第2章 测量方法与测量系统.ppt

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1、第第2 2章章 测量方法与测量系统测量方法与测量系统2 2 2 21 1 1 1 电子测量的基本原理电子测量的基本原理电子测量的基本原理电子测量的基本原理2 2 2 22 2 2 2 电子测量的对象电子测量的对象电子测量的对象电子测量的对象信号与系统信号与系统信号与系统信号与系统2.3 2.3 2.3 2.3 测量方法的分类概述测量方法的分类概述测量方法的分类概述测量方法的分类概述 2 2 2 24 4 4 4 测量系统的静态特性测量系统的静态特性测量系统的静态特性测量系统的静态特性2.5 2.5 2.5 2.5 测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性测量系统的动态特性 2.1

2、 电子测量的基本概念电子测量的基本概念2.1.1 2.1.1 电子测量的意义电子测量的意义20202020世纪世纪世纪世纪30303030年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，年代，便开始了测量科学与电子科学的结合，产生了电子测量技术产生了电子测量技术产生了电子测量技术产生了电子测量技术 处理信息最有效、最成功的是电子科学技术处理信息最有效、最成功的是电子科学技术处理信息最有效、最成功的是电子科学技术处理信息最有效、最成功的是电子科学技术 具有极快的速度具有极快的速度具有极快的速度具有极快的速度 具有极精细的分辨

3、能力，很宽的作用范围。具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。具有极精细的分辨能力，很宽的作用范围。极有利于信息传递极有利于信息传递极有利于信息传递极有利于信息传递 极为灵活的变换技术。极为灵活的变换技术。极为灵活的变换技术。极为灵活的变换技术。巨大的信息处理能力巨大的信息处理能力巨大的信息处理能力巨大的信息处理能力 2.1.2 电子测量的特点电子测量的特点（1 1 1 1）测量频率范围宽）测量频率范围宽）测量频率范围宽）测量频率范围宽。被测信号的频率范围除测量直流。被测信号的频率范围除测量直流。被测信号的频率范围除测量直流。被测信号的频率范围除测量直流外，

4、测量交流信号的频率范围低至外，测量交流信号的频率范围低至外，测量交流信号的频率范围低至外，测量交流信号的频率范围低至10101010-6-6-6-6HzHzHzHz以下，高至以下，高至以下，高至以下，高至THzTHzTHzTHz（1THz=101THz=101THz=101THz=1012121212HzHzHzHz）（2 2 2 2）量程范围宽量程范围宽量程范围宽量程范围宽。如数字万用表对电压测量由纳伏。如数字万用表对电压测量由纳伏。如数字万用表对电压测量由纳伏。如数字万用表对电压测量由纳伏（nVnVnVnV）级至千伏（级至千伏（级至千伏（级至千伏（kVkVkVkV）级电压，量程达级电压，量

5、程达级电压，量程达级电压，量程达12121212个数量级个数量级个数量级个数量级 （3 3 3 3）测量准确度高）测量准确度高）测量准确度高）测量准确度高。例如，用电子测量方法对频率和时。例如，用电子测量方法对频率和时。例如，用电子测量方法对频率和时。例如，用电子测量方法对频率和时间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到可以使测量准确度达到可以使测量准确度达到可以使测量准确度达到10101010-13-13-13-13101

6、01010-14-14-14-14的数量级。的数量级。的数量级。的数量级。（4 4 4 4）测量速度快）测量速度快）测量速度快）测量速度快。因为电子测量是通过电子运动和电磁。因为电子测量是通过电子运动和电磁。因为电子测量是通过电子运动和电磁。因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作波传播进行工作波传播进行工作波传播进行工作 （5 5 5 5）易于实现遥测）易于实现遥测）易于实现遥测）易于实现遥测 （6 6 6 6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化2.1.3

7、 2.1.3 电子测量的内容电子测量的内容从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术从广义上说，电子测量是泛指以电子科学技术为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依为手段而进行的测量，即以电子科技理论为依据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和据，以电子测量仪器和设备为工具，对电量和非电量进行的测量。非电量进行的测量。非电量进行的测量。非电量进行的测量。从狭义

