第二章 测试象统
第 二 章 测 试 系 统
测试系统的特性 测试系统定义： 完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变 换特性的物理装置构成的总体。 输入（激励） 测试系统 输出（响应） (对信号的传递特性) x() y(t) 测试系统与输入输出量之间的关系
测试系统与输入/输出量之间的关系 输入(重量) 输出(弹簧位移) x(t) y(t) (a) 线性弹簧的比例特性 弹簧 (线性比例特性) 输入(激励) 输出(响应) x(t) y(t) (b) 一般系统与输入/输出的关系 测试系统 (对信号的传递特性) 完成某种物理量的测量而由具有某一种或多种变 换特性的物理装置构成的总体。 测试系统定义： 测试系统的特性
测试系统的特性 静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变的测 量。 动态测量：被测量本身随时间变化，而测量系统 又能准确地跟随被测量变化而变化，称为动态测 量。 静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静 态特性。 动态测量时，测试系统的输出随输入而变化的关 系，称为动态特性
测试系统的特性 • 静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变的测 量。 • 动态测量：被测量本身随时间变化，而测量系统 又能准确地跟随被测量变化而变化，称为动态测 量。 • 静态测量时，测试系统表现出的响应特性称为静 态特性。 • 动态测量时，测试系统的输出随输入而变化的关 系，称为动态特性
2.1静态特性 测量仪器的准确度及其定量指标 准确度指测量仪器给出的示值和真值的接近程度。 测量仪器最主要的计量性能指标： 仅仅由仪器自身的原因造成： 定性概念： 定量指标用准确度等级、示值误差或引用误差表示： ①示值误差=测量值一真实值 (真实值用约定真值代替) ②引用误差=示值误差/量程 ③准确度等级就是根据示值误差或引用误差而划分的准确度级别。 当某个测量仪器的引用误差不大于0.01时(1%)，该仪器的准确度为1级。但 只是准确度等级为1级而决非准确度为1%。 如：电工仪表的准确度等级可分为：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、5.0七级
2.1静态特性 （一）测量仪器的准确度及其定量指标 准确度指测量仪器给出的示值和真值的接近程度。 • 测量仪器最主要的计量性能指标； • 仅仅由仪器自身的原因造成； • 定性概念； • 定量指标用准确度等级、示值误差或引用误差表示： ① 示值误差＝测量值－真实值 （ 真实值用约定真值代替） ② 引用误差=示值误差/量程 ③ 准确度等级就是根据示值误差或引用误差而划分的准确度级别。 当某个测量仪器的引用误差不大于0.01时（1％），该仪器的准确度为1级。但 只是准确度等级为1级而决非准确度为1％。 如：电工仪表的准确度等级可分为：0.1 、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、5.0七级
2.1静态特性 (二)测量仪器的重复性 (精密度) 在相同测量条件下，重复测量同一个被测量时测量仪器 示值的一致程度。 重复性可以用示值的分散性来定量表示。要求仪器示值 分散在允许的范围内。 重复性是测量仪器的重要指标，反映了仪器工作的可信 度和有效性
2.1静态特性 （二）测量仪器的重复性（精密度） 在相同测量条件下，重复测量同一个被测量时测量仪器 示值的一致程度。 重复性可以用示值的分散性来定量表示。要求仪器示值 分散在允许的范围内。 重复性是测量仪器的重要指标，反映了仪器工作的可信 度和有效性
静态特性 (三)灵敏度 系统输出信号的变化相对于输入信号变化的比值，反映了 仪器对输入量变化的反应能力，是一个基本参数。 k= dy dx =f'(x) 线性检测装置-k=△常数 △X 非线性检测装置-k为输入量x的变量 环境温度能造成灵敏度随之变化： (温度漂移) 灵敏度越高，系统反映输入微小变化的能力就越强。但灵敏度越高，会影响系统 的稳定性及测量范围。在同等输出范围的情况下，灵敏度越大测量范围越小
静态特性 （三）灵敏度 系统输出信号的变化相对于输入信号变化的比值，反映了 仪器对输入量变化的反应能力，是一个基本参数。 • 线性检测装置--- 常数 • 非线性检测装置--- k为输入量x的变量 • 环境温度能造成灵敏度随之变化；（温度漂移） • 灵敏度越高，系统反映输入微小变化的能力就越强。但灵敏度越高，会影响系统 的稳定性及测量范围。在同等输出范围的情况下，灵敏度越大测量范围越小。 '( ) dy k f x dx = = y k x =
静态特性 (四)分辨万 分辨力是指测试系统可能检测出被测信号的最 小变化的能力，通常是以最小单位输出量变化 所对应的输入量变化来表示。 >分辨力与灵敏度有密切的关系，即为灵敏度的倒数。 >分辨力可以用绝对值△，也可以用满量程的百分比δ来 表示。 >对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表 的输入量即为该系统的分辨力；
静态特性 （四）分辨力 分辨力是指测试系统可能检测出被测信号的最 小变化的能力，通常是以最小单位输出量变化 所对应的输入量变化来表示。 ➢ 分辨力与灵敏度有密切的关系，即为灵敏度的倒数。 ➢ 分辨力可以用绝对值∆，也可以用满量程的百分比δ来 表示。 ➢ 对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表 的输入量即为该系统的分辨力；
静态特性 (五)信噪比 混杂在输出信号中的无用成分称为噪声。 信噪比的表达式： 定义1：20lgAs/AN(输出信号峰值/噪声信号峰值)： 定义2：10lgPs/PN(输出信号功率噪声信号功率)： 般仪器的信噪比要在40分贝以上
静态特性 （五）信噪比 混杂在输出信号中的无用成分称为噪声。 • 信噪比的表达式： 定义1：20lgAS /AN (输出信号峰值/噪声信号峰值)； 定义2：10lgPS/PN (输出信号功率/噪声信号功率)； 一般仪器的信噪比要在40分贝以上
静态特性 (六)示值范围、标称范围、量程、测量范围和动态范围 示值范围是显示装置上最大与最小示值的范围。 当仪器有多档量程时，用标称范围取代示值范围。 量程指标称范围两极限值之差的模。 如：温度计下限-30，上限80，则量程为110。 测量范围又称工作范围，指测量仪器的误差处在规定极限内的一组 被测量的值。一般小于或等于标称范围。 动态范围是仪器所能测量的最强信号和最弱信号之比。 ● 动态范围=201g(最大信号幅值或有效值/最小信号的幅值或有效值) ● 测量范围可以随着输入信号的衰减或增益而改变，但动态范围不变
静态特性 （六）示值范围、标称范围、量程、测量范围和动态范围 示值范围是显示装置上最大与最小示值的范围。 当仪器有多档量程时，用标称范围取代示值范围。 量程指标称范围两极限值之差的模。 • 如：温度计下限-30，上限80，则量程为110。 测量范围又称工作范围，指测量仪器的误差处在规定极限内的一组 被测量的值。一般小于或等于标称范围。 动态范围是仪器所能测量的最强信号和最弱信号之比。 • 动态范围=20lg（最大信号幅值或有效值/最小信号的幅值或有效值） • 测量范围可以随着输入信号的衰减或增益而改变，但动态范围不变
静态特性 (七)漂移、回程误差、线性度 在输入不变的情况下，测量仪器的特性随时间 缓慢变化的现象称为漂移。 温度的漂移（温漂）： 灵敏度的温漂、零位的温漂-定量表示
静态特性 （七）漂移、回程误差、线性度 在输入不变的情况下，测量仪器的特性随时间 缓慢变化的现象称为漂移。 • 温度的漂移（温漂）： 灵敏度的温漂、零位的温漂 --- 定量表示