测试系统的基本特性

测试系统的基本特性第1页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性测量系统的特性：输出与输入之间的关系。静态特性：输入为静态信号时输入与输出之间的关系。动态特性：输入为动态信号时输入与输出之间的关系输入信号（被测物理量）x(t)测量装置输出信号y(t)测试系统示意图第2页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性第一节测量系统第3页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性线性定常系统（线性时不变系统）：第4页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性线性系统性质：（1）叠加性：几个输入所产生的总输出是各个输入所产生的输出叠加的结果。若，则第5页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性（2）比例特性：当输入增加时其输出也以输入增加的同样比例增加。若则第6页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性（3）微分特性：系统对输入微分的响应等同于对原信号输出的微分。若则第7页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性（4）积分特性：系统对输入积分的响应等同于原输入响应的积分。若则第8页，课件共61页，创作于2023年2月第一节

测量系统第二章测量系统的基本特性（5）频率保持性：当线性系统的输入为某一频率信号时，则系统的稳态响应也是同一频率的信号。若则第9页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性第二节测量系统的静态特性第10页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性测量范围与量程测量上限：测量装置所能测量的最大被测量的数值（Xmax)。测量下限：测量装置所能测量的最小被测量的数值(Xmin)。

测量范围：测量下限到上限之间的范围。如：-50~150量程：测量装置允许测量的输入量的上、下限值之差，即测量上限、下限（即示值范围的上、下限）的之差的模。

量程=Xmax—Xmin用于动态测量的装置，还标明在允许误差极限范围内所能测量的频率范围。第11页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性-500c+1500c如：量程=150-（-50）=200第12页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性灵敏度

S=Δy/Δxyx0S=Δy/Δx线性测量装置dydxS=dy/dxyx0非线性测量装置第13页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性分辨力通常，把引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的最小被测量变化值，称为鉴别力阈（也称为灵敏阈或灵敏限）。分辨力是指测量装置能检测到的最小的输入增量。x△xy0分辨力△y灵敏限灵敏阈死区例，用显示保留小数点后两位的数字仪表测量时，输出量的变化“阶梯”为0.01，那么0.01的输出所对应的输入量的大小，即为分辨力。第14页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性模拟式仪表的分辨力以最小刻度的一半所代表的输入量表示。数字式仪表则以末位显示字所代表的输入量表示。分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为分辨率。

第15页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性动态测量范围

测量装置的动态测量范围DR可表示为：第16页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性一般来讲，测量范围大的仪表，其灵敏度较低，灵敏限较高，分辨力比较差。动态范围大，就意味着仪表既有较大的测量范围又有较高的分辨力或较低的灵敏限。第17页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性线性度

线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度，即：校准直线接近拟合直线的程度。BA测量范围输出范围xy拟合曲线校准曲线线性误差：第18页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性回程误差回程误差是指在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对应于同一个输入量往往有不同的输出量。

回程误差：迟滞特性0yxA第19页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性漂移漂移是指测量装置在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。主要有零点漂移、灵敏度漂移等。零点漂移或灵敏度漂移又可以分为：时间漂移和温度漂移。

时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。

温度漂移是指因环境温度的变化而引起的零点或灵敏度的漂移。也就是温漂表示温度变化时，测量装置输出值的偏离程度。

第20页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性y0:测量装置零点的初始输出值Y0’:测量装置零点的最大或最小输出值ty0y,0y01h①、零点时漂：测量装置一小时内的零点漂移D为：（1）零漂第21页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性xy0零漂灵敏度漂移②、零点温漂：第22页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性：在室温T1时测量装置满量程输出平均值。：在T2温度下保温一小时后，测量装置满量程输出平均值。（2）灵敏度漂移第23页，课件共61页，创作于2023年2月第二节

测量系统的静态特性第二章测量系统的基本特性稳定性测试时先将测量装置输出调至零点或某一特定点，相隔4h、8h或一定的工作次数后，再读出输出值，前后两次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示,也可用绝对误差表示。