8、上讲，电子测量则是利用电子技术对电从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电从狭义上讲，电子测量则是利用电子技术对电子学中有关的电量所进行的测量。子学中有关的电量所进行的测量。子学中有关的电量所进行的测量。子学中有关的电量所进行的测量。2.1.3 2.1.3 电子测量的内容电子测量的内容（续）（续）（续）（续）u电子测量的内容是：电子测量的内容是：电子测量的内容是：电子测量的内容是：（1 1 1 1）按具体的测量对象来分类按具体的测量对象来分类按具体的测量对象来分类按具体的测量对象来分类，包括下列电参数的测量，包括下列电参数的测量，包括下列电参数的测量，包

9、括下列电参数的测量电电电电能能能能量量量量的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括各各各各种种种种频频频频率率率率及及及及波波波波形形形形下下下下的的的的电电电电压压压压、电电电电流流流流、功率、电场强度等的测量。功率、电场强度等的测量。功率、电场强度等的测量。功率、电场强度等的测量。电路参数的测量电路参数的测量电路参数的测量电路参数的测量电电电电信信信信号号号号特特特特征征征征的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括信信信信号号号号、频频频频率率率率、周周周周期期期期、时时时时间间间间、相相相相位位位位、调调调调幅幅幅幅度度度度、调调调调频频频频指指指指数数数数、失失失失真真真真度度度度

10、、噪噪噪噪音音音音以以以以及及及及数数数数字字字字信信信信号号号号的逻辑状态等的测量。的逻辑状态等的测量。的逻辑状态等的测量。的逻辑状态等的测量。电电电电子子子子设设设设备备备备性性性性能能能能的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括放放放放大大大大倍倍倍倍数数数数、衰衰衰衰减减减减、灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。频率特性、通频带、噪声系数的测量。频率特性、通频带、噪声系数的测量。频率特性、通频带、噪声系数的测量。特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线的的的的测测测测量量量量 包包包包括括括括幅幅幅幅频频频频特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线、晶晶晶晶体体体体管管管管特

11、特特特性性性性曲曲曲曲线等的测量和显示。线等的测量和显示。线等的测量和显示。线等的测量和显示。2.1.3 2.1.3 电子测量的内容电子测量的内容（续）（续）（续）（续）u（2 2 2 2）按按按按基基基基本本本本的的的的测测测测量量量量对对对对象象象象来来来来看看看看，电电电电子子子子测测测测量量量量是是是是对对对对电信号和电系统的测量：电信号和电系统的测量：电信号和电系统的测量：电信号和电系统的测量：u电子测量的电子测量的电子测量的电子测量的基本对象是未知基本对象是未知基本对象是未知基本对象是未知的信号与系统的信号与系统的信号与系统的信号与系统 u电子测量的电子测量的电子测量的电子测量的基

12、本工具是已知基本工具是已知基本工具是已知基本工具是已知的信号与系统的信号与系统的信号与系统的信号与系统 u电子测量的电子测量的电子测量的电子测量的基本工作机理基本工作机理基本工作机理基本工作机理是信号与系统的相是信号与系统的相是信号与系统的相是信号与系统的相互作用互作用互作用互作用2.2 2.2 电子测量的对象电子测量的对象信号与系统信号与系统 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 信号的基本概念信号的基本概念信号的基本概念信号的基本概念u测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述测量的目的是获取被测对象的

13、信息，信息描述了被测对象的状态及其变化方式。了被测对象的状态及其变化方式。了被测对象的状态及其变化方式。了被测对象的状态及其变化方式。u信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信息的载体，是物质，具备能量。息的载体，是物质，具备能量。息的载体，是物质，具备能量。息的载体，是物质，具备能量。u同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一种信号也可以运载不同的信息

14、。同一种信号也可以运载不同的信息。同一种信号也可以运载不同的信息。同一种信号也可以运载不同的信息。2.2.2 2.2.2 信号的分类信号的分类1.1.1.1.确定性信号和非确定性信号确定性信号和非确定性信号确定性信号和非确定性信号确定性信号和非确定性信号电电电电子子子子测测测测量量量量中中中中被被被被测测测测信信信信号号号号大大大大多多多多是是是是时时时时间间间间的的的的函函函函数数数数x x x x(t t t t)，按按按按其其其其性质不同可分类如下：性质不同可分类如下：性质不同可分类如下：性质不同可分类如下：确确确确定定定定性性性性信信信信号号号号：在在在在相相相相同同同同试试试试验验验

