測(cè)試系統(tǒng)的基本特性

測(cè)試系統(tǒng)的基本特性第1頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性測(cè)量系統(tǒng)的特性：輸出與輸入之間的關(guān)系。靜態(tài)特性：輸入為靜態(tài)信號(hào)時(shí)輸入與輸出之間的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性：輸入為動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)輸入與輸出之間的關(guān)系輸入信號(hào)（被測(cè)物理量）x(t)測(cè)量裝置輸出信號(hào)y(t)測(cè)試系統(tǒng)示意圖第2頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第一節(jié)測(cè)量系統(tǒng)第3頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性線(xiàn)性定常系統(tǒng)（線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)）：第4頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性線(xiàn)性系統(tǒng)性質(zhì)：（1）疊加性：幾個(gè)輸入所產(chǎn)生的總輸出是各個(gè)輸入所產(chǎn)生的輸出疊加的結(jié)果。若，則第5頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性（2）比例特性：當(dāng)輸入增加時(shí)其輸出也以輸入增加的同樣比例增加。若則第6頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性（3）微分特性：系統(tǒng)對(duì)輸入微分的響應(yīng)等同于對(duì)原信號(hào)輸出的微分。若則第7頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性（4）積分特性：系統(tǒng)對(duì)輸入積分的響應(yīng)等同于原輸入響應(yīng)的積分。若則第8頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性（5）頻率保持性：當(dāng)線(xiàn)性系統(tǒng)的輸入為某一頻率信號(hào)時(shí)，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)也是同一頻率的信號(hào)。若則第9頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第二節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第10頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性測(cè)量范圍與量程測(cè)量上限：測(cè)量裝置所能測(cè)量的最大被測(cè)量的數(shù)值（Xmax)。測(cè)量下限：測(cè)量裝置所能測(cè)量的最小被測(cè)量的數(shù)值(Xmin)。

測(cè)量范圍：測(cè)量下限到上限之間的范圍。如：-50~150量程：測(cè)量裝置允許測(cè)量的輸入量的上、下限值之差，即測(cè)量上限、下限（即示值范圍的上、下限）的之差的模。

量程=Xmax—Xmin用于動(dòng)態(tài)測(cè)量的裝置，還標(biāo)明在允許誤差極限范圍內(nèi)所能測(cè)量的頻率范圍。第11頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性-500c+1500c如：量程=150-（-50）=200第12頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性靈敏度

S=Δy/Δxyx0S=Δy/Δx線(xiàn)性測(cè)量裝置dydxS=dy/dxyx0非線(xiàn)性測(cè)量裝置第13頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性分辨力通常，把引起測(cè)量裝置輸出值產(chǎn)生一個(gè)可察覺(jué)變化的最小被測(cè)量變化值，稱(chēng)為鑒別力閾（也稱(chēng)為靈敏閾或靈敏限）。分辨力是指測(cè)量裝置能檢測(cè)到的最小的輸入增量。x△xy0分辨力△y靈敏限靈敏閾死區(qū)例，用顯示保留小數(shù)點(diǎn)后兩位的數(shù)字儀表測(cè)量時(shí)，輸出量的變化“階梯”為0.01，那么0.01的輸出所對(duì)應(yīng)的輸入量的大小，即為分辨力。第14頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性模擬式儀表的分辨力以最小刻度的一半所代表的輸入量表示。數(shù)字式儀表則以末位顯示字所代表的輸入量表示。分辨力用絕對(duì)值表示,用與滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù)表示時(shí)稱(chēng)為分辨率。

第15頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍

測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍DR可表示為：第16頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性一般來(lái)講，測(cè)量范圍大的儀表，其靈敏度較低，靈敏限較高，分辨力比較差。動(dòng)態(tài)范圍大，就意味著儀表既有較大的測(cè)量范圍又有較高的分辨力或較低的靈敏限。第17頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性線(xiàn)性度

線(xiàn)性度是指測(cè)量裝置輸出、輸入之間保持常值比例關(guān)系的程度，即：校準(zhǔn)直線(xiàn)接近擬合直線(xiàn)的程度。BA測(cè)量范圍輸出范圍xy擬合曲線(xiàn)校準(zhǔn)曲線(xiàn)線(xiàn)性誤差：第18頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性回程誤差回程誤差是指在輸入量由小增大和由大減小的測(cè)試過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)輸入量往往有不同的輸出量。

回程誤差：遲滯特性0yxA第19頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性漂移漂移是指測(cè)量裝置在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。主要有零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移等。零點(diǎn)漂移或靈敏度漂移又可以分為：時(shí)間漂移和溫度漂移。

時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化。

溫度漂移是指因環(huán)境溫度的變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度的漂移。也就是溫漂表示溫度變化時(shí)，測(cè)量裝置輸出值的偏離程度。

第20頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性y0:測(cè)量裝置零點(diǎn)的初始輸出值Y0’:測(cè)量裝置零點(diǎn)的最大或最小輸出值ty0y,0y01h①、零點(diǎn)時(shí)漂：測(cè)量裝置一小時(shí)內(nèi)的零點(diǎn)漂移D為：（1）零漂第21頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性xy0零漂靈敏度漂移②、零點(diǎn)溫漂：第22頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性：在室溫T1時(shí)測(cè)量裝置滿(mǎn)量程輸出平均值。：在T2溫度下保溫一小時(shí)后，測(cè)量裝置滿(mǎn)量程輸出平均值。（2）靈敏度漂移第23頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)先將測(cè)量裝置輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，相隔4h、8h或一定的工作次數(shù)后，再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即為穩(wěn)定性誤差。它可用相對(duì)誤差表示,也可用絕對(duì)誤差表示。