测量装置使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响测量装置长期稳定性的因素除装置本身结构外，主要是装置的使用环境。因此，要使测量装置具有良好的稳定性，测量装置必须要有较强的环境适应能力。在实际应用中，主要通过测量装置的零点漂移、灵敏度漂移、抗干扰稳定性等方面来考察装置的稳定性。第24页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性第三节测量系统的动态特性第25页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性引言拉普拉斯变换：当系统初始条件为零时：第26页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性两边取拉氏变换：第27页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性一、传递函数第28页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性

传递函数的主要特点：

1)H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它只表达了系统的传输特性。H(s)所描述的系统对任一具体输入x(t)都确定地给出相应的输出y(t)。

2)H(s)只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构。同一形式的传递函数可以表征具有相同传输特性的不同物理系统。例如液柱温度计和RC低通滤波器同是一阶系统，具有形式相似的传递函数，而其中一个是热学系统，另一个却是电学系统，两者的物理性质完全不同。第29页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性二、频率响应函数第30页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性A(ω)被定义为该系统的幅频特性，φ(ω)被定义为该系统的相频特性。两者统称为系统的频率特性第31页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性第32页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性

频响函数的物理意义：输出与输入的幅值比输出与输入的相位差思考：如何通过实验方法求取系统的频响函数？第33页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性三、脉冲响应函数脉冲响应函数第34页，课件共61页，创作于2023年2月第四节测量系统的不失真测量第二章测量系统的基本特性第四节测量系统的不失真测量第35页，课件共61页，创作于2023年2月第四节测量系统的不失真测量第二章测量系统的基本特性第36页，课件共61页，创作于2023年2月第四节测量系统的不失真测量第二章测量系统的基本特性对上式作傅里叶变换，则则其幅频和相频特性应分别满足A(ω)＝A0＝常数

φ(ω)＝-t0ω这就是说，理想测量装置的幅频特性为水平直线，相频特性为过原点的斜线，否则装置的输出就会产生幅值或相位失真。第37页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性继续讲解

第三节测量系统的动态特性第38页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性四、一阶系统的频率响应特性第39页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性标准形式：

第40页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性对微分方程取拉氏变换得到：一阶系统的传递函数为

将S=jw代入上式，得其频率响应函数为幅频、相频特性表达式为第41页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性静态灵敏度k的大小只取决于装置结构，与输入信号频率无关。为了方便、简明清晰地用图形表述频率特性，通常k取1。即：第42页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性时，，几乎与ω成反比，相位滞后近900。与之对应的微分方程为：

输出和输入的积分成正比，系统相当于一个积分器。1）一阶测量装置适用于测量缓变或低频的被测量。一阶系统频率特性特点：第43页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性2）、在处，为0.707（-3dB），相位滞后450。当时：，输入与输出成线性关系；很小，且，相位差与频率成正比。这时输出能真实地反映输入的变化规律。2）越小，频率响应特性越好，适用的频率范围越宽。3）一阶装置不失真测量条件：越小越好。1）一阶测量装置适用于测量缓变或低频的被测量。一阶系统频率特性特点：第44页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性五、二阶系统的频率响应特性第45页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性标准形式

第46页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性

二阶系统传递函数为：

相应的频率响应函数为：

第47页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性

幅频特性和相频特性分别为：第48页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性若k

=1，幅频特性和相频特性分别为：第49页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性第50页，课件共61页，创作于2023年2月第三节测量系统的动态特性第二章测量系统的基本特性二阶装置的不失真测量的条件是：第51页，课件共61页，创作于2023年2月第52页，课件共61页，创作于2023年2月第五节装置基本特性的测试一、静态特性的测试给装置输入一系列已知的标准量，记录对应的输出量。根据记录的数据作出装置的静态特性曲线，由这条曲线可获得灵敏度、非线性度等重要的静态特性参数。二、动态特性的测试常用的方法有：1、频率响应法2、阶跃响应法第53页，课件共61页，创作于2023年2月采用阶跃响应法测量装置的动态特性

对测量装置突然加载或突然卸载，即属于阶跃输入，这种输入方式既简单易行，又能充分揭示测量装