XXXX西電自動(dòng)測(cè)試技術(shù)講稿1-測(cè)試系統(tǒng)的組成和特性(1)

1、 第1章 概 論1測(cè)控工程與儀器系測(cè)控工程與儀器系 賀華賀華 第1章 概 論2老師聯(lián)系方式電話：郵箱: 西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第1章 概 論3 課程背景老師的幾個(gè)小心愿: 第1章 概 論4教育的教育的終極目的終極目的是什么是什么？ 課程背景 第1章 概 論5教育的終極目的教育的終極目的是讓學(xué)生未來活得是讓學(xué)生未來活得尊嚴(yán)而幸福尊嚴(yán)而幸福 課程背景 第1章 概 論6老師的幾個(gè)小心愿:這種尊嚴(yán)而幸福的生活包括健康的身心、健全的人格、這種尊嚴(yán)而幸福的生活包括健康的身心、健全的人格、積極的人生態(tài)度、自我實(shí)現(xiàn)的自覺自信和深度的幸福感積極的人生態(tài)度、自我實(shí)現(xiàn)的自覺自信和深度的幸福感等等。等等。這些

2、來源于家庭和學(xué)校的教育，又來源于各個(gè)個(gè)體不同這些來源于家庭和學(xué)校的教育，又來源于各個(gè)個(gè)體不同的自我實(shí)現(xiàn)。的自我實(shí)現(xiàn)。學(xué)校是培養(yǎng)人的，培養(yǎng)人格健全，能自食其力的人，并學(xué)校是培養(yǎng)人的，培養(yǎng)人格健全，能自食其力的人，并不是成名成家者的搖籃。不是成名成家者的搖籃。 課程背景 第1章 概 論7老師的幾個(gè)小心愿:教育的意義不在于傳授，而在于教育的意義不在于傳授，而在于喚醒和鼓舞！喚醒和鼓舞！ 德國著名的教育家德國著名的教育家 第斯多惠第斯多惠 課程背景 第1章 概 論8老師的幾個(gè)小心愿:教育的意義不在于傳授，而在于喚醒和鼓舞！教育的意義不在于傳授，而在于喚醒和鼓舞！ 德國著名的教育家第斯多惠德國著名的教育

3、家第斯多惠 第1章 概 論9 西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院測(cè)控工程與儀器系測(cè)控工程與儀器系 賀華賀華 第1章 概 論10自動(dòng)測(cè)試技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)與任務(wù): 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)技術(shù)類課程中的專業(yè)必修課，是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)技術(shù)類課程中的專業(yè)必修課，是為了提高學(xué)生在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和智能化儀器儀表為了提高學(xué)生在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和智能化儀器儀表設(shè)計(jì)方面的能力而設(shè)置的。課程主要介紹了常用的自動(dòng)設(shè)計(jì)方面的能力而設(shè)置的。課程主要介紹了常用的自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生熟測(cè)試技術(shù)，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生熟悉和掌握構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)常用的設(shè)計(jì)方法，具備較全悉和掌握構(gòu)成自動(dòng)

4、測(cè)試系統(tǒng)常用的設(shè)計(jì)方法，具備較全面的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)能力。為今后從事測(cè)控技面的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)能力。為今后從事測(cè)控技術(shù)和智能化儀器儀表方面的銷售、運(yùn)維和研發(fā)打下良好術(shù)和智能化儀器儀表方面的銷售、運(yùn)維和研發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 課程背景 第1章 概 論11教學(xué)目標(biāo)本課程與其他課程的聯(lián)系與分工: 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)課程綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)，是測(cè)控技術(shù)與儀自動(dòng)測(cè)試技術(shù)課程綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)，是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)主干課程之一，涉及到器專業(yè)的專業(yè)主干課程之一，涉及到C語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)字語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理與程電路與邏輯設(shè)計(jì)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)

5、原理與程序設(shè)計(jì)、電子測(cè)量技術(shù)等基礎(chǔ)課專業(yè)課的相關(guān)知識(shí)，要求序設(shè)計(jì)、電子測(cè)量技術(shù)等基礎(chǔ)課專業(yè)課的相關(guān)知識(shí)，要求在先修課程中要能基本具備數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、微機(jī)原理、在先修課程中要能基本具備數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、微機(jī)原理、單片機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)等能力。單片機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)等能力。后續(xù)課程：后續(xù)課程： 本課程也為本課程也為“虛擬儀器設(shè)計(jì)虛擬儀器設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)建立基本概念課程的學(xué)習(xí)建立基本概念。 課程背景 第1章 概 論12教材： 課程背景 第1章 概 論13網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)：訪問 中的欄目”教育教學(xué)”-“精品課程”， 課程背景 第1章 概 論14 課程背景 第1章 概 論15 課程背景 第1章 概 論16 課程背

