第三章測(cè)試裝置的基本特性

1、 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 1無(wú)論你怎樣地表示憤怒，都不要做出無(wú)論你怎樣地表示憤怒，都不要做出任何無(wú)法挽回的事來(lái)。任何無(wú)法挽回的事來(lái)。 英國(guó)英國(guó) 哲學(xué)家哲學(xué)家1561-1626 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性

2、測(cè)試裝置的基本特性 2第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 3.1 概述概述 3.2 測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性靜態(tài)特性3.3 測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量不失真測(cè)量的條件的條件3.5 典型系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性典型系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性 3.6 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)獲取方法測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)獲取方法 3.7 組成測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素組成測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三

3、章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 33.1 概述概述測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱(chēng)。是執(zhí)行測(cè)試任務(wù)的傳感器、儀器和設(shè)備的總稱(chēng)。 輸入輸入)(tx)(ty輸出輸出1. 測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng) 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 4定義：定義：完成某種物理量的測(cè)量而由具有某一種或多種變換完成某種物理量的測(cè)量而由具有某一種或多種變換特性的物理裝置構(gòu)成的總體。特性的物理裝置

4、構(gòu)成的總體。( )( )y tkx t 輸入輸入(重量重量) 輸出輸出(彈簧位移彈簧位移) x(t) y(t) 彈簧彈簧 (線性比例特性線性比例特性) )(ty)(tx彈簧秤彈簧秤 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 5簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)單測(cè)試系統(tǒng) (紅外體溫計(jì)紅外體溫計(jì))復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜測(cè)試系統(tǒng) (振動(dòng)測(cè)量裝置振動(dòng)測(cè)量裝置)系統(tǒng)失真系統(tǒng)失真測(cè)試裝置測(cè)試裝置：可能是復(fù)雜的測(cè)試裝置，也可能是組成環(huán)節(jié)?？赡?/p>

5、是復(fù)雜的測(cè)試裝置，也可能是組成環(huán)節(jié)。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 6測(cè)試系統(tǒng)的傳遞特性測(cè)試系統(tǒng)的傳遞特性: 由自身的物理結(jié)構(gòu)所決定的測(cè)試系統(tǒng)由自身的物理結(jié)構(gòu)所決定的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)信號(hào)傳遞變換的影響特性。對(duì)信號(hào)傳遞變換的影響特性。 輸入輸入(激勵(lì)激勵(lì)) 輸出輸出(響應(yīng)響應(yīng)) x(t) y(t) 測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng) (對(duì)信號(hào)的傳遞特性對(duì)信號(hào)的傳遞特性) 3) 如果輸入和系統(tǒng)特性已知，則可推斷和估計(jì)系統(tǒng)

6、的輸出量。(預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)) 測(cè)試系統(tǒng)分析中的三類(lèi)問(wèn)題：測(cè)試系統(tǒng)分析中的三類(lèi)問(wèn)題：1) 當(dāng)輸入、輸出是可測(cè)量的(已知)，可通過(guò)它們推斷系統(tǒng)的傳輸特性。 (系統(tǒng)辨識(shí)系統(tǒng)辨識(shí))2) 當(dāng)系統(tǒng)特性已知，輸出可測(cè)量，可通過(guò)其推斷導(dǎo)致該輸出的輸入量。 (反求反求) 工程測(cè)試中最常見(jiàn)的問(wèn)題。工程測(cè)試中最常見(jiàn)的問(wèn)題。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 72. 測(cè)試系統(tǒng)的基本要求測(cè)試系統(tǒng)的基本要求 理想測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有理想

7、測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有單值的單值的、確定的確定的輸入輸入輸出關(guān)系。輸出關(guān)系。 對(duì)于每一輸入量都應(yīng)只有單一的輸出量與之對(duì)應(yīng)。已知其中一個(gè)對(duì)于每一輸入量都應(yīng)只有單一的輸出量與之對(duì)應(yīng)。已知其中一個(gè)量就可確定另一個(gè)量。以輸出和輸入成量就可確定另一個(gè)量。以輸出和輸入成線性關(guān)系線性關(guān)系為最佳。為最佳。 x(t)y(t)線性線性線性線性y(t)x(t) 非線性非線性y(t)x(t) 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 8

8、系統(tǒng)線性近似系統(tǒng)線性近似1110111101( )( )( )( )( )( )( )( )nnnnnnmmmmmmd y tdy tdy taaaa y tdtdtdtd x tdx tdx tbbbb x tdtdtdt 測(cè)試系統(tǒng)的局部線性測(cè)試系統(tǒng)的局部線性l 實(shí)際系統(tǒng)中，系數(shù)都是隨時(shí)間而緩慢變化的微變量； l 很多實(shí)際系統(tǒng)，都不可能在較大很多實(shí)際系統(tǒng)，都不可能在較大的工作范圍內(nèi)完全保持線性。的工作范圍內(nèi)完全保持線性。l 實(shí)際物理系統(tǒng)，一般情況下都是m3）都可看成是若干個(gè)一、）都可看成是若干個(gè)一、二階環(huán)節(jié)的串、并聯(lián)二階環(huán)節(jié)的串、并聯(lián) 。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）

