测试装置的负载效应.docVIP

测试装置的负载效应 在实际测试工作中，测试系统和被测对象之间，测试系统内部各环节之间相互联接并因而产生相互作用，是处处可见的。测试装置的接入，就成为被测对象的负载。后接环节总是称为前面环节的负载。 现以图2-1为例来说明环节之间联接的复杂性。设被测对象是安装在电动机中的滚珠轴承，测试的目的在于判断轴承是否良好。此时源信号之一可认为是轴承内滚道上的一个缺损所引起的滚珠在滚动中的周期性冲击。由于测振传感器只能安装在电动机外壳近轴承座的某处。因此，对传感器来说，无法直接输入，而只能间接的输入某一信号。显然，是经过电动机转轴——轴承——轴承座等机械结构传输后的输出，并且是测试系统的输入。而最后的测试结果却是经过测试系统传输后的响应。因此，和的关系，实际上取决于从电动机转轴——轴承——轴承座——测试装置整个系统的特性，取决于测试装置与被测对象两部分的串接。整个系统是由众多环节、装置联接而成的，后接环节总是成为前环节的负载，两者总是存在能量交换和相互影响。以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加（如并联时）或连乘（如串联时）。 负载效应 当一个装置联接到另一个装置上，并发生能量交换时，就会发生两种现象：1）前装置的联接处甚至整个装置的状态和输出都将发生变化。2）两个装置共同形成一个新的整体，该整体虽然保留其两组成装置的某些主要特征，但其传递函数已不能用下列两式所表示： 某装置由于后接另一装置而产生的种种现象，称为负载效应。 负载效应产生的后果，有的可以忽略，有的却是很严重的，不能对其掉以轻心。下面举一些例子来说明负载效应的严重后果。 集成电路芯片温度虽高但功耗很小，约十几毫瓦，相当于是一种功率小的热源。若用一个带探针的温度计去测其结点温度，显然温度计会从芯片吸收客观的热量而成为芯片的散热元件。这样不仅不能测出正确的结点工作温度，而且整个电路的工作温度都会下降。又如若在一个单自由度振动系统的质量块m上联结一个质量为的传感器，致使参与振动的质量称为，从而导致系统固有频率的下降。 图2-2是一个简单的直流电路。不难算出电阻器电压降为.为测量该量，可在两端并联一个内阻为的接入和两端的电压降U为 显然，由于接入测试装置（电表）、被测系统（原电路）状态及被测量（的电压降）都发生了变化。原来电压降为，接入电表后，变为，,两者的差值随的增大而减小。为了定量说明这种负载效应的影响程度，令，，，代入上式，可以得到，而，误差竟然达到28.6%。若改为，其余不变，则，误差为5.7%。此例充分说明了负载效应对测量结果影响有时是很大的。 减轻负载效应的措施 负载效应所造成的影响，应根据具体环节，装置来具体分析。如果将电阻的概念推广为广义阻抗，那么就可以比较简捷的研究各种物理环节之间的负载效应。 对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有： 提高后续环节（负载）的输入阻抗。 在原来两个相联的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，以便一方面减少从前环节吸收能量，另一方面在承受后一环节（负载）后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应。 使用反馈或零点测量原理，是后面环节几乎不从前环节吸收能量。如用电位差计测量电压等。 总之，在进行测试工作中，应当建立系统整体的概念，充分考虑各种装置、环节的联接后可能产生的影响。测量装置的接入就成为被测对象的负载，将会产生测量误差。两环节的联接，后环节将成为前环节的负载，并产生相应的负载效应。进行测试工作时，在选择成品传感器时，必须仔细考虑传感器对被测对象的负载效应。在组成测试系统时，要考虑各组成环节之间联接时的负载效应，尽可能减小负载效应的影响。对于成套仪器系统来说，各组成部分间的相互影响，仪器生产厂家应作充分考虑，使用者只需考虑传感器对被测对象所产生的负载效应。 图2-1 测试装置和测试对象的串接 a ）传输关系 b ）测试电动机轴承 图2-1 直流电路测量