測試裝置的負載效應

1、第六節(jié)測試裝置的負載效應在實際測試工作中，測試系統(tǒng)和被測對象之間，測試系統(tǒng)內(nèi)部各 環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)接并因而產(chǎn)生相互作用，是處處可見的。測試裝置的 接入，就成為被測對象的負載。后接環(huán)節(jié)總是稱為前面環(huán)節(jié)的負載。現(xiàn)以圖2-1為例來說明環(huán)節(jié)之間聯(lián)接的復雜性。設被測對象是安 裝在電動機中的滾珠軸承，測試的目的在于判斷軸承是否良好。此時 源信號之一x(t)可認為是軸承內(nèi)滾道上的一個缺損所引起的滾珠在滾 動中的周期性沖擊。由于測振傳感器只能安裝在電動機外殼近軸承座 的某處。因此，對傳感器來說，無法直接輸入乂(七)，而只能間接的輸 入某一信號y(t)。顯然，y(t)是x(t)經(jīng)過電動機轉(zhuǎn)軸 軸承 軸承 座等機械

2、結(jié)構(gòu)傳輸后的輸出，并且是測試系統(tǒng)的輸入。而最后的測試 結(jié)果卻是尸(0經(jīng)過測試系統(tǒng)傳輸后的響應2(0。因此，z(t)和x(t)的關(guān) 系，實際上取決于從電動機轉(zhuǎn)軸 軸承 軸承座 測試裝置整 個系統(tǒng)的特性，取決于測試裝置與被測對象兩部分的串接。整個系統(tǒng) 是由眾多環(huán)節(jié)、裝置聯(lián)接而成的，后接環(huán)節(jié)總是成為前環(huán)節(jié)的負載， 兩者總是存在能量交換和相互影響。以致系統(tǒng)的傳遞函數(shù)不再是各組 成環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的疊加(如并聯(lián)時)或連乘(如串聯(lián)時)。圖2-1測試裝置和測試對象的串接 a）傳輸關(guān)系b）測試電動機軸承一、負載效應當一個裝置聯(lián)接到另一個裝置上，并發(fā)生能量交換時，就會發(fā)生 兩種現(xiàn)象：1）前裝置的聯(lián)接處甚至整個裝置的

3、狀態(tài)和輸出都將發(fā)生 變化。2）兩個裝置共同形成一個新的整體，該整體雖然保留其兩組 成裝置的某些主要特征，但其傳遞函數(shù)已不能用下列兩式所表示：Y()/ nH (s) H . (s)某裝置由于后接另一裝置而產(chǎn)生的種種現(xiàn)象，稱為負載效應。負載效應產(chǎn)生的后果，有的可以忽略，有的卻是很嚴重的，不能 對其掉以輕心。下面舉一些例子來說明負載效應的嚴重后果。集成電路芯片溫度雖高但功耗很小，約十幾毫瓦，相當于是一種 功率小的熱源。若用一個帶探針的溫度計去測其結(jié)點溫度，顯然溫度 計會從芯片吸收客觀的熱量而成為芯片的散熱元件。這樣不僅不能測 出正確的結(jié)點工作溫度，而且整個電路的工作溫度都會下降。又如若 在一個單自由

4、度振動系統(tǒng)的質(zhì)量塊m上聯(lián)結(jié)一個質(zhì)量為七的傳感 器，致使參與振動的質(zhì)量稱為山mf，從而導致系統(tǒng)固有頻率的下降。圖2-2是一個簡單的直流電路。不難算出電阻器R2電壓降U0為U 0 R2一E.為測量該量，可在R2兩端并聯(lián)一個內(nèi)阻為Rm的接入日2 12和Rm兩端的電壓降U為U RXE -RmR2ER1 Rl R1 （Rm R2） RmR2顯然，由于接入測試裝置（電表）、被測系統(tǒng)（原電路）狀態(tài)及被測量（R2的電壓降）都發(fā)生了變化。原來電壓降為U。，接入電表 后，變?yōu)閁，U U0,兩者的差值隨Rm的增大而減小。為了定量說明 這種負載效應的影響程度，9Rl 100k ，R2 Rm 150k ，E 150V，

5、 代入上式，可以得到U 0 90V,而U64.3V，誤差竟然達到28.6%。若Rm改為1M ，其余不變，則U 84.9V，誤差為5.7%。此例充分說 明了負載效應對測量結(jié)果影響有時是很大的。圖2-1直流電路測量二、減輕負載效應的措施負載效應所造成的影響，應根據(jù)具體環(huán)節(jié)，裝置來具體分析。如 果將電阻的概念推廣為廣義阻抗，那么就可以比較簡捷的研究各種物 理環(huán)節(jié)之間的負載效應。對于電壓輸出的環(huán)節(jié)，減輕負載效應的辦法有：1）提高后續(xù)環(huán)節(jié)（負載）的輸入阻抗。2）在原來兩個相聯(lián)的環(huán)節(jié)之中，插入高輸入阻抗、低輸出阻抗 的放大器，以便一方面減少從前環(huán)節(jié)吸收能量，另一方面在承受后一 環(huán)節(jié)（負載）后又能減小電壓輸出的變化，從而減輕負載效應。3）使用反饋或零點測量原理，是后面環(huán)節(jié)幾乎不從前環(huán)節(jié)吸收 能量。如用電位差計測量電壓等?？傊?，在進行測試工作中，應當建立系統(tǒng)整體的概念，充分考慮 各種裝置、環(huán)節(jié)的聯(lián)接后可能產(chǎn)生的影響。測量裝置的接入就成為被 測對象的負載，將會產(chǎn)生測量誤差。兩環(huán)節(jié)的聯(lián)接，后環(huán)節(jié)將成為前 環(huán)節(jié)的負載，并產(chǎn)生相應的負載效應。進行測試工作時，在選擇成品 傳感器時，必須仔細考慮傳感器對被測對象的負載效應。在組成測試 系統(tǒng)時，要考慮各組