9、機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 403.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件 測(cè)試的基本任務(wù)測(cè)試的基本任務(wù) 應(yīng)用測(cè)試裝置或系統(tǒng)來(lái)精確地復(fù)現(xiàn)被測(cè)的特征量或參數(shù)。 完美的測(cè)試系統(tǒng)完美的測(cè)試系統(tǒng) 時(shí)域上：精確地復(fù)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的波形，且在時(shí)間上沒(méi)有任何的延時(shí)。 頻域上：頻率響應(yīng)函數(shù)頻域上：頻率響應(yīng)函數(shù)H(w)應(yīng)該滿足：應(yīng)該滿足： H(w)K 0，即系統(tǒng)的放大倍數(shù)為一常數(shù)，且相角為即系統(tǒng)的放大倍數(shù)為一常數(shù)，且相角為0。 實(shí)際中實(shí)際中 能夠做到

10、幅值比為常數(shù)。任何的測(cè)量都伴有時(shí)間滯后。任何的測(cè)量都伴有時(shí)間滯后。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 41 在某些應(yīng)用場(chǎng)合，相角的滯后會(huì)帶來(lái)問(wèn)題在某些應(yīng)用場(chǎng)合，相角的滯后會(huì)帶來(lái)問(wèn)題 如將該測(cè)試系統(tǒng)置入一個(gè)反饋系統(tǒng)中，則系統(tǒng)的輸出如將該測(cè)試系統(tǒng)置入一個(gè)反饋系統(tǒng)中，則系統(tǒng)的輸出對(duì)輸入的滯后可能會(huì)破壞整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)輸入的滯后可能會(huì)破壞整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此時(shí)便嚴(yán)。此時(shí)便嚴(yán)格要求測(cè)量結(jié)果無(wú)滯后。

11、格要求測(cè)量結(jié)果無(wú)滯后。 獲取無(wú)相差的方法獲取無(wú)相差的方法 l l 采取反相器。如在二階系統(tǒng)中，當(dāng)采取反相器。如在二階系統(tǒng)中，當(dāng)w/wn3時(shí)，相頻曲線對(duì)時(shí)，相頻曲線對(duì)所有的所有的w都接近于都接近于-180。 l l 在數(shù)據(jù)處理時(shí)減去固定的相位差。在數(shù)據(jù)處理時(shí)減去固定的相位差。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 42l l 測(cè)試系統(tǒng)的輸出波形與測(cè)試系統(tǒng)的輸出波形與輸入波形精確的一致。輸入波形精確的一致

12、。l l 幅值放大了幅值放大了A0倍。倍。l l 時(shí)間上延遲了時(shí)間上延遲了t0。此情況下，認(rèn)為測(cè)試系統(tǒng)此情況下，認(rèn)為測(cè)試系統(tǒng)具有不失真的特性。具有不失真的特性。時(shí)域條件時(shí)域條件若測(cè)試系統(tǒng)的輸出若測(cè)試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入與輸入x(t)滿足關(guān)系：滿足關(guān)系： 00( )()y tA x tt 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 43y(t)=A0 x(t- t0) 0)()(0tjeXttx對(duì)應(yīng))()

13、(00XeAYtj00( )()( )j tYH jA eX則其幅頻和相頻特性應(yīng)分別滿足：則其幅頻和相頻特性應(yīng)分別滿足： A(w)=A0=const (w)=-t0w 即為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)即為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試不失真測(cè)試的條件。的條件。 x(t) X(w) y(t) Y(w)()()( )jwH jwA w e 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 44A(w)=A0=const (w)=-t0w 不失真測(cè)試

14、的不失真測(cè)試的幅頻幅頻和和相頻相頻曲線曲線 物理意義物理意義: : 1) 系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)中所含各頻率系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)中所含各頻率成分的幅值進(jìn)行成分的幅值進(jìn)行常數(shù)倍數(shù)放縮常數(shù)倍數(shù)放縮，即幅頻特性曲線是一即幅頻特性曲線是一與橫軸平行與橫軸平行的直線。的直線。 2) 輸入信號(hào)中各頻率成分的相輸入信號(hào)中各頻率成分的相角在通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)作角在通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)作與頻率成與頻率成正比的滯后移動(dòng)正比的滯后移動(dòng)，即相頻特性，即相頻特性曲線是一通過(guò)原點(diǎn)并有曲線是一通過(guò)原點(diǎn)并有負(fù)斜率負(fù)斜率的直線。的直線。 l 如果如果A(w)不等于常數(shù)，引起不等于常數(shù)，引起的失真稱(chēng)為的失真稱(chēng)為幅值失真幅值失真； l (w)與與w不成線性關(guān)