測(cè)量裝置使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱(chēng)為穩(wěn)定性。影響測(cè)量裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除裝置本身結(jié)構(gòu)外，主要是裝置的使用環(huán)境。因此，要使測(cè)量裝置具有良好的穩(wěn)定性，測(cè)量裝置必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，主要通過(guò)測(cè)量裝置的零點(diǎn)漂移、靈敏度漂移、抗干擾穩(wěn)定性等方面來(lái)考察裝置的穩(wěn)定性。第24頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第25頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性引言拉普拉斯變換：當(dāng)系統(tǒng)初始條件為零時(shí)：第26頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性?xún)蛇吶±献儞Q：第27頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性一、傳遞函數(shù)第28頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

傳遞函數(shù)的主要特點(diǎn)：

1)H(s)與輸入x(t)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無(wú)關(guān)，它只表達(dá)了系統(tǒng)的傳輸特性。H(s)所描述的系統(tǒng)對(duì)任一具體輸入x(t)都確定地給出相應(yīng)的輸出y(t)。

2)H(s)只反映系統(tǒng)傳輸特性而不拘泥于系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)。同一形式的傳遞函數(shù)可以表征具有相同傳輸特性的不同物理系統(tǒng)。例如液柱溫度計(jì)和RC低通濾波器同是一階系統(tǒng)，具有形式相似的傳遞函數(shù)，而其中一個(gè)是熱學(xué)系統(tǒng)，另一個(gè)卻是電學(xué)系統(tǒng)，兩者的物理性質(zhì)完全不同。第29頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性二、頻率響應(yīng)函數(shù)第30頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性A(ω)被定義為該系統(tǒng)的幅頻特性，φ(ω)被定義為該系統(tǒng)的相頻特性。兩者統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)的頻率特性第31頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第32頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

頻響函數(shù)的物理意義：輸出與輸入的幅值比輸出與輸入的相位差思考：如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法求取系統(tǒng)的頻響函數(shù)？第33頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性三、脈沖響應(yīng)函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)第34頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的不失真測(cè)量第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第四節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的不失真測(cè)量第35頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的不失真測(cè)量第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第36頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的不失真測(cè)量第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性對(duì)上式作傅里葉變換，則則其幅頻和相頻特性應(yīng)分別滿(mǎn)足A(ω)＝A0＝常數(shù)

φ(ω)＝-t0ω這就是說(shuō)，理想測(cè)量裝置的幅頻特性為水平直線(xiàn)，相頻特性為過(guò)原點(diǎn)的斜線(xiàn)，否則裝置的輸出就會(huì)產(chǎn)生幅值或相位失真。第37頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性繼續(xù)講解

第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第38頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性四、一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性第39頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性標(biāo)準(zhǔn)形式：

第40頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性對(duì)微分方程取拉氏變換得到：一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

將S=jw代入上式，得其頻率響應(yīng)函數(shù)為幅頻、相頻特性表達(dá)式為第41頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性靜態(tài)靈敏度k的大小只取決于裝置結(jié)構(gòu)，與輸入信號(hào)頻率無(wú)關(guān)。為了方便、簡(jiǎn)明清晰地用圖形表述頻率特性，通常k取1。即：第42頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性時(shí)，，幾乎與ω成反比，相位滯后近900。與之對(duì)應(yīng)的微分方程為：

輸出和輸入的積分成正比，系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)積分器。1）一階測(cè)量裝置適用于測(cè)量緩變或低頻的被測(cè)量。一階系統(tǒng)頻率特性特點(diǎn)：第43頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性2）、在處，為0.707（-3dB），相位滯后450。當(dāng)時(shí)：，輸入與輸出成線(xiàn)性關(guān)系；很小，且，相位差與頻率成正比。這時(shí)輸出能真實(shí)地反映輸入的變化規(guī)律。2）越小，頻率響應(yīng)特性越好，適用的頻率范圍越寬。3）一階裝置不失真測(cè)量條件：越小越好。1）一階測(cè)量裝置適用于測(cè)量緩變或低頻的被測(cè)量。一階系統(tǒng)頻率特性特點(diǎn)：第44頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性五、二階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性第45頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性標(biāo)準(zhǔn)形式

第46頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

相應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為：

第47頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性

幅頻特性和相頻特性分別為：第48頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性若k

=1，幅頻特性和相頻特性分別為：第49頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性第50頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第二章測(cè)量系統(tǒng)的基本特性二階裝置的不失真測(cè)量的條件是：第51頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第52頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)裝置基本特性的測(cè)試一、靜態(tài)特性的測(cè)試給裝置輸入一系列已知的標(biāo)準(zhǔn)量，記錄對(duì)應(yīng)的輸出量。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)作出裝置的靜態(tài)特性曲線(xiàn)，由這條曲線(xiàn)可獲得靈敏度、非線(xiàn)性度等重要的靜態(tài)特性參數(shù)。二、動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試常用的方法有：1、頻率響應(yīng)法2、階躍響應(yīng)法第53頁(yè)，課件共61頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采用階躍響應(yīng)法測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性

對(duì)測(cè)量裝置突然加載或突然卸載，即屬于階躍輸入，這種輸入方式既簡(jiǎn)單易行，又能充分揭示測(cè)量裝