15、验条条条条件件件件下下下下，能能能能够够够够重重重重复实现的信号。复实现的信号。复实现的信号。复实现的信号。非非非非确确确确定定定定性性性性（随随随随机机机机）信信信信号号号号：在在在在相相相相同同同同试试试试验验验验条条条条件件件件下，不能够重复实现的信号。下，不能够重复实现的信号。下，不能够重复实现的信号。下，不能够重复实现的信号。u2.2.2.2.周期性信号与非周期性信号周期性信号与非周期性信号周期性信号与非周期性信号周期性信号与非周期性信号 u3.3.3.3.连续信号与离散信号连续信号与离散信号连续信号与离散信号连续信号与离散信号 2.2.2 2.2.2 信号的分类信号的分类（续）（续

16、）（续）（续）4.4.4.4.信号的空间分布结构信号的空间分布结构信号的空间分布结构信号的空间分布结构 许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性例例例例如如如如描描描描述述述述大大大大气气气气压压压压随随随随海海海海拔拔拔拔高高高高度度度度变变变变化化化化的的的的信信信信号号号号，其其其其自自自自变变变变量量量量表表表表示示示示海海海海拔拔拔拔高高高高度度度度；描描描描述述述述飞飞飞飞机机机机机机机机翼翼翼翼上上上上应应应应变变变变分分分分布布布布的信号，其自变量表示

17、结构尺寸；的信号，其自变量表示结构尺寸；的信号，其自变量表示结构尺寸；的信号，其自变量表示结构尺寸；2.2.3 2.2.3 系统的基本概念系统的基本概念 信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定信号的产生、传输、处理、存储和再现都需要一定的物理装置，这种装置通常就称为系统。的物理装置，这种装置通常就称为系统。的物理装置，这种装置通常就称为系统。的物理装置，这种装置通常就称为系统。从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的从一般意义讲，系统是由若干相互依赖

18、、相互作用的从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的事物组合而成的具有特定功能的整体。事物组合而成的具有特定功能的整体。事物组合而成的具有特定功能的整体。事物组合而成的具有特定功能的整体。1.1.1.1.系统的外部特性系统的外部特性系统的外部特性系统的外部特性即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。2.2.3 2.2.3 系统的基本概念系统的基本概念（续）（续）（续）（续）2.2.2.2.系统的内部结构系统的内部结构系统的内部结构系统的内部结构测量系统的外部特性

19、是由其内部参数也即系统本身的测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的固有属性决定。固有属性决定。固有属性决定。固有属性决定。系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入式或具有理想特性的符号组合图形来表征系统的输入-输出特性

20、输出特性输出特性输出特性 2.2.4 2.2.4 被测系统的分类被测系统的分类1.1.1.1.单输入单输入单输入单输入/输出与多输入输出与多输入输出与多输入输出与多输入/输出系统输出系统输出系统输出系统 2.2.2.2.线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统 线性系统满足两个基本条件：线性系统满足两个基本条件：线性系统满足两个基本条件：线性系统满足两个基本条件：叠加原理。叠加原理。叠加原理。叠加原理。系统的响应与输入信号的作用无关。系统的响应与输入信号的作用无关。系统的响应与输入信号的作用无关。系统的响应与输入信号的作用无关。线性系统对任意输入的响应都

21、可用傅氏变换表示。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。线性系统对任意输入的响应都可用傅氏变换表示。输出信号的频谱函数为输出信号的频谱函数为输出信号的频谱函数为输出信号的频谱函数为 uu线线线线性性性性系系系系统统统统具具具具有有有有频频频频率率率率保保保保持持持持性性性性。测测测测量量量量、分分分分析析析析或或或或比比比比较较较较线线线线性性性性系系系系统统统统在在在在正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号激激激激励励励励下下下下的的的的响响响响应应应应，就就就就可可可可以以以以对对对对系系系系统统统统的的的的各各各各种种种种电电电电气气气气特特特