15、系引起的不成線性關(guān)系引起的失真稱(chēng)為失真稱(chēng)為相位失真相位失真。 l 當(dāng)當(dāng) (w)=0時(shí)，輸出和輸入沒(méi)有滯時(shí)，輸出和輸入沒(méi)有滯后，此時(shí)測(cè)試系統(tǒng)是最理想的。后，此時(shí)測(cè)試系統(tǒng)是最理想的。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 45例例3.2.某一測(cè)試裝置的幅頻和相頻特性如圖所示，問(wèn)哪個(gè)信號(hào)某一測(cè)試裝置的幅頻和相頻特性如圖所示，問(wèn)哪個(gè)信號(hào)輸入時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)輸出不失真？輸入時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)輸出不失真？ 111( )si

16、nx tAt22sinAt21144( )sinsinx tAtAt 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 46100dyaa yb xdt數(shù)學(xué)表述：數(shù)學(xué)表述：3.5 典型系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性典型系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性1. 一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)(First-order System)進(jìn)行拉氏變換進(jìn)行拉氏變換10aa00bKa100( )( )( )a sY sa Y sb X s0100( )( )( )bas

17、Y sY sX saa靜態(tài)靈敏度：靜態(tài)靈敏度：時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：則則(1) ( )( )sY sKX s 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 47( )( )1Y sKX ss1( )1H ss傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：令：令：K1靈敏度歸一化處理靈敏度歸一化處理 在工程實(shí)際中，一個(gè)忽略了質(zhì)量的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，在工程實(shí)際中，一個(gè)忽略了質(zhì)量的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，在施于在施于A點(diǎn)的外力點(diǎn)的外力f(t)作用下

18、，其運(yùn)動(dòng)方程為作用下，其運(yùn)動(dòng)方程為( )( )( )dy tcky tf tdt 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 4822211()11()1()11()( )()arctan()H jjjH j 它的幅頻、相頻特性的為：A( )= H(j )22211()11 ()1 ()1(j)1 ()( )()arctan()H jjjHH j 它的幅頻、相頻特性的為：( )=A頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)A

19、(w)-w (w) -w 幅頻特性曲線圖幅頻特性曲線圖相頻特性曲線圖相頻特性曲線圖1( )1H ss 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 49)(A00A(a)幅幅頻頻特特性性2)(11)(A)()(arctg動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件 一階系統(tǒng)的幅頻相頻特性一階系統(tǒng)的幅頻相頻特性 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of

20、petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 50707. 0111)(11)(2A1)(A2)(11)(A)()(arctg在某一頻率范圍內(nèi)，誤差在某一頻率范圍內(nèi)，誤差不超過(guò)一定限度不超過(guò)一定限度認(rèn)為不失真認(rèn)為不失真。當(dāng)當(dāng) w 1約約w =1/52）誤差不超過(guò)誤差不超過(guò)2% 1） 當(dāng)當(dāng)w =1一階系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率。一階系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折頻率。 3）9806. 025111)(11)(2A045) 1 ()(arctg認(rèn)為認(rèn)為：幅值誤差不超過(guò)：幅值誤差不超過(guò)5%，A(w) 0.95,1.05( )( )Y wX w 中國(guó)

21、石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 51w 1 越小，對(duì)測(cè)試越有利。越小，對(duì)測(cè)試越有利。1） w一定，即被測(cè)信號(hào)最高頻率一定，一定，即被測(cè)信號(hào)最高頻率一定， 越小，系統(tǒng)輸出的越小，系統(tǒng)輸出的幅值誤差幅值誤差越小越小。A(w) 1 為一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)為一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)2） w 一定，即一定，即幅值誤差幅值誤差一定，一定， 越小，系統(tǒng)能夠測(cè)量的頻率越小，系統(tǒng)能夠測(cè)量的頻率就越高。就越高。2)(11)(A

22、1( )A w() 真值入量值真值輸輸測(cè)測(cè) 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 52例例3.3.用一個(gè)一階系統(tǒng)作100Hz正弦信號(hào)測(cè)量。(1)如果要求限制幅值誤差在5%以?xún)?nèi)，則時(shí)間常數(shù) 應(yīng)取多少？(2)若用具有該時(shí)間常數(shù)的同一系統(tǒng)作50Hz信號(hào)的測(cè)試，此時(shí)的幅值誤差和相角差各是多少？1011( )AAAA1( )0.05A2110.05()14115.23 1022100f 0.1080.108|5

