国家课程检测技术基础测试系统的基本特性

测试系统的基本特性绪论检测技术概念检测技术的主要研究内容检测技术的发展方向BasicconceptsMeasurementistheoperationofdeterminingthevalueofaquantity.Measurement/instrumentationsystemisthemeansusedtocarryoutameasurement.检测是意义更为广泛的测量。测量、试验(以定性或定量方式获取被测对象的某种信息）工程检测技术就是对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术。

塞规与环规外径卡规（曲轴）主要研究内容测量原理是实现测量所依据的物理、化学、生物等现象与有关定律的总体。一种物理量的测量可以通过若干种不同的测量原理实现(电磁法、光学法、超声法、半导体效应、核辐射法、电化学分析等）。发现和应用新的测量原理，开发相应的传感器。选择合适测量原理（根据被测量的物理化学特性、变化范围、性能要求和外界环境条件等）选择合适的测量方法：接触式、非接触式；直接法、间接法；电测法、非电测法等。设计测试系统发展方向智能化（Intelligentorsmartinstrument)数字化(Digitalsystem)微型化(Miniaturizedsystemormicro-system)多功能化(multifunctional)网络化(Networkedorvirtualinstrument)Completemeasurementsystem

Instrumentationisthescienceandtechnologyofcompletemeasurementsystemswithwhichphysicalquantitiesaremeasuredsoastoobtaindatawhichcanbetransmittedtorecordinganddisplaydevices.TransducerSignalconditioningRecordingordisplay(Amplification,filtering,modulation,A/Dconversion)(Adetectingelement)

AmeasuringsystemsignalsignalIngeneral,measurementsystemscanberepresentedashavingthreeelements:

Adetectingelementcalledatransducerwhichproducesasignalrelatedtothequantitybeingdetected.（Transducerschangeinformationfromoneformtoanother.）Anelementcalledasignalconditionerwhichconvertsthesignalfromthetransducerintoaformwhichcanbedisplayed.Adisplayorrecordingelementwhichenablesthesignaltoberead.Amercury-in-glassthermometer

TemperatureinformationvolumeinformationVolumechangelengthchangeLengthchangepositionofmeniscusofmercuryagainstagraduatedscaleExample

TransducerDisplaySignalconditionerAmplificationPerformanceofmeasuringsystemsStaticcharacteristics:Definetheperformancecriteriaforthemeasurementofquantitiesthatremainconstantorvaryquiteslowly.Dynamiccharacteristics:Concerntherelationshipbetweenthesysteminputandoutputwhenthemeasurandisvaryingrapidly.characteristicsAccuracySensitivity

LinearityResolutionRepeatabilityDriftHysteresis(回程误差）RangeStaticAccuracy(error)isoftenspecifiedasapercentageofthefullrangeoutputorfullscaledeflection.(f.s.d),(Asystemmayhasanaccuracyspecifiedas1%off.s.d);istheclosenesswithwhichthereadingsgivenbythesystemapproachthetruevaluesofthequantitiesbeingmeasured.回程误差产生的原因：如铁磁材料的磁滞、结构材料的受力变形的滞后现象、机械结构中的摩擦和游隙等Hysteresiserrorisusedforthedifferenceintheoutputsgivenforthesamevalueofthequantitybeingmeasuredaccordingtowhetherthatvaluehasbeenreachedbyacontinuouslyincreasingchangeoracontinuouslydecreasingchange.Resolutionofasystemisthesmallestchangeininputwhichcanbeprocessedbyit.Sensitivityspecifieshowmuchoutputyougetperunitinput.Athermocouplemighthaveasensitivityof20µV/°C。Iftheoutputandinputsignalareofthesameform,

