机械工程测试技术-测试装置基本特性.pptVIP

第二章 测试装置的基本特性 ★测试装置能否实现准确测量，取决于其特性： 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。 在静态测量中，定常线性系统的输入-输出微分方程式变成 理想的定常线性系统，其输出将是输入的单调、线性比例函数，其中斜率S是灵敏度，应是常数。 实际的测量装置并非理想的定常线性系统，其微分方程式的系数并非常数。 测试装置的静态特性就是在静态测试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。 下面来讨论一些重要的静态特性。 二、灵敏度 当装置的输入x有一个变化量?x，它引起输出y发生相应的变化量?y，则定义灵敏度 对于理想的定常线性系统，灵敏度应当是 但是，一般的测试装置总不是理想定常线性系统，用拟合直线的斜率来作为该装置的灵敏度。 灵敏度有量纲，其单位取决于输入、输出量的单位。 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。 把在全测量范围内，最大的差值称为回程误差或滞后误差。(如下图所示） 1. 传递函数 设X(s)和Y(s)分别为输入x(t)、输出y(t)的拉普拉斯变换。 对式（2-1）取拉普拉斯变化得： 将H(s)称为系统的传递函数。其中s为复变量， 是与输入和系统初始条件有关的。 若初始条件全为零，则因 有 第七节 负载效应 1) 交流稳压器 它可消除过压、欠压造成的影响，保证供电的稳定。 2) 隔离稳压器 由于浪涌和尖峰噪声主要成分是高频分量，它们不通过变压器级圈之间的互感耦合，而是通过线圈间寄生电容耦合的。隔离稳压器初次级间用屏蔽层隔离，减少级间耦合电容，从而减少高频噪声的窜入。 3) 低通滤波器 它可滤去大于50Hz市电基波的高频干扰。对于50Hz电基波，则通过整流滤波后也应完全滤除。 4) 独立功能块单独供电 电路设计时，有意识地把各种不同功能的电路(如前置、放大、A／D等电路)单独设置供电系统电源。这样做可以基本消除各单元电路因共用电源而引起相互耦合所造成的干扰。图2-29是合理的供电配置的示例。 三、信道通道的干扰极其抗干扰 1．信道干扰的种类? 信道干扰有下列几种： 1) 信道通道元器件噪声干扰 它是由于测量通道中各种电子元器件所产生的热噪声(如电阻器的热噪声、半导体元器件的散粒噪声等)造成的。 2) 信号通道中信号的窜扰 元器件排放位置和线路板信号走向不合理会造成这种干扰。 3) 长线传输