22、特性性性性作作作作出全面的评价出全面的评价出全面的评价出全面的评价2.3 2.3 测量方法的分类概述测量方法的分类概述2.3.1 2.3.1 直接测量与间接测量直接测量与间接测量（1 1）直直接接测测量量,用用已已标标定定的的仪仪器器，直直接接地测量出某一待测未知量的量值。地测量出某一待测未知量的量值。（2 2）间间接接测测量量对对与与未未知知待待测测量量y y有有确确切切函函数数关关系系的的其其他他变变量量x x（或或n n个个变变量量）进进行行直直接接测测量量，然然后后再再通通过过函函数数 ，计算出待测量，计算出待测量y y。2.3.2 2.3.2 有源参量与无源参量的测量有源参量与无源参

23、量的测量被测对象可按有源量或无源量划分为两大类被测对象可按有源量或无源量划分为两大类被测对象可按有源量或无源量划分为两大类被测对象可按有源量或无源量划分为两大类 1.1.1.1.有源量的测量有源量的测量有源量的测量有源量的测量2.2.2.2.无源量的测量无源量的测量无源量的测量无源量的测量 2.3.3 2.3.3 现代现代测试系统测试系统的组成的组成u1.1.1.1.集中式多路测试系统集中式多路测试系统集中式多路测试系统集中式多路测试系统 2.3.32.3.3现代现代测试系统测试系统的组成的组成（续）（续）（续）（续）u2.2.2.2.分布式多路测量系统分布式多路测量系统分布式多路测量系统分布

24、式多路测量系统 网络化测量系统网络化测量系统网络化测量系统网络化测量系统2.3.4 2.3.4 频域、时域、数域及随机域测量频域、时域、数域及随机域测量1.1.1.1.频域测量技术频域测量技术频域测量技术频域测量技术：幅值和相位随频率的变化：幅值和相位随频率的变化：幅值和相位随频率的变化：幅值和相位随频率的变化（1 1 1 1）正弦波点频法）正弦波点频法）正弦波点频法）正弦波点频法（2 2 2 2）正弦波扫频法）正弦波扫频法）正弦波扫频法）正弦波扫频法 2.2.2.2.时域测量技术时域测量技术时域测量技术时域测量技术：幅值随时间的变化幅值随时间的变化幅值随时间的变化幅值随时间的变化测试信号是脉

25、冲、方波及阶跃信号测试信号是脉冲、方波及阶跃信号测试信号是脉冲、方波及阶跃信号测试信号是脉冲、方波及阶跃信号从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。2.3.4 2.3.4 频域、时域、数域及随机域测量频域、时域、数域及随机域测量（续）（续）（续）（续）4.4.4.4.随机测量技术随机测量技术随机

26、测量技术随机测量技术：测量噪声信号和使用随机信号源：测量噪声信号和使用随机信号源：测量噪声信号和使用随机信号源：测量噪声信号和使用随机信号源噪噪噪噪声声声声是是是是一一一一种种种种与与与与时时时时间间间间因因因因素素素素有有有有关关关关的的的的随随随随机机机机变变变变量量量量，对对对对噪噪噪噪声声声声的的的的研研研研究究究究使使使使用用用用概率统计方法概率统计方法概率统计方法概率统计方法 主要包括下述内容：主要包括下述内容：主要包括下述内容：主要包括下述内容：（1 1 1 1）噪噪噪噪声声声声信信信信号号号号统统统统计计计计特特特特性性性性的的的的测测测测量量量量，如如如如时时时时域域域域中中

27、中中的的的的均均均均值值值值、均均均均方方方方根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；（2 2 2 2）将将将将已已已已知知知知特特特特性性性性的的的的噪噪噪噪声声声声作作作作激激激激励励励励源源源源对对对对被被被被测测测测系系系系统统统统进进进进行行行行统统统统计计计计性性性性测量，研究被测系统的特性；测量，研究被测系统的特性；测量，研究被测系统的特性；测量，研究被测系统的特性；5.5.数字测量技术数字测量技术：测量数字系统的功能和故障：测量数字系统

