山东理工大学：《机电工程测试与信号处理》课程教学资源（PPT课件）第3章 测试装置的基本特性

机电工程测试乌信号处理 第3章测量装置的基存特性 3,1概述回三色回画回 3,2测量装置的静态特性 33测量装置的动态特性 3.5实现不失真测量的条件 332典型一阶、二阶系统的动态特性 3,4测量装置对任意输入的响应 3.6测量装置动态特性的测量 37负载效应 3.8测量装置的抗千扰性

3.1 概述 3.2 测量装置的静态特性 3.3 测量装置的动态特性 3.5 实现不失真测量的条件 3.3.2 典型一阶、二阶系统的动态特性 3.4 测量装置对任意输入的响应 3.6 测量装置动态特性的测量 3.7 负载效应 3.8 测量装置的抗干扰性 1

6卢东程子大等 本章教学内容 >本章主要学习测量装置静态特性和动态特性的评 价、分析和测量方法。 。线性时不变系统及其主要性质 。测量装置的静态特性 。测量装置的动态特性 。实现不失真测量条件 。常见测量装置的频率响应特性（频率域上分析评估 动态特性) ·常见测量装置对典型输入的响应（时间域上分析评 估动态特性) ·测量装置动态特性的测量 。负载效应 。测量装置的抗干扰性

本章教学内容 ➢本章主要学习测量装置静态特性和动态特性的评 价、分析和测量方法。 线性时不变系统及其主要性质 测量装置的静态特性 测量装置的动态特性 实现不失真测量条件 常见测量装置的频率响应特性（频率域上分析评估 动态特性） 常见测量装置对典型输入的响应（时间域上分析评 估动态特性） 测量装置动态特性的测量 负载效应 测量装置的抗干扰性 2

G少本程2大军 本章目的及痘点 >本章的主要目的 。为认识和获取测量装置的静、动态特性及其它特性 提供理论支持和实现手段，为正确设计、选择和使 用测量装置提供理论依据。 >本章难点 。测量装置动态特性的分析方法 。千扰的抑制方法 >本章需要的基础知识 。高等数学微积分方程，工程数学的拉普拉斯变换和 付立叶变换，物理学、理论力学、电工学等。（涉 及到《控制工程基础》课程里的相关内容)

本章目的及难点 ➢本章的主要目的 为认识和获取测量装置的静、动态特性及其它特性 提供理论支持和实现手段，为正确设计、选择和使 用测量装置提供理论依据。 ➢本章难点 测量装置动态特性的分析方法 干扰的抑制方法 ➢本章需要的基础知识 高等数学微积分方程，工程数学的拉普拉斯变换和 付立叶变换，物理学、理论力学、电工学等。（涉 及到《控制工程基础》课程里的相关内容） 3

Gの少求理2大￥ 本章学习要龙 口掌握线性定常系统常用的静态特性的评价指标和 评价方法； 口掌握动态特性的分析和评价方法（包括时域和频 域)； 口掌握不失真测量条件； 口掌握测量装置动态特性的基本测试方法； 口掌握负载效应的概念、影响及减轻的方法； ▣了解测量装置的干扰及抗干扰措施

本章学习要求 掌握线性定常系统常用的静态特性的评价指标和 评价方法； 掌握动态特性的分析和评价方法（包括时域和频 域）； 掌握不失真测量条件； 掌握测量装置动态特性的基本测试方法； 掌握负载效应的概念、影响及减轻的方法； 了解测量装置的干扰及抗干扰措施 4

心少本理2大至 3.1烧述 静态特性和动态特性 线性定常系统的定义、含义及主要特性

静态特性和动态特性 线性定常系统的定义、含义及主要特性 5

少求罪子大罗 3.1梳述 >测量工作的任务就是要使用各种测量装置来获取 所需要的信息，所获得的信息必须准确可靠，才 能真实地反映被测对象的状态和属性。如何才能 保证测试的成功呢？ ·选择合理的测量方法，在原理上要行得通，在实现 上要可行。 ·选择合适的测量装置。包括自己设计、购买和借用。 。正确使用测量装置。比如，如何将各测量装置正确 地连接在一起，构成整个测量系统；如何减小测量 误差；如何保证测量装置的安全等等。 >以上都要求我们对测量装置的特性和衡量测量装 置特性的性能指标有充分的了解才能做到

3.1 概 述 ➢测量工作的任务就是要使用各种测量装置来获取 所需要的信息，所获得的信息必须准确可靠，才 能真实地反映被测对象的状态和属性。如何才能 保证测试的成功呢？ 选择合理的测量方法，在原理上要行得通，在实现 上要可行。 选择合适的测量装置。包括自己设计、购买和借用。 正确使用测量装置。比如，如何将各测量装置正确 地连接在一起，构成整个测量系统；如何减小测量 误差；如何保证测量装置的安全等等。 ➢以上都要求我们对测量装置的特性和衡量测量装 置特性的性能指标有充分的了解才能做到。 6