23、%0.05224211111110.98681.32%()1(2)1(2505.23 10 )1f 4arctan()arctan( 2)arctan( 2505.23 10 )9 19 50f o解：解： 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 53)()()()(001222txbtyadttdyadttdya微分方程微分方程 2221( )2( )( )( )nndy tdy ty tKx tdt

24、dt微分方程變?yōu)椋何⒎址匠套優(yōu)椋?. 二階系統(tǒng)（二階系統(tǒng)（Second-order system）20aan1022aa a（固有頻率）（固有頻率）（阻尼比）（阻尼比）00bKa（靈敏度歸一化）（靈敏度歸一化） 對(duì)二階系統(tǒng)而言，主要的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是對(duì)二階系統(tǒng)而言，主要的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)是系統(tǒng)固有頻率固有頻率wn和和阻尼系數(shù)阻尼系數(shù) 。 推導(dǎo)推導(dǎo) 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 54頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響

25、應(yīng)函數(shù)22221()21 ()2 ()nnnnnH jjj 幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 22221( )14nnA 22( )1nnnarctgww A(w)w/wn (w) w/wn 幅頻特性曲線圖幅頻特性曲線圖相頻特性曲線圖相頻特性曲線圖傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)222221( )1221nnnnnH ssss 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 551) 、/n2.5， A()近似水平直線，近

26、似水平直線， () =-180。2)、當(dāng)、當(dāng)n， 即即/n 1時(shí)，時(shí)， A() 1； () 近似線性。近似線性。l l 當(dāng)當(dāng)n時(shí)，時(shí)，n越大，系統(tǒng)工作頻率范圍越大。越大，系統(tǒng)工作頻率范圍越大。3)、當(dāng)、當(dāng)=n時(shí)，時(shí)，2222411)(nnAA()=1/(2 )， () =-90， 幅值劇增，共振。幅值劇增，共振。)(A00A)(0(a)幅頻特性(b)相頻特性動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件212)(nnarctg二階系統(tǒng)的幅頻相頻特性二階系統(tǒng)的幅頻相頻特性 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Hu

27、adong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 561)、 0.7, A(w) 水平近似水平近似線性線性較長(zhǎng)，較長(zhǎng)， (w) 近似近似線性線性較長(zhǎng)。較長(zhǎng)。2)、 0.60.8, A(w)、 (w)線性度都較好，有較好的綜合特性。線性度都較好，有較好的綜合特性。)(A00A)(0(a)幅頻特性(b)相頻特性動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件動(dòng)態(tài)測(cè)試不失真的條件 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章

28、測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 571)、二階系統(tǒng)主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)：、二階系統(tǒng)主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)： wn、 。2)、希望測(cè)試裝置由于頻率特性不理想所引起的誤差盡可能小，希望測(cè)試裝置由于頻率特性不理想所引起的誤差盡可能小， 一般選取一般選取w/wn(0.60.8) ， =0. 650.7。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 58 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院C

29、hina university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 59 任何一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，都需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定系統(tǒng)輸入、輸出關(guān)系，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為標(biāo)定標(biāo)定。要使測(cè)量裝置精確可靠，不僅測(cè)量裝置的標(biāo)定應(yīng)精確，而且要定期校準(zhǔn)。從實(shí)驗(yàn)上是要測(cè)定系統(tǒng)的特性參數(shù)。 3.6 測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)獲取方法測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)獲取方法 ：在作動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)時(shí)，要確定系統(tǒng)的不失真工作：在作動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)時(shí)，要確定系統(tǒng)的不失真工作頻段是否符合要求。頻段是否符合要求。：用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入，測(cè)出其輸出信號(hào)，求得需要的：用標(biāo)準(zhǔn)

30、信號(hào)輸入，測(cè)出其輸出信號(hào)，求得需要的特性。特性。: 正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)和和階躍信號(hào)。階躍信號(hào)。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 601. 頻率響應(yīng)法頻率響應(yīng)法 理論依據(jù)理論依據(jù)( )()( )YH jX方法方法：以頻率為：以頻率為w的正弦信號(hào)的正弦信號(hào)x(t)=X0sinwt作用于系統(tǒng)，作用于系統(tǒng)，在輸出達(dá)到在輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)后穩(wěn)態(tài)后測(cè)量輸出與輸入的測(cè)量輸出與輸入的幅值比幅值比和和

31、相位差相位差，則幅值比是該則幅值比是該w對(duì)應(yīng)的幅頻特性值，與該對(duì)應(yīng)的幅頻特性值，與該w對(duì)應(yīng)的相位對(duì)應(yīng)的相位差即為相頻特性值。差即為相頻特性值。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 61 從接近從接近零頻率零頻率的足夠低的頻率開(kāi)始，以增量方式逐點(diǎn)的足夠低的頻率開(kāi)始，以增量方式逐點(diǎn)增加到較高頻率，直到輸出量減小到初始輸出幅值的增加到較高頻率，直到輸出量減小到初始輸出幅值的一半一半為止，即可得到為止，即可

