现代测试技术(第1章).ppt

第1章 测量系统的基本特性一、概述 测量系统的基本特性是测量系统与其输入、输出的关系。主要应用于 已知测量系统的特性，可测出输出量，通过 该特性和输出量推断输入量。已知测量系统特性和输入，推断和估计系统 的输出量。由已知或观测系统的输入、输出，推断系统 的特性。第1章 测量系统的基本特性一、概述 一般用数学表达式（数学模型）来表示测量系统的基本特性。连续时间系统x(t)y(t)输入输出离散时间系统x(nT)y(nT)输入输出由微分方程描述由差分方程描述第1章 测量系统的基本特性二、测量系统的静态特性（刻度特性、校准曲线）测量系统的输入不随时间变化时的特性。理想特性实际特性1.静态特性的获得 对一个测量系统，在使用前必须在规定的标准工作条件下对其进行标定或定期进行校验。二、测量系统的静态特性2.静态特性的基本参数 零位（点）当输入量x=0时，输出量不为0的数值 灵敏度 分辨力（灵敏度阈）表征测量系统有效辨别输入最小变化量的能力。一般为最小分度值的1/21/5。量程（满度值）测量上限-测量下限二、测量系统的静态特性3.静态特性的品质指标（1）迟滞（2）重复性（3）线性度（4）准确度的简化表示（5）可靠性（6）稳定性和影响系数（7）输入电阻与输出电阻 1.迟滞迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞正反行程间输出的最大差值。迟滞误差的另一名称叫回程误差，常用绝对误差表示检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。迟滞特性迟滞特性xHmaxY2.2.重复性重复性表征测量系统输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，所得特性曲线不一致的程度。正行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差取较大者为 重复特性重复特性xRmax1Rmax2y上一页下一页返 回3.线性度静特性输 出 量输 入 量零点输出理论灵敏度非线性项系数直线拟合线性化 非线性误差或线性度最大非线性误差 满量程输出上一页下一页返 回直线拟合线性化出发点 获得最小的非线性误差拟合方法拟合方法：理论拟合；过零旋转拟合；端点连线拟合；端点连线平移拟合；最小二乘拟合；上一页下一页返 回理论拟合理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说 较大xyLmax上一页下一页返 回过零旋转拟合过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时，使xyL2L1上一页下一页返 回端点连线拟合端点连线拟合把输出曲线两端点的连线作为拟合直线xyLmax上一页下一页返 回端点连线平移拟合端点连线平移拟合在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半yxL3L1上一页下一页返 回L2最小二乘拟合最小二乘拟合原理:上一页下一页返 回最小二乘拟合方法最小二乘拟合方法xy=kx+by上一页下一页返 回4.4.准确度的简化表示准确度的简化表示 在一些国家标准未规定准确度等级指数的产品说明书中，常用精度来表征产品的准确程度。5.5.可靠性可靠性 一台装置的可靠性是指装置在规定的时间内，以及在保持其运行指标不超限的情况下执行其功能的性能。可靠性指标：平均无故障时间（MTBF）可信任概率P 故障率或失效率 有效度或可用度平均修复时间6.稳定性和影响系数稳定性和影响系数 1）稳定性 在规定工作条件范围和规定时间内，系统或仪器性能保持不变的能力。上一页下一页返 回2）影响系数 环温、大气压、振动等外部状态变化给予测量系统或仪器示值的影响，以及电源电压、频率等工作条件变化给予指示值的影响，用影响系数表示。3）交叉灵敏度 测量系统对被测量以外的其他量的敏感程度。7.输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻 前级输出电阻R01 应该为0，后级输入电阻理想值为Ri2=，才能使前后环节相互独立。为此，组成系统的环节之间都设有阻抗变换器。上一页下一页返 回三、测量系统的动态特性 在工程测量中，大量的被测信号是随时间变化的动态信号。测量系统的动态特性反映其测量动态信号的能力。1.测量系统的数学模型 频率特性 微分方程 传递函数幅频特性相频特性三、测量系统的动态特性2.常见测量系统的数学模型 频率特性1）一阶系统惯性环节（非周期环节）传递函数 微分方程三、测量系统的动态特性2.常见测量系统的数学模型 频率特性2）二阶系统振荡环节 传递函数 微分方程三、测量系统的动态特性3.测量系统的动态特性参数一阶系统的特性参数为时间常数T，二阶系统的特性参数为固有频率 与阻尼比输入信号正弦信号阶跃信号动态特性频率特性阶跃响应特性一阶系统频率特性二阶系统频率特性一阶系统的阶跃响应二阶系统的阶跃响应欠阻尼临界阻尼过阻尼