Magnification

canbeusedinalternative.Thenon-linearityerrorisusedfortheerrorthatoccursasaresultofassumingalinearrelationshipbetweentheinputandoutputovertheworkingrange.Thetermdriftisusedtodescribethechangeinoutputthatoccursovertimewhentheinputremainconstant.Thezerodriftisusedforthechangesthatoccurinoutputwhenthereiszeroinput.Repeatabilityisusedtoexpresstheabilityofameasurementsystemtogive

thesamevalueforrepeatedmeasurementsofthesamevalueofavariable.(用引用误差形式表示）溯源性

通过一条具有规定不确定度的不问断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。

检定

查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。

校准测量一般有三种类型；检定(验证)被测仪器的性能：调整被测仪器的响应；获得被测仪器的修正因子。校准：“按照明确的、由文件规定的步骤进行的一组操作：人们通过这组操作把用一台仪器进行测量的结果和用更准确的仪器或标准进行测量的结果进行比较，以便探测、报告、或者通过调整来消除被测仪器的误差；其关键的要求是校准测量是可以溯源到国家标准或其它可以接受的标准的。

Ca废li线br煤at蜡io惠n莲is庸t递he孕p差ro办ce疮ss具o注f锄co询mp猫ar劈燕in雾g测th分e船ou车tp越ut畅o炮f鸭a匪me悄as田ur少em术en菠t夏sy角st步em软a接ga圣in绑st证s牌ta田nd乱ar会ds捆o帮f劝kn纽奉ow榴n外ac柔cu赔ra穿cy连.Tr弓ac船ea陵bl波e恢st够an摸da赚rd魔sNa探ti杯on萍al此s找ta捡nd士ar情dsar让e渗us兽ed腊t炒o国ca矛li时br槽at腔e节st慰an弯da行rd夏s妨fo原r溜ca馋li础br你at懂io黎n任ce劳nt俩er溪sCa演li似br析at寒io蔽n桥ce与nt昆er冻s斥ta钳nd悬ar宿dsar搭e捉us枪ed绝t叫o塘ca逝li桃br呆at洞ed斤s腾ta那nd各ar尘ds晒f谅or业i笔ns植tr缝um彼en分t俭ma处nu雄fa斧ct绒ur课esSt小an茎da乞rd闯iz琴ed带i须ns袄tr修um垦en驴ts雾f吸ro牺m晌in话st马ru图me贱nt更m倘an访uf荣ac钱tu恭re政rs茄a桨re壳u段se脖d沿to捉p秩ro争vi挪dein秧c饱om乘pa地ny烦s婚ta徐nd紧ar赢dsIn驴c奇om乳pa爱ny渡s矩ta丝式nd坐ar亿ds鞭a她re临u民se戚d沫to尊c杰al说ib脊ra轧tepr汤oc融es扫s团in各st达ru随me涂nt甜sNationalstandard

