机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 第三章测试系统的基本特性 一、静态特性 二、动态特性 三、不失真测试条件 四、测试系统的动态误差 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 第三章 测试系统的基本特性 一、静态特性 二、动态特性 三、不失真测试条件 四、测试系统的动态误差
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 测试系统的基本特性？ 观点1：从信号与系统的观点出发，测试系统也属于一种系统，测 试信号则是这种特定信号在系统中的传递。“信号”作为信息处理与 信号分析的对象，而“系统”则是这种处理与分析的载体。 观点2：测试系统的输入是被测对象的各种物理量。而输出则是 测量结果或测量值，测试信号经输入到输出的传递过程必须满足精确 测试或不失真测试，这样才能正确反映被测对象中我们所关心的各种 被测参数。 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 测试系统的基本特性？ 观点1：从信号与系统的观点出发，测试系统也属于一种系统，测 试信号则是这种特定信号在系统中的传递。 “信号”作为信息处理与 信号分析的对象，而“系统”则是这种处理与分析的载体。 观点2：测试系统的输入是被测对象的各种物理量。而输出则是 测量结果或测量值，测试信号经输入到输出的传递过程必须满足精确 测试或不失真测试，这样才能正确反映被测对象中我们所关心的各种 被测参数
SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 观点3：信号传递过程中必然会受到系统特性的制约和影响，通 常意义下的特性包括静态特性、动态特性、负载效应、抗干扰性等， 各种特性之间是相互关联和相互影响的。 观点4：测试系统涵盖新产品研发阶段、运行（过程）控制阶段、 监测与故障诊断阶段。在测试系统的设计和构建，以及对现有测试 系统的分析评估中，对测试系统的特性进行描述和分析尤其重要。 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 观点3：信号传递过程中必然会受到系统特性的制约和影响，通 常意义下的特性包括静态特性、动态特性、负载效应、抗干扰性等， 各种特性之间是相互关联和相互影响的。 观点4：测试系统涵盖新产品研发阶段、运行(过程)控制阶段、 监测与故障诊断阶段。在测试系统的设计和构建，以及对现有测试 系统的分析评估中，对测试系统的特性进行描述和分析尤其重要
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 一、静态特性 当测试系统在稳态信号的作用下，其输入、输出关系称为静态特性。 静态特性不仅与测试系统的内部参数有关，还与其组成结构有关。 被测对象 传感器/敏感器件 信号调理电路 计算机分析 与控制系统 数字接口 模拟量 显示记录 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 一、静态特性 当测试系统在稳态信号的作用下，其输入、输出关系称为静态特性。 静态特性不仅与测试系统的内部参数有关，还与其组成结构有关
SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 静态特性可以通过静态标定得到，即只改变测试系统的一个输入量， 通过测量对应的输出量而建立输入输出之间的关系→测试系统静态特性。 静态特性一般包括误差、精确度、线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、 重复性、漂移、死区和零点输出等。 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 静态特性可以通过静态标定得到，即只改变测试系统的一个输入量， 通过测量对应的输出量而建立输入输出之间的关系→测试系统静态特性。 静态特性一般包括误差、精确度、线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、 重复性、漂移、死区和零点输出等
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering (一)误差 任何测量都有误差，误差E是测量值（指示值）与真值（或准确值） 之差，式中，y为测量值（或指示值），x为真值（或准确值）： E=y-x 1.绝对误差：绝对误差与被测物理量具有同样的物理量纲，可以比较 同一类被测参数的准确程度。 绝对误差=y一x 2.相对误差：相对误差没有物理量纲，它可以比较不同被测参数的测 试系统的准确程度，有时是还用于满量程指示值的百分比来表示。 相对误差=y-x×100% 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 1.绝对误差：绝对误差与被测物理量具有同样的物理量纲，可以比较 同一类被测参数的准确程度。 绝对误差= |𝑦 − 𝑥| 2. 相对误差：相对误差没有物理量纲，它可以比较不同被测参数的测 试系统的准确程度，有时是还用于满量程指示值的百分比来表示。 相对误差= 𝑦−𝑥 𝑥 × 100% （一）误差 任何测量都有误差，误差𝐸是测量值(指示值)与真值(或准确值) 之差，式中， 𝑦为测量值(或指示值),𝑥为真值(或准确值)： 𝐸 = 𝑦 − 𝑥
SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 3.精确度：精确度是指测量值与真值的符合程度，也称准确度，反映了 测量结果中的系统误差和随机误差的综合，即非线性、迟带、漂移等诸 多因素导致的不确定度之和，与概率界限有关。有些测量仪器为了表示 精确度大小，采用精度等级来表示： 精度等级=4max×100% A 式中，△max为满量程内的最大可能误差；A为最大量程。 例如，某型微电流计，最大量程为100A,最大可能误差为士1.5A, 则精度等级为1.5级。 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering 3. 精确度：精确度是指测量值与真值的符合程度，也称准确度，反映了 测量结果中的系统误差和随机误差的综合，即非线性、迟滞、漂移等诸 多因素导致的不确定度之和，与概率界限有关。有些测量仪器为了表示 精确度大小，采用精度等级来表示： 精度等级= Δ𝑚𝑎𝑥 𝐴 × 100% 式中， Δ𝑚𝑎𝑥为满量程内的最大可能误差；A 为最大量程。 例如，某型微电流计，最大量程为100μA，最大可能误差为±1.5μA ， 则精度等级为1.5级
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering (二)灵敏度 灵敏度是在稳态情况下单位被测量引起的系统输出值（测量值） 的变化，具有输入输出物理量的量纲。 灵敏度= Ay X 式中，△y为电量，△x为机械量、物理量、几何量等。 在测试系统的线性范围内，其灵敏度不变化；而在非线性区域， 灵敏度是一个变量。一般希望灵敏度高，因为工程上大都是完成非 电量转换，即被测量是微弱变化的机械量或其他物理量，而传感器 或敏感器件将其转换成电量，在信号调理电路中进行处理。 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （二）灵敏度 灵敏度是在稳态情况下单位被测量引起的系统输出值(测量值) 的变化，具有输入输出物理量的量纲。 灵敏度= Δ𝑦 Δ𝑥 式中，Δ𝑦为电量，Δ𝑥为机械量、物理量、几何量等。 在测试系统的线性范围内，其灵敏度不变化；而在非线性区域， 灵敏度是一个变量。一般希望灵敏度高，因为工程上大都是完成非 电量转换，即被测量是微弱变化的机械量或其他物理量，而传感器 或敏感器件将其转换成电量，在信号调理电路中进行处理
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering (三)分辨率（灵敏限） 分辨率有两种含义：一种是针对数字工作方式的测试系统，是 数显最后一位数的数据；另一种是针对模拟工作方式的，是引起测 试系统的输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值。 因此，分辨率可以理解为测试系统能敏感的最小输入量（即最 小被测量)的增量；如果不考虑迟滞等因素影响，分辨率就是灵敏 度的倒数。由此可见，灵敏度与分辨率之间是相互矛盾的，在测试 系统的设计与构建中需要视情况进行取舍。 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （三）分辨率（灵敏限） 分辨率有两种含义：一种是针对数字工作方式的测试系统，是 数显最后一位数的数据；另一种是针对模拟工作方式的，是引起测 试系统的输出值产生一个可察觉变化的最小输入量变化值。 因此，分辨率可以理解为测试系统能敏感的最小输入量(即最 小被测量)的增量；如果不考虑迟滞等因素影响，分辨率就是灵敏 度的倒数。由此可见，灵敏度与分辨率之间是相互矛盾的，在测试 系统的设计与构建中需要视情况进行取舍
SMEE 机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering (四)线性度 线性度是指输入输出关系与理想线性（即理想直线关系）的偏离 程度，线性度标志灵敏度是否随输入变化而变化，它表示在输出满 量程范围内偏离理想直线最大值的百分比。 e,=4题x100% VES 机越与电气工程学院
机械与电气工程学院 School of Machanical and Elcetrical Engineering （四）线性度 线性度是指输入输出关系与理想线性(即理想直线关系)的偏离 程度，线性度标志灵敏度是否随输入变化而变化，它表示在输出满 量程范围内偏离理想直线最大值的百分比