32、得到A(w)- w和和 (w)- w特性曲線。特性曲線。一階系統(tǒng)的幅頻特性曲線一階系統(tǒng)的幅頻特性曲線 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 62 對(duì)于一階測(cè)試系統(tǒng)，主要特性參數(shù)是時(shí)間常數(shù)，通過(guò)幅頻、相頻特性數(shù)據(jù)可直接計(jì)算值。22211()11 ()1 ()1()1 ()( )()arctan()H jjjwH jwH j 它的幅頻、相頻特性的為：( )=A一階系統(tǒng)的幅頻特性曲線一階系統(tǒng)的幅頻特性曲線

33、2( )2A w 1w 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 63 對(duì)于二階系統(tǒng)，通過(guò)頻域特性估計(jì)對(duì)于二階系統(tǒng)，通過(guò)頻域特性估計(jì)其其固有頻率固有頻率wn和和阻尼比阻尼比 。1）在在 (w) w相頻特性曲線上，當(dāng)相頻特性曲線上，當(dāng)w=wn時(shí)，時(shí)， (wn)=-90，可求出固有，可求出固有頻率頻率wn。 2） (wn)=-1/ ，作出曲線，作出曲線 (w) w在在w=wn處的切線，求出阻尼比處的切線，求出

34、阻尼比 。 22221( )14nnA 22( )1nnarctg 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 64較為精確的求解方法較為精確的求解方法 1）求出求出A(w)的最大值及其對(duì)應(yīng)的頻率的最大值及其對(duì)應(yīng)的頻率wr；2()1(0)21rAA求出阻尼比求出阻尼比 ； 2）由式由式3）根據(jù)根據(jù)21 2nr，求出固有頻率，求出固有頻率wn。 該方法中A(wr)和wr的測(cè)量可達(dá)到一定的精度，由此求解出的固有

35、頻率wn和阻尼比具有較高的精度。 欠阻尼系統(tǒng)（欠阻尼系統(tǒng)（ 1)22221( )14nnA 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 652. 階躍響應(yīng)法階躍響應(yīng)法（1）一階系統(tǒng)）一階系統(tǒng)2)(11)(A)()(arctgl 時(shí)間常數(shù)是唯一表征系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)。一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng) l 當(dāng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63.2%時(shí)，所需的時(shí)間就是一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。 l 很難做到精確的測(cè)試；

36、l 求取時(shí)間常數(shù)未涉及響應(yīng)全過(guò)程，是個(gè)別瞬時(shí)值，測(cè)量結(jié)果的可靠性差。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 方法方法1：/1( )ty te 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 66輸出階躍響應(yīng)函數(shù)為輸出階躍響應(yīng)函數(shù)為yu(t)=1-e-t/ 輸入一階躍函數(shù)輸入一階躍函數(shù)u(t) 或?qū)懗苫驅(qū)懗?-yu(t)= e-t/ 取對(duì)數(shù) -t/ =ln1-yu(t) ln1-yu(t)t成線性關(guān)系成線性關(guān)系 說(shuō)明 根據(jù)根據(jù)yu(t)

37、值作值作ln1-yu(t)t曲線曲線 斜率斜率= -1/ = Z/ t =- t / Z方法方法2： 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 67（2）二階系統(tǒng)）二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)函數(shù)22( )1sin( 1)1ntney tt 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)

38、基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 68輸入一階躍函數(shù)輸入一階躍函數(shù)u(t) 222( )1sin(11)1ntuney ttarctg 21dn以以wd作衰減振蕩的作衰減振蕩的 通過(guò)求極值的方法，通過(guò)求極值的方法， 0)(tyu極值對(duì)應(yīng)的時(shí)間：極值對(duì)應(yīng)的時(shí)間： 0,2,pddT 可得到最大超調(diào)量：可得到最大超調(diào)量： 代入式 2(1)Me() 1pMy T2221lnln1lnMMM阻尼比阻尼比 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基

39、礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 693.7 組成測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素組成測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)考慮的因素1. 技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)性能指標(biāo)l 精度（準(zhǔn)確度）：測(cè)量系統(tǒng)的示值和被測(cè)量的真值的接近程度。精度（準(zhǔn)確度）：測(cè)量系統(tǒng)的示值和被測(cè)量的真值的接近程度。 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 = 測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果(示值示值)被測(cè)真值被測(cè)真值 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 = 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差/被測(cè)真值被測(cè)真值 100 引用誤差引用誤差 = 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差/滿量程值滿量程值 100 測(cè)量?jī)x器的精度等級(jí)一般用測(cè)量?jī)x器的精度等級(jí)一般用最大引用誤差最大引用誤差來(lái)標(biāo)稱(chēng)。來(lái)標(biāo)稱(chēng)。 評(píng)價(jià)測(cè)試裝置產(chǎn)生的評(píng)價(jià)測(cè)試裝置產(chǎn)生的測(cè)量誤差測(cè)量