CalibrationcenterstandardIn-companystandardsProcessinstrumentsAsimpletraceabilitychainfromtheinstrumentusedinprocessbacktonationalstandards重复粪性：集表征关测量凭系统刺输入硬量按记同一沿方向尼作全傅量程异连续芳多次滨变动姨时，鸭静态腹特性侍不一授致的卡程度坡。用脂引用晶误差奥形式途表示漂移勇：输逮入不虫变，链输出合随时挥间安染改变抬的现辛象。愁仪器文自身爹结构琴参数岩的变庄化及晶周围测环境度的变钓化。糖温漂样、零箱漂Dy丝式na浪mi期c傍pe瞧rf厦or帝ma月nc搞e动态列特性是研般究当申测试概与检躁测系补统的丝式输入献和输辟出均作为随盼时间摊而变株化的奴信号鸟时，系统序对输驾出信笛号的夕影响除。动态萍测量帜中，改当输诞入量乖变化械时人焰们观万察到符的输界出量累的变纯化不挽仅受昌研究哲对象尊动态谈特性尼的影主响，同时步也受巡寿到检奔测系数统动饰态特顺性的窑影响。系忌统的罢动态卷特性别一般亲通过似描述诱系统管的数学增模型如微株分方磁程、吃或找抗出系介统的动态嘱特性封函数如传棚递函吴数、曲频率贤响应奶函数类等来终进行跃研究系统腹模型四的划恶分线性纠系统义与非测线性圣系统线性旗系统:具有叠加蜓性、镇比例李性的系氏统连续彼时间螺系统个与离药散时担间系芬统连续述时间师系统:输入贡、输示出均绣为连续赢函数.描述悲系统霉特征创的为微分丹方程.离散衫时间臣系统:输入怨、输宝出均冲为离散亩函数.描述圾系统柴特征差的为差分相方程.时变康系统与时不职变系统:由系合统参拆数是津否随爬时间知而变舞化决楼定.对线勇性时郊不变笋系统恭（线齿性定地常系抵统）计进行坝分析呢的理宇论和兆方法稻最为闷基础赴、最刮成熟刘，同百时其智它系锯统通蜻过某章种假缠设后域可近敌似作叛为线横性定财常系月统来龄处理梦。一般绿的测故试系杂统都便可视板为线慢性定炸常系械统，伞即可以以用咬常微乳分方本程描哑述的销系统莲。线性芳系统动的性婶质：叠加拾性：弦引悉起的停输出夏分别掌为江如对输入帅为阁则输挽出为比例查特性（齐次性性）:如浙引起链的输密出为碎，僻则扒引起怠的输疼出为北。微分洽特性：驳引起词的输治出为积分犁特性：旺引起昏的输筑出为频率必保持越性：如胀则重要专结论：线性枪系统瓣具有望频率卡保持时特性包的含信义是砍输入泽信号傲的频属率成赏分通折过线留性系泽统后恢仍保葱持原叔有的文频率束成分弱。如薯果输懂入是暴很好模的正缠弦函像数，终输出有却包飞含其帖他频搏率成失分，尼就可钳以断区定其普他频嘉率成蒜分绝比不是便输入咳引起恋的，钻它们卵或由通外界怪干扰卷引起碗，或突由装妄置内叉部噪议声引洪起，母或输钓入太厅大使植装置伐进入直非线技性区世，或英该装京置中标有明鞭显的晚非线写性环厅节。如余渡弦信著号通处过非嗽线性沸系统掉（二什极管水），牌则输异出被破整流闪，其壮频率防成分绝被改毁变。输入信号输出信号非线性系统特性频率特性测量雕系统莫的广招义数针学模揪型测试酿系统泛的数棍学模乎型是你根据亮相应灶的物杯理定安律（烫如牛他顿定拼律、沾能量啦守恒父定律筒、基宁尔霍零夫电没路定任律等耍）而叹得出两的一笋组将微输入红和输绵出联姓系起暮来的扎数学遍方程侮式。常系闻数线结性微眉分方央程(G琴en木er动al埋D聚if牌fe瞧re搞nt么ia淹l复eq滋ua捕ti蜓on总)任何及一个管具体外的输狮入量筛和输尺出量足之间闷的关建系都纵可以相写成庆下列司数学界形式y：输出悦量；x：输入冶量；t：时间系统亦的阶孕次由输出于量最高粗微分祝阶次n决定。。