6、景 第1章 概 論17 課程背景 第1章 概 論18 課程背景 第1章 概 論19參考書： 課程背景 第1章 概 論20參考書： 課程背景 第1章 概 論21參考書： 課程背景 第1章 概 論22自動(dòng)測(cè)試技術(shù) 第1章 概 論23 1.1 1.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成和特性測(cè)試系統(tǒng)的組成和特性 1.2 1.2 基本測(cè)試技術(shù)的分類基本測(cè)試技術(shù)的分類 1.3 1.3 測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的自動(dòng)化 1.4 1.4 自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展 1.5 1.5 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)自動(dòng)測(cè)試技術(shù) 第1章 概 論241.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成和特征一、測(cè)試的概念一、測(cè)試的概念 測(cè)試測(cè)試：泛

7、指生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常進(jìn)行的泛指生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常進(jìn)行的滿足一滿足一定準(zhǔn)確度要求定準(zhǔn)確度要求的的試驗(yàn)性試驗(yàn)性測(cè)量過程。測(cè)量過程。人們通過測(cè)試可以取得研究對(duì)象的有關(guān)信息，能人們通過測(cè)試可以取得研究對(duì)象的有關(guān)信息，能夠正確地了解被測(cè)物理對(duì)象的量值或特性。夠正確地了解被測(cè)物理對(duì)象的量值或特性。 測(cè)試技術(shù)測(cè)試技術(shù)：研究和探索對(duì)各種被測(cè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)研究和探索對(duì)各種被測(cè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)性測(cè)量過程的途徑和方法。性測(cè)量過程的途徑和方法。事實(shí)上，凡是需要研究某種客觀事物和現(xiàn)象時(shí)，事實(shí)上，凡是需要研究某種客觀事物和現(xiàn)象時(shí)，在要希望弄清被研究對(duì)象的狀態(tài)、變化和特性并對(duì)其在要希望弄清被研究對(duì)象的狀態(tài)、變化和特性并對(duì)其進(jìn)

8、行一定的定量描述和定性說明時(shí)都離不開測(cè)試技術(shù)。進(jìn)行一定的定量描述和定性說明時(shí)都離不開測(cè)試技術(shù)。 第1章 概 論25二、測(cè)試系統(tǒng)的組成二、測(cè)試系統(tǒng)的組成 一個(gè)典型的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)一般由哪幾部分組成？一個(gè)典型的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)一般由哪幾部分組成？ 第1章 概 論26一個(gè)典型的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)常由實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試部一個(gè)典型的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)常由實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試部件、數(shù)據(jù)處理和輸出設(shè)備等幾部分組成。件、數(shù)據(jù)處理和輸出設(shè)備等幾部分組成。 測(cè)量部分測(cè)量部分（激勵(lì)裝置）（激勵(lì)裝置）（結(jié)果表達(dá)）（結(jié)果表達(dá)）我們的測(cè)試工作就是要根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象，選我們的測(cè)試工作就是要根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎O(shè)計(jì)或選擇有效而準(zhǔn)確的

9、中間變換擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，設(shè)計(jì)或選擇有效而準(zhǔn)確的中間變換電路、測(cè)量儀器和信號(hào)處理部件，以最方便、科學(xué)的電路、測(cè)量儀器和信號(hào)處理部件，以最方便、科學(xué)的形式把測(cè)試結(jié)果顯示出來。形式把測(cè)試結(jié)果顯示出來。 第1章 概 論27三、測(cè)試系統(tǒng)的特性描述三、測(cè)試系統(tǒng)的特性描述 測(cè)試系統(tǒng)特性描述分系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)特性描述分系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)、系統(tǒng)的、系統(tǒng)的靜態(tài)靜態(tài)特性特性和系統(tǒng)和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性三個(gè)方面。三個(gè)方面。 第1章 概 論28一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的性能常用以下幾種質(zhì)量指標(biāo)來描述：一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的性能常用以下幾種質(zhì)量指標(biāo)來描述：（）（）準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度。測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度（或稱精度）用來。測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度（或稱精度）用來