40、誤差大小的指標(biāo)。大小的指標(biāo)。 精密度（精密度（precision）：示值重復(fù)性（）：示值重復(fù)性（ 隨機(jī)誤差）隨機(jī)誤差） 正確度（正確度（accuracy）：系統(tǒng)誤差）：系統(tǒng)誤差 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 70 更高一級(jí)儀器的測(cè)量值更高一級(jí)儀器的測(cè)量值; ; 已修正過(guò)的算術(shù)平均值已修正過(guò)的算術(shù)平均值; ; 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所復(fù)現(xiàn)的量值。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所復(fù)現(xiàn)的量值。 在實(shí)際測(cè)量中，只能用所謂的在實(shí)際測(cè)量

41、中，只能用所謂的約定真值約定真值來(lái)代替來(lái)代替被測(cè)真值被測(cè)真值。 100.6 1000.6V絕絕對(duì)對(duì)誤誤差差0.61000.6%100VV相相對(duì)對(duì)誤誤差差0.61000.4%150VV引引用用誤誤差差 示值范圍為示值范圍為0150V的電壓表，當(dāng)其示值為的電壓表，當(dāng)其示值為100.6V時(shí)，時(shí)，用更高一級(jí)電壓表測(cè)量結(jié)果為用更高一級(jí)電壓表測(cè)量結(jié)果為100.0V，則該電壓表：，則該電壓表： 例例3.5.(儀表的精度等級(jí)分為儀表的精度等級(jí)分為7級(jí)：級(jí)：0.1, 0.2, 0.5 ,1.0, 1.5, 2.5, 5.0)所以該儀表為所以該儀表為0.5級(jí)的電壓表。級(jí)的電壓表。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院

42、中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 71例例3.6 兩個(gè)溫度表，精度均為兩個(gè)溫度表，精度均為1.5%。一個(gè)量程。一個(gè)量程050，另一個(gè)為另一個(gè)為0200，計(jì)算測(cè)量中產(chǎn)生的絕對(duì)誤差。，計(jì)算測(cè)量中產(chǎn)生的絕對(duì)誤差。C75. 0%100%5 . 1)050(解：解：100%絕對(duì)誤差精度量程C3%100%5 . 1)0200(可見(jiàn)，同一準(zhǔn)確度儀表，量程不同，測(cè)量產(chǎn)生的絕對(duì)誤差可見(jiàn)，同一準(zhǔn)確度儀表，量程不同，測(cè)量產(chǎn)生的絕對(duì)誤差不同，量程大的絕

43、對(duì)誤差大。不同，量程大的絕對(duì)誤差大。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 72例例3.7 若若被測(cè)溫度范圍為被測(cè)溫度范圍為40左右，左右，要使要使絕對(duì)誤差不超過(guò)絕對(duì)誤差不超過(guò)0.5，則則050的的1.0級(jí)儀表與級(jí)儀表與0100的的0.5級(jí)儀表均能級(jí)儀表均能滿足滿足要求，即要求，即C5 . 0%1)050(C5 . 0%5 . 0)0100(儀表選擇原則儀表選擇原則只要能滿足被測(cè)量的要求，若精度一樣，

44、則應(yīng)盡可能選只要能滿足被測(cè)量的要求，若精度一樣，則應(yīng)盡可能選用小量程的儀表；若滿足相同的誤差要求，小量程儀表，用小量程的儀表；若滿足相同的誤差要求，小量程儀表，可使精度等級(jí)降低?？墒咕鹊燃?jí)降低。 在選擇儀表時(shí)，首先要對(duì)被測(cè)量有大致的估計(jì)，最好使在選擇儀表時(shí)，首先要對(duì)被測(cè)量有大致的估計(jì)，最好使最大測(cè)量值落在最大測(cè)量值落在2/3量程附近（否則一旦超載，會(huì)使儀量程附近（否則一旦超載，會(huì)使儀表?yè)p壞，使精度降低）。表?yè)p壞，使精度降低）。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械