举脱例RL汇C电富路，锐如果颂输入溜电压遗是随浊时间增变化顺的灶，其输使出是速随时庭间变搁化的仓电压则可携建立拒输入预和输刻出之绍间的散微分赶方程搂：可见悉此电谢路是袭二阶体线性诱系统清，如钥果电梯气结乘构参旦数R、L、C在运第行过太程中预不发努生变僵化，泽则是矛定常目系统纽奉。描述抚系统爹动态饼特性屑更为搭广泛育的函塘数是传递器函数传递捏函数未的定义充：x(甲t)困、y傲(t累)及疼其各物阶导晋数的裹初始勤值为瞒零，系统锈输出泛信号骂的拉虏普拉兄斯变葛换(颤拉氏刻变换肺)与忌输入阶信号腐的拉甩氏变围换之约比，记电为式中充为输悦出信井号的贝拉氏膜变换为输幕入信相号的裂拉氏怜变换s为国拉氏屑变换元算子装:爬和绕皆链为实挂变量传递还函数惑(T钩ra码ns启fe皂r马fu泥nc踩ti咱on数)复频太率xy输入量输出量H(s)=作为奥一种娃数学抢模型携，和荡其它拿数学铸模型蠢一样搅，装偿置的沃传递雹函数与测今量信柴号无筝关，也不趟能确吸定装塌置的颤物理席结构，只劳表示激测量令装置象本身圾在传省输和泻转换瓣测量陵信号盐中的病特性灰或行棒为方旦式。传递昼函数侮以测害量装恢置本年身的妄参数孟表示嚷出输蔑入与您输出旬之间汽的关盏系，乐所以钢它将包含着联炉系输狂入量帅与输侦出量享所必弦须的单位。频率裙响应挪函数拘(F悼re娃qu涌en润cy狭r状es汪po弊ns枕e)线性研系统驳的输伏出输筑入关邮系为骆：将此办公式话两边得作傅氧里叶巨变换仁，在沸变换卫过程芦中利刊用富助里叶苦变换驱的微妹分性防质得她：以代入钞（1睛）式适，也贩可以捕得到野频响承函数妄，说潮明频淋率响诉应函态数是帐传递奇函数闪的特花例。物理古意义是频录率响暖应函牌数是疮在正弦女信号炎的激片励下，致测量棋装置教达到稳态后输敏出和晒输入抢之间胖的关征系。防直观悉反映既了测读试系怕统对兄各个尝不同锋频率票的正脱弦信肢号的卖响应扛特性颗。则线性系统的频响函数为：A()脱-迅曲臭线称甚为幅频伤特性疾曲线，仆(吴)-蜻则曲线妈称为相频丘特性台曲线。实派际作执图时哭，常丧画出裳20岸lg少A(旷)迅-l级g丢和金(叛)-应lg洽曲赔线，废两者充分别萍称为叨对数劫幅频退曲线德和对干数相零频曲灭线，甘总称咳为伯德昼图（蔽Bo伴de貌图）。作探Im剃(锁)-融Re奖(础)曲狱线并材注出遮相应曲频率厘，级称为奈魁丛斯特千图（雄Ny膏qu笋is属t图妹）。H(抬j)轨一般恳为复龟数，遣写成园实部呼和虚故部的族形式滴：常见缎测试条系统系统壶阶次量由输出逝量最串高微均分阶鞋次确定牵。最债常见泰的测钉试系云统可相概括征为零屋阶系罪统、乒一阶参系统当、二顽阶系绵统。零阶械系统（Z小er购o-床or愤de深r炒sy塔st宫em默)数学下表述传递远函数K：静态恐灵敏异度零阶妖系统榴的输舅出和描输入解同步凝变化夫，不雷产生寸任何启的失摸真和蛙延迟办，因辰此是馆一种及理想杂的测财试系劳统，覆如位腰移电早位器倚、电测子示固波器蛋等。一阶惧仪表数学晒表述传递公函数静态械灵敏燃度时间裹常数一阶炎系统洋(F治ir解st渗-o枝rd机er传S村ys叮te酱m)在工谣程实疑际中扬，一家个忽性略了旅质量量的单赚自由刻度振份动系萌统，台在施旷于A气点的流外力遥f(叹t)筒作用她下，庄其运果动方骨程为一阶苍系统每的频呼率特评性：一阶钞系统旱是一威个低赏通环淹节。欲只有帝当远著小于1/绵时，墨幅频纹响应飘才接证近于1，因控此一骆阶系尾统只利适用贫于被泼测量东缓慢烤或低成频的箱参数滔。幅频夹特性摸降为悲原来调的0.旗70危7（即灿－3d虑B)，相位五角滞牧后45o,时间选常数决愉定了联测试构系统舰适应形的工糠作频窗率范晶围。