28、的功能和故障诊断诊断2.4 2.4 现代测试系统的静态特性现代测试系统的静态特性2.2.2.2.1 .1 .1 .1 测试系统的静态特性和动态特性概述测试系统的静态特性和动态特性概述测试系统的静态特性和动态特性概述测试系统的静态特性和动态特性概述测测测测量量量量系系系系统统统统(广广广广义义义义)指指指指单单单单台台台台的的的的测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器，和和和和由由由由多多多多台台台台仪仪仪仪器器器器及及及及设设设设备备备备等等等等组组组组成成成成的的的的完完完完整整整整测测测测试试试试系系系系统统统统，也也也也可可可可指指指指组组组组成成成成测测测测量量量量系系系系统中的某一环节或单

29、元。统中的某一环节或单元。统中的某一环节或单元。统中的某一环节或单元。uu测量系统的基本特性可分为两类：测量系统的基本特性可分为两类：测量系统的基本特性可分为两类：测量系统的基本特性可分为两类：一一一一类类类类被被被被测测测测量量量量是是是是静静静静止止止止不不不不变变变变或或或或变变变变化化化化极极极极缓缓缓缓慢慢慢慢的的的的情情情情况况况况，此此此此时时时时工工工工作作作作在在在在静静静静止止止止状状状状态态态态下下下下的的的的测测测测量量量量系系系系统统统统，其其其其输输输输入入入入与与与与输输输输出出出出量量量量间间间间的的的的函函函函数关系，称为测量系统的数关系，称为测量系统的数关系

30、，称为测量系统的数关系，称为测量系统的静态特性静态特性静态特性静态特性；另另另另一一一一类类类类是是是是被被被被测测测测量量量量不不不不断断断断变变变变化化化化的的的的情情情情况况况况，此此此此时时时时，工工工工作作作作在在在在动动动动态态态态下下下下的的的的测测测测量量量量系系系系统统统统其其其其输输输输入入入入量量量量与与与与输输输输出出出出量量量量间间间间的的的的函函函函数数数数关关关关系系系系称称称称为为为为测测测测量系统的量系统的量系统的量系统的动态特性动态特性动态特性动态特性。2.4.2 测量系统的静态特性指标测量系统的静态特性指标1.1.1.1.静态特性的数学模型静态特性的数学模

31、型静态特性的数学模型静态特性的数学模型不线性时：不线性时：不线性时：不线性时：获得静态特性的方法：获得静态特性的方法：对一个测量系统进行标定或定期进行校准。对一个测量系统进行标定或定期进行校准。即在规定的标准工作条件下（规定的温度范围、大气压即在规定的标准工作条件下（规定的温度范围、大气压力、湿度等），由高精度的标准发生器给出一系列数值已知力、湿度等），由高精度的标准发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量的、准确的、不随时间变化的输入量x xj j，用高精度测量仪器用高精度测量仪器测定被校测量系统对应输出量测定被校测量系统对应输出量y yj j,得到由得到由(x xj j,y

32、,yj j)数值列出的数数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式，即为被校准的测量系统的表、绘制曲线或求得数学表达式，即为被校准的测量系统的输出与输入的关系，亦称之为静态特性。输出与输入的关系，亦称之为静态特性。非非线性线性2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）2.2.2.2.静态特性的基本参数静态特性的基本参数静态特性的基本参数静态特性的基本参数（1 1 1 1）零位（零点）零位（零点）零位（零点）零位（零点）u当输入量为零当输入量为零当输入量为零当输入量为零x=0 x=0 x=0 x=0时，测量时，测量时，测量时，测量 系统的输出量不为零的数值系统的输出量不为

33、零的数值系统的输出量不为零的数值系统的输出量不为零的数值u零位值为零位值为零位值为零位值为 u零零零零位位位位值值值值应应应应设设设设法法法法从从从从测测测测量量量量结结结结果果果果中中中中消消消消除除除除。例例例例如如如如可可可可以以以以通通通通过过过过测量系统的调零机构或者由软件扣除。测量系统的调零机构或者由软件扣除。测量系统的调零机构或者由软件扣除。测量系统的调零机构或者由软件扣除。2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）（2 2 2 2）灵敏度）灵敏度）灵敏度）灵敏度是描述测量系统对输入量变化反应的能力。是描述测量系统对输入量变化反应的能力。是描述测量系统对