45、工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 73l分辨力：分辨力：指能引起輸出量發(fā)生變化時(shí)指能引起輸出量發(fā)生變化時(shí)輸入量輸入量的的最小變量最小變量，表明，表明 . .測(cè)試裝置分辨輸入量微小變化的能力。測(cè)試裝置分辨輸入量微小變化的能力。 l測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：是指測(cè)試裝置能正常測(cè)量最小輸入量和最大輸入量是指測(cè)試裝置能正常測(cè)量最小輸入量和最大輸入量 . .之間的范圍。之間的范圍。 . .靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量：幅值范圍：幅值范圍 動(dòng)態(tài)測(cè)量動(dòng)態(tài)測(cè)量：幅值范圍和頻率范圍：幅值范圍和頻率范圍l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)，輸出量隨是指在一定工作條件下，當(dāng)輸入量不

46、變時(shí)，輸出量隨 . .時(shí)間變化的程度。時(shí)間變化的程度。 溫漂溫漂 零漂零漂l可靠性：可靠性：是與測(cè)試裝置無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。是與測(cè)試裝置無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)的一種描述。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 742. 測(cè)試系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3. 測(cè)試系統(tǒng)的使用環(huán)境條件測(cè)試系統(tǒng)的使用環(huán)境條件原則原則：（1 1）要達(dá)到測(cè)試要求，不應(yīng)盲目地采用超過(guò)測(cè)試目的所）要達(dá)到測(cè)試要求，

47、不應(yīng)盲目地采用超過(guò)測(cè)試目的所要求精度的儀器；要求精度的儀器； （2 2）需要采用多臺(tái)儀器來(lái)組成測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，所有的儀器需要采用多臺(tái)儀器來(lái)組成測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，所有的儀器都應(yīng)選用同等的精度。都應(yīng)選用同等的精度。 在選擇儀器設(shè)備組成測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，必須考慮系統(tǒng)使用環(huán)境，在選擇儀器設(shè)備組成測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，必須考慮系統(tǒng)使用環(huán)境，主要從主要從溫度溫度、振動(dòng)振動(dòng)和和介質(zhì)介質(zhì)三個(gè)方面全面考慮對(duì)儀器的影響三個(gè)方面全面考慮對(duì)儀器的影響。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三

48、章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 75案例：案例：音響系統(tǒng)性能評(píng)定音響系統(tǒng)性能評(píng)定y(t)=x(t)*h(t) Y(f)=X(f)H(f) 改進(jìn)：改進(jìn)：脈沖輸入脈沖輸入/ /白噪白噪聲輸入，測(cè)量輸出，再聲輸入，測(cè)量輸出，再求輸出頻譜。求輸出頻譜。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 76)()()()(001222txbtyadttdyadttdya微分方程微分方程 等號(hào)兩邊同除以等號(hào)兩邊同

49、除以a0，得，得: )()()()(00012202txabtydttdyaadttdyaa20aan1022aa a則則 2021naa102naa2221( )2( )( )( )nndy tdy ty tx tdtdt微分方程變?yōu)椋何⒎址匠套優(yōu)椋?（固有頻率）（固有頻率）（阻尼率）（阻尼率）2. 二階系統(tǒng)（二階系統(tǒng)（Second-order system）00bKa（靈敏度歸一化處理）（靈敏度歸一化處理）返回返回 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技

50、術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 77作業(yè)作業(yè)P66： 2-1 2-3 2-5 2-10 2-11 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 78例例1. 已知壓電式力傳感器的靈敏度為已知壓電式力傳感器的靈敏度為90pc/MPa，電荷放大器的，電荷放大器的靈敏度為靈敏度為0.05V/pc，若壓力變化，若壓力變化25MPa，為使記錄筆上的位移不，為使記錄筆上的位移不大于大于50mm，

51、則筆式記錄儀的靈敏度應(yīng)選多大？，則筆式記錄儀的靈敏度應(yīng)選多大？壓力壓力(25MPa)壓電式力傳感器（壓電式力傳感器（s1=90pc/MPa）電荷電荷(pc) 電荷電荷放大器（放大器（s2=0.05v/pc）電壓（電壓（v）筆式記錄儀筆式記錄儀 （s3=? mm/v）位移（位移（50mm）解：測(cè)量過(guò)程如下：解：測(cè)量過(guò)程如下：90pc/Mpa0.05V/pc25Mpas350mm，s3=4/9mm/V。 結(jié)果：結(jié)果： 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

52、第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 79例例2. 下圖為一測(cè)試系統(tǒng)的框圖，試求該系統(tǒng)的靈敏度？下圖為一測(cè)試系統(tǒng)的框圖，試求該系統(tǒng)的靈敏度？6152s7.3( )x t2223.32nnnwsw sw( )y t解：靈敏度是系統(tǒng)的解：靈敏度是系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)，該系統(tǒng)的靈敏度為：，該系統(tǒng)的靈敏度為： -6/27.33.3- -72.27。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 80例

