy发生相应的变化量发生相应的变化量yy，则，则定义定义灵敏度灵敏度o对于理想的定常线性系统，灵敏度为对于理想的定常线性系统，灵敏度为o非线性非线性:

分段拟合分段拟合直线的斜率直线的斜率对应不同的输入范围（量程选择不当，引入误差）对应不同的输入范围（量程选择不当，引入误差）o灵敏度的灵敏度的量纲：

量纲：

输出量纲输出量纲/输入量纲（如：

输入量纲（如：

V/mmV/mm，V/V/，mV/mV/，mV/gmV/g）o灵敏度越高越敏感，易受干扰灵敏度越高越敏感，易受干扰yyxxxxyy（静态下输入（静态下输入/输出）输出）特性曲线特性曲线33、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性基本参数基本参数p分辨率：

灵敏度分辨率：

灵敏度阀阀、分辨输入、分辨输入测试系统有效辨别测试系统有效辨别输入量最小变化输入量最小变化的能力的能力o以以最小单位输出量最小单位输出量所对应的输入量来表示所对应的输入量来表示模拟测试系统，是用其输出指示标尺最小分度值的一半模拟测试系统，是用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨力，如所代表的输入量来表示其分辨力，如0.10.1数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输输入量入量即为该系统的分辨力即为该系统的分辨力分度值分度值5V5V20482048，则分辨率为，则分辨率为o测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，与测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，与灵灵敏度敏度有密切的关系，为有密切的关系，为灵敏度灵敏度的倒数的倒数灵敏度：

单位输入的系统响应量大小灵敏度：

单位输入的系统响应量大小5mv/mm分辨率：

单位响应对应的系统输入量分辨率：

单位响应对应的系统输入量0.001mm33、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性质量指标质量指标p非线性非线性：

线性度：

线性度o测试系统的特性曲线与拟合测试系统的特性曲线与拟合直线直线的接近的接近/偏离程度偏离程度引用误差形式表示引用误差形式表示o非线性度对系统影响非线性度对系统影响通过灵敏度引入测量误差通过灵敏度引入测量误差系统误差系统误差o拟合拟合直线直线的确定：

影响非线性引用误差的确定：

影响非线性引用误差yyxxL-L-最大偏差最大偏差YYAA量程量程00理论线性度理论线性度最小二乘法最小二乘法线性度线性度33、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性质量指标质量指标p重复性：

标定值的分散性重复性