6少本程2大军 3.1概述 >在研究测量装置的特性时，一般将其分解为静态特性 和动态特性分别进行研究。这样做的好处有： ·对于只用于静态测量的装置，只需研究静态特性； ·研究动态特性时可以忽略干摩擦、回程、迟滞等效 应（这些作为静态特性来研究)，使我们能够用线 性微分方程来研究动态特性。 >静态特性：测量装置在静态测量中所表现出的输出与 输入之间的关系的特性。 >动态特性：测量装置在动态测量中所表现出来的输出 与输入之间的关系的特性。 >对静态测量只需考虑测量装置的静态特性；对动态测 量，测量装置的静态特性和动态特性都要考虑，因为 他们都要影响到动态测量的准确度

3.1 概 述 ➢在研究测量装置的特性时，一般将其分解为静态特性 和动态特性分别进行研究。这样做的好处有： 对于只用于静态测量的装置，只需研究静态特性； 研究动态特性时可以忽略干摩擦、回程、迟滞等效 应（这些作为静态特性来研究），使我们能够用线 性微分方程来研究动态特性。 ➢静态特性：测量装置在静态测量中所表现出的输出与 输入之间的关系的特性。 ➢动态特性：测量装置在动态测量中所表现出来的输出 与输入之间的关系的特性。 ➢对静态测量只需考虑测量装置的静态特性；对动态测 量，测量装置的静态特性和动态特性都要考虑，因为 他们都要影响到动态测量的准确度。 7

6》少东理工大军 3.1概述 >通过对测量装置的动态特性研究，可以得出不失 真测量条件。 >本章在研究测量装置的动态特性时，首先学习理 论上分析、评价动态特性的方法，然后以此理论 作为指导，学习动态特性的实测方法。 >在设计和使用测量装置时，还要解决负载效应、 干扰的影响，如何减轻负载效应？如何提高装置 的抗干扰性能？这些都是本章要研究的问题。 >前述的静态特性和动态特性并不能完全描述测量 装置的性能。在设计、选用和使用测量装置时， 还有很多与测量装置和待检测量有关的另一些特 性需要考虑和研究，如下页表所示

3.1 概 述 ➢通过对测量装置的动态特性研究，可以得出不失 真测量条件。 ➢本章在研究测量装置的动态特性时，首先学习理 论上分析、评价动态特性的方法，然后以此理论 作为指导，学习动态特性的实测方法。 ➢在设计和使用测量装置时，还要解决负载效应、 干扰的影响，如何减轻负载效应？如何提高装置 的抗干扰性能？这些都是本章要研究的问题。 ➢前述的静态特性和动态特性并不能完全描述测量 装置的性能。在设计、选用和使用测量装置时， 还有很多与测量装置和待检测量有关的另一些特 性需要考虑和研究，如下页表所示。 8

3.1概述 >选择测量装时应考虑的另外一些特性 待测的量 输出特性 电源特性 环境特性 其它特性 范围 灵敏度 电压 环境温度 可靠性 目标准确度 噪声底限 电流 热冲击 工作寿命 分辨率 信号：电压，电 可获得的功率 温度周期 过载保护 流，频率 稳定性 信号类型：单端， 频率（交流电 湿度 购置成本 差分，浮置 源) 带宽 阻抗 稳定性 振动 重量，尺寸 响应时间 编码（若是数字 冲击 适用性 输出) 输出阻抗 化学介质 电缆连接要求 极限值 爆炸危险 连接器类型 干扰量 灰尘 安装要求 修改量 浸没 安装时间 电磁环境 出现故障时的状态 静电放电 校准和测试费用 电离辐射 维护费用 更换费用 a测量装置的静、动态特性和其它特性必须与待测量的要求一致

3.1 概 述 ➢选择测量装时应考虑的另外一些特性 9 待测的量a 输出特性 电源特性 环境特性 其它特性 范围 灵敏度 电压 环境温度 可靠性 目标准确度 噪声底限 电流 热冲击 工作寿命 分辨率 信号：电压，电 流，频率 可获得的功率 温度周期 过载保护 稳定性 信号类型：单端， 差分，浮置 频率（交流电 源） 湿度 购置成本 带宽 阻抗 稳定性 振动 重量，尺寸 响应时间 编码（若是数字 输出） 冲击 适用性 输出阻抗 化学介质 电缆连接要求 极限值 爆炸危险 连接器类型 干扰量 灰尘 安装要求 修改量 浸没 安装时间 电磁环境 出现故障时的状态 静电放电 校准和测试费用 电离辐射 维护费用 更换费用 a测量装置的静、动态特性和其它特性必须与待测量的要求一致

3.1概述 关于测量系统和测量装置 >测量系统(measuring system)：一套组装的并适 用于特定量在规定区间内给出测得值信息的一台 或多台测量仪器，通常还包括其他装置，诸如试 剂和电源。 注：一个测量系统可以仅包括一台测量仪器。 摘自计量技术规范“JJF1001-2011《通用计量术语 及定义》（国家质量监督检验检疫总局发布)

3.1 概述 关于测量系统和测量装置 ➢测量系统（measuring system）：一套组装的并适 用于特定量在规定区间内给出测得值信息的一台 或多台测量仪器，通常还包括其他装置，诸如试 剂和电源。 注：一个测量系统可以仅包括一台测量仪器。 摘自计量技术规范 “JJF 1001-2011 《通用计量术语 及定义》（国家质量监督检验检疫总局发布）” 。 10