53、例3. 已知某線性裝置已知某線性裝置 ， ，現(xiàn)測(cè)得該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為現(xiàn)測(cè)得該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為y(t)=10sin(30t-450)，試求該系統(tǒng)，試求該系統(tǒng)的輸入信號(hào)的輸入信號(hào)x(t)。21( )1 0.01A ww( )arctan0.1ww 解：根據(jù)頻率保持性，輸入信號(hào)的角頻率為解：根據(jù)頻率保持性，輸入信號(hào)的角頻率為30rad/s。221110( )1010.0110.01 30A ww0( )arctan0.1arctan0.1 3071.56ww 輸入信號(hào)的幅值為輸入信號(hào)的幅值為100/ =31.62，相角為，相角為71.560-450=26.560。所以所以 x(t)=31.62sin

54、(30t+26.560)10 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 81例例4. 對(duì)一個(gè)可視為二階系統(tǒng)的裝置輸入一單位階躍函數(shù)后，測(cè)對(duì)一個(gè)可視為二階系統(tǒng)的裝置輸入一單位階躍函數(shù)后，測(cè)得其響應(yīng)的第一個(gè)超調(diào)量峰值為得其響應(yīng)的第一個(gè)超調(diào)量峰值為1.5，振蕩周期為，振蕩周期為6.28s，設(shè)已知，設(shè)已知該裝置的靜態(tài)增益為該裝置的靜態(tài)增益為3，求該裝置的傳遞函數(shù)和在無(wú)阻尼固有頻，求該裝置的傳遞函數(shù)和在無(wú)阻尼固有頻

55、率處的頻率響應(yīng)。率處的頻率響應(yīng)。解：根據(jù)該裝置的靜態(tài)增益，可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：解：根據(jù)該裝置的靜態(tài)增益，可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：2223( )2nnnwH ssw sw利用超調(diào)量可以得到系統(tǒng)的阻尼比為：利用超調(diào)量可以得到系統(tǒng)的阻尼比為：211.5Me0.13 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 82利用系統(tǒng)的振蕩周期可求出系統(tǒng)的無(wú)阻尼振蕩頻率：利用系統(tǒng)的振蕩周期可求出系統(tǒng)的無(wú)阻尼振蕩頻率：221

56、dnwwT1.009 rad /snw 把阻尼比和無(wú)阻尼振蕩頻率代入傳遞函數(shù)表達(dá)式：把阻尼比和無(wú)阻尼振蕩頻率代入傳遞函數(shù)表達(dá)式：222222233 1.0093.052( )22 0.13 1.0091.0090.2621.018nnnwH ssw swssss 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 83l 當(dāng)該裝置在無(wú)阻尼固有頻率處，即當(dāng)該裝置在無(wú)阻尼固有頻率處，即w=wn時(shí)：時(shí)：2 2233( )

57、11.5421 () (2)nnA wwwww022( )arctan901 ()nnwwwww ( )11.54sin(1.009)2y tt 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 84例例5. 將信號(hào)將信號(hào)coswt輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為輸入一個(gè)傳遞函數(shù)為H(s)=1/( s+1)的一階裝置的一階裝置后，試求其包括瞬態(tài)過(guò)程在內(nèi)的輸出后，試求其包括瞬態(tài)過(guò)程在內(nèi)的輸出y(t)的表達(dá)式的表達(dá)式。解：求包含瞬

58、態(tài)過(guò)程的輸出，不能直接用頻率響應(yīng)辦法求解。解：求包含瞬態(tài)過(guò)程的輸出，不能直接用頻率響應(yīng)辦法求解。22cossLwtsw則輸出信號(hào)的拉氏變換為：則輸出信號(hào)的拉氏變換為：2211( )11()()()ssY sswssjw sjw s 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 85 利用部分分式展開(kāi)法或直接查拉普拉斯變換表，可得到利用部分分式展開(kāi)法或直接查拉普拉斯變換表，可得到包括瞬態(tài)過(guò)程在內(nèi)的輸出包括瞬態(tài)過(guò)

59、程在內(nèi)的輸出y(t)的表達(dá)式為：的表達(dá)式為：11( )1111( 2) ()(2) ()() ()tjwtjwtejwejwey tjwjwjwjwjwjw 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章 測(cè)試裝置的基本特性測(cè)試裝置的基本特性 86例例1 1、為了測(cè)定刀具的磨損速度，做這樣的實(shí)驗(yàn)：經(jīng)過(guò)一、為了測(cè)定刀具的磨損速度，做這樣的實(shí)驗(yàn)：經(jīng)過(guò)一定時(shí)間定時(shí)間( (如每隔一小時(shí)如每隔一小時(shí)) )，測(cè)量一次刀具的厚度，測(cè)量一次刀具的厚度, ,得到一組得到一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： 中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院China university of petroleum (Huadong)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三章