测试装置的负载效应

1、第六节测试装置的负载效应在实际测试工作中，测试系统和被测对象之间，测试系统内部各 环节之间相互联接并因而产生相互作用，是处处可见的。测试装置的 接入，就成为被测对象的负载。后接环节总是称为前面环节的负载。现以图2-1为例来说明环节之间联接的复杂性。设被测对象是安 装在电动机中的滚珠轴承，测试的目的在于判断轴承是否良好。此时 源信号之一x(t)可认为是轴承内滚道上的一个缺损所引起的滚珠在滚 动中的周期性冲击。由于测振传感器只能安装在电动机外壳近轴承座 的某处。因此，对传感器来说，无法直接输入乂(七)，而只能间接的输 入某一信号y(t)。显然，y(t)是x(t)经过电动机转轴 轴承 轴承 座等机械

2、结构传输后的输出，并且是测试系统的输入。而最后的测试 结果却是尸(0经过测试系统传输后的响应2(0。因此，z(t)和x(t)的关 系，实际上取决于从电动机转轴 轴承 轴承座 测试装置整 个系统的特性，取决于测试装置与被测对象两部分的串接。整个系统 是由众多环节、装置联接而成的，后接环节总是成为前环节的负载， 两者总是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(如并联时)或连乘(如串联时)。图2-1测试装置和测试对象的串接 a）传输关系b）测试电动机轴承一、负载效应当一个装置联接到另一个装置上，并发生能量交换时，就会发生 两种现象：1）前装置的联接处甚至整个装置的

3、状态和输出都将发生 变化。2）两个装置共同形成一个新的整体，该整体虽然保留其两组 成装置的某些主要特征，但其传递函数已不能用下列两式所表示：Y()/ nH (s) H . (s)某装置由于后接另一装置而产生的种种现象，称为负载效应。负载效应产生的后果，有的可以忽略，有的却是很严重的，不能 对其掉以轻心。下面举一些例子来说明负载效应的严重后果。集成电路芯片温度虽高但功耗很小，约十几毫瓦，相当于是一种 功率小的热源。若用一个带探针的温度计去测其结点温度，显然温度 计会从芯片吸收客观的热量而成为芯片的散热元件。这样不仅不能测 出正确的结点工作温度，而且整个电路的工作温度都会下降。又如若 在一个单自由

4、度振动系统的质量块m上联结一个质量为七的传感 器，致使参与振动的质量称为山mf，从而导致系统固有频率的下降。图2-2是一个简单的直流电路。不难算出电阻器R2电压降U0为U 0 R2一E.为测量该量，可在R2两端并联一个内阻为Rm的接入日2 12和Rm两端的电压降U为U RXE -RmR2ER1 Rl R1 （Rm R2） RmR2显然，由于接入测试装置（电表）、被测系统（原电路）状态及被测量（R2的电压降）都发生了变化。原来电压降为U。，接入电表 后，变为U，U U0,两者的差值随Rm的增大而减小。为了定量说明 这种负载效应的影响程度，9Rl 100k ，R2 Rm 150k ，E 150V，

5、 代入上式，可以得到U 0 90V,而U64.3V，误差竟然达到28.6%。若Rm改为1M ，其余不变，则U 84.9V，误差为5.7%。此例充分说 明了负载效应对测量结果影响有时是很大的。图2-1直流电路测量二、减轻负载效应的措施负载效应所造成的影响，应根据具体环节，装置来具体分析。如 果将电阻的概念推广为广义阻抗，那么就可以比较简捷的研究各种物 理环节之间的负载效应。对于电压输出的环节，减轻负载效应的办法有：1）提高后续环节（负载）的输入阻抗。2）在原来两个相联的环节之中，插入高输入阻抗、低输出阻抗 的放大器，以便一方面减少从前环节吸收能量，另一方面在承受后一 环节（负载）后又能减小电压输出的变化，从而减轻负载效应。3）使用反馈或零点测量原理，是后面环节几乎不从前环节吸收 能量。如用电位差计测量电压等。总之，在进行测试工作中，应当建立系统整体的概念，充分考虑 各种装置、环节的联接后可能产生的影响。测量装置的接入就成为被 测对象的负载，将会产生测量误差。两环节的联接，后环节将成为前 环节的负载，并产生相应的负载效应。进行测试工作时，在选择成品 传感器时，必须仔细考虑传感器对被测对象的负载效应。在组成测试 系统时，要考虑各组