一阶屈系统划的频侮率响占应函态数为清：负值雁表示钉相角腐的滞传后二阶居系统裂（S茧ec荐on写d-获or养de塔r券sy遍st痕em慰)数学桂表述传递旱函数频率勇响应马函数盖：静态默灵敏共度(聪Tr批an舌sd浊uc棉ti剖on省c遇on株st蔑an丘t)系统训固有妈频率窑(T般he妥a揪ng质ul龟ar锅n蹦at喘ur竟al聚f季re属qu邮en级cy戒)阻尼隔比(样Da漏mp门in蹈g阅ra婆ti掘o)在动步圈式滑电表萄中，可由永果久磁略钢所肯形成领的磁议场和偷通电指线圈洽所形博成的吹动圈妙磁场置相互味作用奔而产筑生的马电磁槐转矩狱使线纷圈产库生偏堡转运熔动，德如图般所示惧，动狗圈作乳偏转唯运动槐的方兔程式深为例：如图伐所示搜的弹簧忘－质引量－害阻尼系统阵，其张运动耗方程涉为：将此换公式荣左右嘴作付限里叶德变换谊得：该系撒统的演频响蜻函数默为如果材输入脑输出诸信号病满足：若A0和t0都是进常量月，则馆认为败是不上失真乐测试燥。理想前测试搂系统信号争无失领真传正输是童指系般统的拿输出乓信号挣与输捎入信膨号相挠比，雹只有灰幅度寄大小芬和时毅间先院后的鼻不同牛，而添没有曾波形面的变吃化。如一唯正弦荷信号紫（单证一频融率）享输入欺到一哈个一谢阶系朝统，散一阶天系统谁的运赚动微炕分方紫程为将代入钩后可据求解织出微清分方旦程衰减项(Complementaryfunction(c.f.)part)isthetransientpartoftheresponseParticularintegral(p.I.)partisthesteady-stateresponse若将屯此信纱号输验入到盲一个枪二阶公系统领，此倍二阶卡系统腰微分胳方程楚若为将代入橡求解肃得式中衰减执项由前面系统时域响应两个公式来看，无论一阶还是二阶系统，其时域响应均可认为是由衰减项或与不衰减项或组成。衰减项称为瞬态响应分量，它将随时间逐渐衰减到零，反映了系统的固有特性。不衰减项称为稳态响应分量，随时间增长而趋于稳定的部分。可以伐证明胸，正弦筛函数的拉举氏变它换与单边徒正弦晴信号的付猛里叶尿变换代相等预，即瞬态过程传递函数稳态过程频响函数重要葵结论频响避函数的含船义是肝一系禁统对江输入菌与输荐出皆诵为正槐弦信国号传滋递关械系的丈描述既。它快反映块了系障统稳巧态输扮出与怒输入傍之间留的关梅系，振也称些为正弦漠传递迫函数。传递临函数是系偿统对坑输入米是正往弦信睡号，兽而输跑出是正弦毙叠加茶瞬态携信号传递冲关系膨的描晋述。等它反悲映了净系统瓶包括稳态和瞬态输出腔与输锡入之排间的葡关系喉。如只勤研究接稳态狼过程残的信够号，爬则用鼻频响隶函数然来分拔析系露统。渡如研钟究稳徒态和大瞬态床全过捏程信凤号，则用伐传递师函数仔来分迈析系拾统。如果镜输入骡信号核是单位伟脉冲处信号，即摸:经拉魄氏变捆换,h(馅t)紧常产称为童脉冲课响应莲函数.测量窜系统沫对瞬疯态激际励的喜响应瞬态络过程琴，反败映了台系统杏的固防有特忧性。食评价坑系统蝴动态敬特性竟的一联个重劣要方劈燕法就产是分洽析系杂统对益瞬态欺输入费信号夕的反碎应。Th密e竟pu盈ls改e捧re认sp无on截se植o州f绍ea援ch燥s论ys洲te已m策is在s什ho迹wn器a蹦s修Fi蹲g促1.Transferfunctionh(t)First-ordersystemSecond-ordersystemTransferfunctionh(t)系统烧对阶散跃输悲入响非应系统婶对单泉位脉披冲函忠数付的赢响应单位樱脉冲离函数棍的定怪义：，为单位盾脉冲导响应，它侦反映谊了系驼统的秒时域址内的待传输访特性浓。系统相对布原点聚有一河时移混的单很位脉弱冲信棕号免的假响应棚为爽。待既然期面积文为1的迟信号扎所引哑起的汤系统酬响应丛为披，浆那么脉位于骑原点估上的昂面积悼为特的坡窄条护信号郑输入沈后所地引起蠢的该饰系统换响应避应为傲，源偏离瓜原点挪的位摸置滴的漠窄条激面积绣信号斯的响龟应信胆号应欠为害。系统因此篮由很曲多窄勾条叠钱加而专