第二章测试装置基本特性.doc

第二章 测试装置的基本特性 第一节 概述 测试是具有试验性质的测量，是从客观事物取得有关信息的过程。在此过程中须借助测试装置。为实现某种量的测量而选择或设计测量装置时，就必须考虑这些测量装置能否准确获取被测量的量值及其变化，即实现准确测量，而能否实现准确测量，则取决于测量装置的特性。这些特性包括动态特性、静态特性、负载特性、抗干扰性等。测量装置的特性是统一的，各种特性之间是相互关联的。 1、测试装置的基本要求 通常工程测试问题总是处理输入量、装置（系统）的传输特性和输出量三者之间的关系。 图2-1系统、输入和输出 1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。(系统辨识)。 2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 (反求)。 3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测) 。 测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入——输出关系。即对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应 。知道其中的一个量就可以确定另一个量。 以输出和输入成线性关系为最佳。一般测量装置只能在较小工作范围内和在一定误差允许范围内满足这项要求。 2、测量装置的静态特性 测试系统的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。 线性系统的输入与输出之间的关系可用下面的常系数线性微分方程来描述时，则称该系统为时不变线性系统，也称定常线性系统。式中为时间自变量，、、…、、和、、…、、均为常数。 线性时不变系统的主要性质： 1） 若 则 2） 若 则 3） 4） 5） （2）动态特性的数学描述 传递函数 频响函数 脉冲响应函数 4、测试装置的负载特性 实际测量工作中，测量系统和被测对象会产生相互作用。测量装置构成被测对象的负载。彼此间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或连乘。 （1）集成电路芯片的温度虽高但功耗很小（约几十毫瓦），相当于小功率热源。用带探针的温度计测量集成电路芯片的温度，温度计会从芯片吸收可观的热源而成为芯片的散热元件，测得的温度值比集成电路芯片的温度要低。 （2）用质量为的传感器测量单自由度振动系统的振动（质量块质量为），参与振动的质量成为，从而导致系统固有频率下降。 5、测量装置的抗干扰性 测量装置在测量过程中要受到各种干扰，包括电源干扰、环境干扰（电磁场、声、温度、振动等干扰）和信道干扰。 一个测量系统抗干扰能力的大小在很大程度上决定了该系统的可靠性，是测量系统重要特性之一，重视抗干扰设计是测试工作中不可忽视的问题。 第二节 测试装置的静态特性 理想测试装置的静态特性 S——灵敏度，线性度 实际测试装置的静态特性 测试装置的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。描述测试装置静态特性的主要指标有： 一、线性度是指测量装置输出、输入之间的关系与理想比例关系的偏离程度。作为技术指标则采用线性误差来表示，即用在装置标称输出范围内，标定数据点与理想直线偏差的最大值称为线性误差。也可用相对误差来表示，如 线性误差＝ 拟合直线的方法 ① 端点连线法 ② 最小二乘法（也称独立直线） 二、灵敏度S 当装置的输入有一个变化量，引起输出发生相应的变化为，则定义灵敏度为： 对理想的定常线性系统，灵敏度： 三、回程误差 理想装置的输出、输入有完全单调的一一对应的关系。 实际装置在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值。在整个测量范围内，最大的差值称为回程误差或迟滞误差。 四、分辨力 引起测量装置的输出值产生一个可觉察变化的最小输入量（被测量）变化值称为分辨力。它表征测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。通常表示为它与可能输入范围之比的百分数。 一般为最小分度值的1/5-1/2，数字表的分辨率一般为最后一位所显示的单位值，若为1mV，则该仪表能分辨被测量1mV的变化。 五、零点漂移与灵敏度漂移 漂移：测量装置的测量特性随时间的慢变化，称为漂移。 零点漂移是测量装置的输出零点偏离原始零点的距离； 灵敏度漂移则是由于材料性质的变化所引起的输入与输出关系（斜率）的变化。 第三节 测试装置的动态特性 动态特性是指输入随时间变化时，测试装置输入与输出间的关系。 一、动态特性的数学描述 1、传递函数 传递函数是测试装置动特性的复频域描述，它表达了系统的传递特性。 若初始条件全为零，，便有 传递函数性质： 1)与及系统的初始状态无关，只表达了系统的传输特性。 2)