机械工程测试基础_测量装置的基本特性.pptx

第二章 测试装置的基本特性;第一节 概述;1、测试装置的静态特性 静态特性是由静态标定来确定的； 静态标定：是一个实验过程，只改变测量装置的一个输入量，其他所有的可能输入严格保持不变，测量对应的输出量，得到输入和输出之间的关系； 在静态标定中，当以要测量的量作为输入时，得到的输入与输出之间的关系作为静态特性； 为研究测量装置的原理和结构细节，还要确定其他各种可能输入与输出之间的关系，据此可估计（图2－1） 环境条件的变化与干扰输入对测量过程的影响； 环境条件的变化与干扰输入所产生的测量误差。 实际标定过程如图2－2，主要考虑其他量不会严格保持不变。 测量装置的静态测量误差：测量装置自身和人为因素。;2、标准和标准传递 若标定结果有意义，输入和输出变量的测量必须精确； 用来定量输入、输出变量的仪器和技术统称为标准； 变量的测量精度以测量误差量化，即测量值与真值的差； 真值：用精度最高的最终标准得到的测量值； 标准传递和实例（图2－3）。;3、测量装置的动态特性 动态特性：当输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述； 研究测量装置动态特性时，一般认为系统参数不变，即用常系数线性微分方程描述，如下：;测量装置的动态特性也可以用传递函数、频率响应函数和单位脉冲响应函数表示：;4、测量装置的负载特性 测量装置或系统一般由若干环节组成：传感器、测量电路、前置放大、信号调理等； 负载效应：传感器安装于被测物体或进入被测介质，要从物体与介质中吸收能力或产生干扰，使被测物理量偏离原有量值，从而不可能实现理想的测量，这种效应称为负载效应。 测量装置的各环节之间一般都会产生负载效应； 负载特性是测量装置的固有特性，在进行测量或组成测量系统时，要加以考虑并将其降到最小。;5、测量装置的抗干扰性 测量装置所受的干扰形式：电源干扰、环境干扰、信道干扰。 干扰影响决定于测量装置的抗干扰性能，并与采取的抗干扰措施有关。;第二节 测量装置的静态特性;理想直线的确定方法：端点连线（a图）和最小二乘直线（b图）。;理想??试装置，输入与输出为完全单调的一一对应直线关系； 实际测试装置在同样测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一个输入量所得到的两个输出量往往存在差值。在整个测量范围内，最大的差值称为回程误差。 ;四、分辨力： 引起测量装置的输出量产生一个可以察觉变化的最小输入量变化值称为分辨力。 五、零点漂移和灵敏度漂移 零漂是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离，可以是随时间缓慢变化的量； 灵敏度漂移是由于材料性质的变化引起输入与输出关系的变化。 总误差是零漂和灵敏度漂移的和；后者较小，可忽略。 ;第三节 测量装置的动态特性;1、传递函数 若y(t)为时间变量t的函数，且当t≤0时，有y(t)=0，则y(t)的拉普拉斯变换Y(s)定义为 式中s为复变量， s=a+jω,a0。 若系统的初始条件均为零，对式（2－1）作拉氏变换得 ; 将输入和输出两者的拉普拉斯变换之比定义为传递函H(s)，即 传递函数特性： 传递函数H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它仅表达系统的传输特性，由传递函数H(s)所描述的一个系统对于任一具体的输入x(t)都明确地给出了相应的输出 y(t)； H(s)不拘泥于系统的物理结构。同一形式的传递函数可以表征具有相同传输特性的不同的物理系统。如液柱温度计和RC低通滤波器。 实际的物理系统，输入、输出都具有量纲。输入、输出量纲的变换关系由等式中的各系数an，an-1，…，a1，a0和bm，bm-1，…，b1，b0反映。 H(s)中的分母取决于系统的结构，n代表系统微分方程的阶数；分子和系统同外界之间的关系有关。 测试装置一般为稳定系统，则有n＞m。;2、频率响应函数 传递函数在复数域描述和考察系统特性，优于时域的微分方程形式，但工程中许多系统难以建立微分方程和传递函数。 频率响应函数在频率域描述和考察系统特性。其优点： 物理概念明确； 易通过实验建立频率响应函数； 利用它和传递函数的关系，极易求传递函数。 频率响应函数是实验研究系统的重要工具。;（一）幅频特性、相频特性和频率响应函数 ;定义： 幅频特性A(ω)：定常线性系统在简谐信号激励下，稳态输出信号和输入信号的幅值比； 相频特性φ (ω)：定常线性系统在简谐信号激励下，稳态输出信号和输入信号的相位差； A(ω) 和φ (ω)通称为系统的频率特性。 频率响应函数：H(ω)= A(ω)e j φ (ω) 补充定义：幅值误差;（二）频率响应函数的求法 1）已知系统的传递函数H(s),可设s=jω，;;2）通过实验求频率响应函数;说明： 频率响应函数描述系统的简谐输入和其稳态输出的关系。 任何复杂信号都可以分解为简谐信号的叠加，因此系统频