测量装置基本特性
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第二章测试装置的基本特性本章学习要求1.建立测试系统的概念2.了解测试系统特性对测量结果的影响3.了解测试系统特性的测量方法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,而是否能够实现准确测量,则取决于测量装置的特性。
这些特性包括静态与动态特性、负载特性、抗干扰性等。
这种划分只是为了研究上的方便,事实上测量装置的特性是统一的,各种特性之间是相互关联的。
系统动态特性的性质往往与某些静态特性有关。
例如,若考虑静态特性中的非线性、迟滞、游隙等,则动态特性方程就称为非线性方程。
显然,从难于求解的非线性方程很难得到系统动态特性的清晰描述。
因此,在研究测量系统动态特性时,往往忽略上述非线性或参数的时变特性,只从线性系统的角度研究测量系统最基本的动态特性。
2.1 测试系统概论测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。
当测试的目的、要求不同时,所用的测试装置差别很大。
简单的温度测试装置只需一个液柱式温度计,而较完整的动刚度测试系统,则仪器多且复杂。
本章所指的测试装置可以小到传感器,大到整个测试系统。
玻璃管温度计轴承故障检测仪图2.1-1在测量工作中,一般把研究对象和测量装置作为一个系统来看待。
问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。
常见系统分析分为如下三种情况:1)当输入、输出能够测量时(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。
-系统反求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。
-系统预测图2.1-2 系统、输入和输出2.1.1 对测试系统的基本要求理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入-输出关系。
对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。
知道其中一个量就可以确定另一个量。
其中以输出和输入成线性关系最佳。
输入输出(响应)系统第二章 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)(t x 、装置(系统)的传输特性)(t h 和输出量)(t y 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。
测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程确定的。
静态标定是一个实验过程,这一过程是在只改变测量装置的一个输入量,而其他所有的可能输入严格保持为不变的情况下,测量对应得输出量,由此得到测量装置的输入输出关系。
3、测量装置的动态特性测量装置的动态特性是当被测量即输入量随时间快速变化时,测量输入与响应输出之间的动态关系得数学描述。
研究测量装置动态特性时,认为系统参数不变,并忽略迟滞、游隙等非线性因素,可用常系数线性微分方程描述测量装置输入与输出间的关系。
测试装置的静态特性
抱负的静态量的测试装置,其输出应单调、线性比例于输入,输出对输入的微分是常数。
静态特性主要以灵敏度、非线性度和回程误差为表征。
灵敏度:灵敏度S是装置的静态特性的一个基本参数。
S=ΔY/ΔX,输出的变化量和输入的变化量之比。
非线性装置的灵敏度就是该装置特性曲线的斜率,线性装置的灵敏度为常量。
灵敏度不肯定有单位,没有单位时称”放大倍数”,电测仪器中电子元件参数的变化或机械部件尺寸和材料特性的变化引起的灵敏度的变化,称为”灵敏度漂移”。
一般,灵敏度越高,测量范围越窄、稳定性也越差。
线性度:定度曲线偏离其拟合直线的程度就是非,是二线的最大偏差B与全量程A的比值,即,线性误差=(B/A)·100%
回程误差:也称滞后或变差。
对于同一个输入量,所得到的两个数值不同的输出量之间的差值中的最大者,称为回程误差,或滞后量。
一般由滞后现象引起(磁滞、受力变形),也可能反映着仪器的不工作区(死区)(输入变化对输出无影响的范围)的存在。
稳定度与漂移:零漂表示测量装置在零输入状态下,输出值的漂移。
分为时间零漂和温度漂移。
重复性:在同一测试条件下,对测量装置重复加入同样大小的输入量所得到的输出量之间的差异。
稳定性:表示测量装置在一个长时间内保持其性能参数的力量,也就
是在规定的条件下,测量装置的输出特性随时间的推移而保持不变的力量
精度:表征测量装置的测量结果y与被测真值μ的全都程度。
量程:指测量装置允许测量的输入量的上、下极限值。
输入输出(响应)系统第二章 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)(t x 、装置(系统)的传输特性)(t h 和输出量)(t y 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。
测量装置的静态特性是通过某种意义的静态标定过程确定的。
静态标定是一个实验过程,这一过程是在只改变测量装置的一个输入量,而其他所有的可能输入严格保持为不变的情况下,测量对应得输出量,由此得到测量装置的输入输出关系。
3、测量装置的动态特性测量装置的动态特性是当被测量即输入量随时间快速变化时,测量输入与响应输出之间的动态关系得数学描述。
研究测量装置动态特性时,认为系统参数不变,并忽略迟滞、游隙等非线性因素,可用常系数线性微分方程描述测量装置输入与输出间的关系。
测试装置基本特性习题1.线性定常系统有那些基本特性?简述同频性在动态测量中的重要意义。
2、.测量装置有哪些静态特性指标?3.待测压缩机转速为1000 r/min,现有1.0级精度,量程为1000 r/min及2.0级精度,量程为3000 r/min 的两个转速,请问使用哪一个转速表较好,并说明原因。
4.说明测量装置的幅频特性A(ω)和相频特性φ(ω)的物理意义。
为什么A(ω)=k(常数)和φ(ω)=-ωt。
时,可以作到理想的不失真测量?5.用时间常数为0.5秒的一阶测量装置进行测量,若被测参数按正弦规律变化,如果要求仪表指示值的幅值误差小于2%,问:被测参数变化的最高频率是多少?如果被测参数的周期是2秒和5秒,幅值误差是多少?6.求周期信号χ(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-45°)通过频率响应为Η(jω)=1/(1+0.005jω)的测量装置后得到的稳态响应。
7.用一个一阶测量装置测量100Hz的正弦信号,如果要求振幅的测量误差小于5%,问:此仪器的时间常数应不大于多少?若用具有该时间常数的测量仪器测量50Hz的正弦信号,相应的振幅误差和相位滞后是多少?8.试说明二阶测量装置的阻尼比的值多采用0.6~0.7的原因。
9.已知一个二阶测量装置,阻尼比ζ=0.65,fn=1200Hz,问:输入240Hz和480Hz的信号时A(ω)和φ(ω)是多少?若阻尼比ζ变为0.5和0.707,A(ω)和φ(ω)又各是多少?10.已知某一测力传感器为二阶测量装置,其动态参数为固有频率fn=1200Hz,ζ=0.707。
试求当测量信号χ(t)=sin2πft+sin6πft+sin10πft时其幅值、相位变化,其中f=600Hz。
最后请用幅频、相频图作出定性解释。