10、表示測(cè)試結(jié)果值與被測(cè)量真值的一致程度，它的定義表示測(cè)試結(jié)果值與被測(cè)量真值的一致程度，它的定義方法與電子測(cè)量是一致的。準(zhǔn)確度往往可用測(cè)量誤差方法與電子測(cè)量是一致的。準(zhǔn)確度往往可用測(cè)量誤差的大小來表示。的大小來表示。（）（）分辨率分辨率。指測(cè)試系統(tǒng)能檢測(cè)到的輸入信號(hào)的最。指測(cè)試系統(tǒng)能檢測(cè)到的輸入信號(hào)的最小變化的能力，可用數(shù)值量或靈敏量程的百分?jǐn)?shù)來表小變化的能力，可用數(shù)值量或靈敏量程的百分?jǐn)?shù)來表示。示。（）（）測(cè)試范圍測(cè)試范圍。指系統(tǒng)中測(cè)量電路或儀器能夠正常。指系統(tǒng)中測(cè)量電路或儀器能夠正常工作的被測(cè)量的量值范圍。在討論測(cè)試范圍時(shí)必須注工作的被測(cè)量的量值范圍。在討論測(cè)試范圍時(shí)必須注意系統(tǒng)的工作頻率范圍

11、。意系統(tǒng)的工作頻率范圍。1、測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)、測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 第1章 概 論29如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而如果測(cè)量時(shí)，測(cè)試裝置的輸入、輸出信號(hào)不隨時(shí)間而變化，則稱為變化，則稱為靜態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響靜態(tài)測(cè)試時(shí)，測(cè)試裝置表現(xiàn)出的響應(yīng)特性稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。應(yīng)特性。在靜態(tài)測(cè)試中，系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系與時(shí)間無關(guān)。理在靜態(tài)測(cè)試中，系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系與時(shí)間無關(guān)。理想系統(tǒng)的靜態(tài)特性可用如下表達(dá)式表示：想系統(tǒng)的靜態(tài)特性可用如下表達(dá)式表示： y=ax+b （0-1）由于系統(tǒng)實(shí)際情況并非如（由于系統(tǒng)實(shí)際情況并非如（0-1）式表示的那樣理想，）式表示

12、的那樣理想，因此系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以用直線性、靈敏度、滯后量因此系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以用直線性、靈敏度、滯后量（差）等參數(shù)來描述。（差）等參數(shù)來描述。2、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性描述、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性描述 第1章 概 論30（）（）直線性直線性它一般指系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系接近理想線性關(guān)系的程度。它一般指系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系接近理想線性關(guān)系的程度。理想的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入輸出關(guān)系。對(duì)理想的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入輸出關(guān)系。對(duì)于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對(duì)應(yīng)。知道其中一于每一輸入量都應(yīng)該只有單一的輸出量與之對(duì)應(yīng)。知道其中一個(gè)量就可以確定另一個(gè)量。其中以輸出和輸入成個(gè)量就可以確

13、定另一個(gè)量。其中以輸出和輸入成線性關(guān)系線性關(guān)系最佳。最佳。xy線性線性xy線性線性xy非線性非線性 第1章 概 論31非線性度非線性度：標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。若標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。若在標(biāo)稱（全量程）輸出范圍在標(biāo)稱（全量程）輸出范圍A內(nèi)，標(biāo)定曲線偏離擬合直線的最內(nèi)，標(biāo)定曲線偏離擬合直線的最大偏差為大偏差為B，則定義非線性度為，則定義非線性度為 非線性度非線性度=B/A100%有時(shí)也叫線性度。擬合直線該如何確定，無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)也叫線性度。擬合直線該如何確定，無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。較常用的是最小二乘法。較常用的是最小二乘法。 y yx xB B 第1章 概 論3

14、2用測(cè)試系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)的變化之比來表示。用測(cè)試系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)的變化之比來表示。（）（）靈敏度靈敏度它用來表示測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出之間量值比例的對(duì)應(yīng)它用來表示測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出之間量值比例的對(duì)應(yīng)關(guān)系。常用兩種表示方法：關(guān)系。常用兩種表示方法：例如，某溫度測(cè)試系統(tǒng)，每當(dāng)被測(cè)溫度變化例如，某溫度測(cè)試系統(tǒng)，每當(dāng)被測(cè)溫度變化1時(shí)，系時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓變化統(tǒng)輸出電壓變化100mV，則可知系統(tǒng)的靈敏度，則可知系統(tǒng)的靈敏度為為100mV。靈敏度靈敏度(s)輸出信號(hào)變化量輸入信號(hào)變化量輸出信號(hào)變化量輸入信號(hào)變化量 (0-2) 第1章 概 論33例如，用示波器觀測(cè)信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)為例如，用示波器觀測(cè)信號(hào)時(shí)

15、，輸入信號(hào)為3.2V ,在示波在示波器屏幕上顯示的波形偏轉(zhuǎn)了器屏幕上顯示的波形偏轉(zhuǎn)了6.4div,這時(shí)示波器的偏轉(zhuǎn)靈這時(shí)示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度為敏度為0.5V/div 。在這種情況下，測(cè)試另一個(gè)信號(hào)，顯。在這種情況下，測(cè)試另一個(gè)信號(hào)，顯示了示了5div，按，按0.5V/div靈敏度計(jì)，就可估算出該信號(hào)為靈敏度計(jì)，就可估算出該信號(hào)為2.5V。這種定義方法所得結(jié)果與第一種恰好是互為倒數(shù)，。這種定義方法所得結(jié)果與第一種恰好是互為倒數(shù)，因此有時(shí)也稱為因此有時(shí)也稱為“傳輸因數(shù)傳輸因數(shù)”（r）。由于它與電流表）。由于它與電流表靈敏度的估算方法是一致的，將它稱為靈敏度的估算方法是一致的，將它稱為“測(cè)試靈敏度測(cè)試

16、靈敏度”比較容易理解，用起來也方便，人們也就直呼它為儀器比較容易理解，用起來也方便，人們也就直呼它為儀器的測(cè)試靈敏度了。的測(cè)試靈敏度了。有時(shí)為了理解方便，靈敏度也可用測(cè)試系統(tǒng)或儀表的有時(shí)為了理解方便，靈敏度也可用測(cè)試系統(tǒng)或儀表的輸出指示刻度每變化一分度所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)變化量來輸出指示刻度每變化一分度所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)變化量來表示。表示。靈敏度（靈敏度（s）輸入信號(hào)的變化量輸出指示刻度的變化量）輸入信號(hào)的變化量輸出指示刻度的變化量 （0-3） 第1章 概 論34靈敏度的量綱由輸入和輸出的量綱決定。靈敏度的量綱由輸入和輸出的量綱決定。應(yīng)該注意的是，裝置的靈敏度越高，就越容易受外界應(yīng)該注意的是，裝置的

17、靈敏度越高，就越容易受外界干擾的影響，即裝置的穩(wěn)定性越差。干擾的影響，即裝置的穩(wěn)定性越差。 第1章 概 論35滯后量也稱滯后差，表示系統(tǒng)的輸入信號(hào)有正反方向變滯后量也稱滯后差，表示系統(tǒng)的輸入信號(hào)有正反方向變化時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的輸出呈現(xiàn)的非重合結(jié)果誤差?；瘯r(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的輸出呈現(xiàn)的非重合結(jié)果誤差。在整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)輸入發(fā)生相反方向變化時(shí)，在整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)輸入發(fā)生相反方向變化時(shí)，在同一個(gè)輸入點(diǎn)上輸出非重合的最大差值稱為系統(tǒng)的滯在同一個(gè)輸入點(diǎn)上輸出非重合的最大差值稱為系統(tǒng)的滯后量。后量。 （3）滯后量滯后量y yx xhmaxhmaxA A 第1章 概 論36傳感器的滯后誤差傳感器的滯后誤差

18、表明傳感器在正（輸入量增大）、反表明傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐唐陂g輸出（輸入量減?。┬谐唐陂g輸出-輸入曲線不重合的程序，輸入曲線不重合的程序，也就是說，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反也就是說，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信號(hào)大小不相等。行程的輸出信號(hào)大小不相等。滯后誤差是傳感器、測(cè)量裝置和儀器的一個(gè)性能指標(biāo)，滯后誤差是傳感器、測(cè)量裝置和儀器的一個(gè)性能指標(biāo)，它反映了傳感器的機(jī)械部分和結(jié)構(gòu)材料方面不可避免的它反映了傳感器的機(jī)械部分和結(jié)構(gòu)材料方面不可避免的弱點(diǎn)，如軸承摩擦、灰塵積塞、間隙不適當(dāng)、螺釘松動(dòng)、弱點(diǎn)，如軸承摩擦、灰塵積塞、間隙不適當(dāng)、螺釘松動(dòng)、元件磨蝕或碎裂以及材料的內(nèi)摩擦。元件磨蝕或碎裂以及材料的內(nèi)摩擦。滯后誤差大小一般由實(shí)驗(yàn)確定滯后誤差大小一般由實(shí)驗(yàn)確定 。 第1章 概 論37靈敏閥（閾）：靈敏閥（閾）：又稱為死區(qū)，用來衡量測(cè)量起始點(diǎn)不靈又稱為死區(qū)，用來衡量測(cè)量起始點(diǎn)不靈敏的程度。敏的程度。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時(shí)，輸是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不變時(shí)