34、输入量变化反应的能力。是描述测量系统对输入量变化反应的能力。灵敏度：灵敏度：灵敏度：灵敏度：当当当当静静静静态态态态特特特特性性性性为为为为一一一一直直直直线线线线时时时时，直直直直线线线线的的的的斜斜斜斜率率率率即即即即为为为为灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度，且且且且为为为为一一一一常数常数常数常数 2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）u（3 3 3 3）分辨力）分辨力）分辨力）分辨力又称灵敏度阈，它表征又称灵敏度阈，它表征又称灵敏度阈，它表征又称灵敏度阈，它表征测量系统有效辨别输入量最小变测量系统有效辨别输入量最小变测量系统有效辨别输入量最小变测量系统有效辨别输入

35、量最小变化量的能力。化量的能力。化量的能力。化量的能力。对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的1/21/21/21/21/51/51/51/5。（4 4 4 4）量量量量程程程程测测测测量量量量系系系系统统统统测测测测量量量量范范范范围围围围的的的的上上上上限限限限值值值值与与与与下下下下限限限限值值值值之之之之差差差差的的的的模模模模即即即即称称称称为为为为量量量量程程程程。量量量量程程程程又又又又称称称称满满满满度度度度值值值值，表表表表征征征征测测测测

36、量量量量系系系系统统统统能能能能够承受最大输入量的能力。够承受最大输入量的能力。够承受最大输入量的能力。够承受最大输入量的能力。2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）3.3.3.3.静态特性的质量指标静态特性的质量指标静态特性的质量指标静态特性的质量指标（1 1 1 1）迟滞）迟滞）迟滞）迟滞亦亦亦亦称称称称“滞滞滞滞后后后后”或或或或“回回回回差差差差”，表表表表征征征征测测测测量量量量系系系系统统统统在在在在全全全全量量量量程程程程范范范范围围围围内内内内，输输输输入入入入量量量量由由由由小小小小到到到到大大大大（正正正正行行行行程程程程）或或或或由由由由大大

37、大大小小小小到到到到（反反反反行行行行程程程程）两两两两者者者者静静静静态特性不一致的程度。态特性不一致的程度。态特性不一致的程度。态特性不一致的程度。2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）（2 2 2 2）重复性）重复性）重复性）重复性uu表表表表征征征征测测测测量量量量系系系系统统统统输输输输入入入入量量量量按按按按同同同同一一一一方方方方向向向向作作作作全全全全量量量量程程程程连连连连续续续续多多多多次次次次变变变变动动动动时时时时，静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度uu重重重重复复复复性性性性是是是是指指指指标

38、标标标定定定定值值值值的的的的分分分分散散散散性性性性，是是是是一一一一种种种种随随随随机机机机误误误误差差差差，可可可可以以以以根根根根据据据据标准偏差来计算标准偏差来计算标准偏差来计算标准偏差来计算 S S S S子样标准偏差；子样标准偏差；子样标准偏差；子样标准偏差；KKKK置信因子。置信因子。置信因子。置信因子。2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）u（3 3 3 3）线性度）线性度）线性度）线性度测量系统的输出测量系统的输出测量系统的输出测量系统的输出输入关系应当具有直线特性，输入关系应当具有直线特性，输入关系应当具有直线特性，输入关系应当具有直线特性，

39、线线线线性性性性度度度度（又又又又称称称称非非非非线线线线性性性性误误误误差差差差）说说说说明明明明输输输输出出出出量量量量与与与与输输输输入入入入量量量量的的的的实实实实际关系曲线偏离其拟合直线的程度际关系曲线偏离其拟合直线的程度际关系曲线偏离其拟合直线的程度际关系曲线偏离其拟合直线的程度选定的拟合直线不同，计算选定的拟合直线不同，计算选定的拟合直线不同，计算选定的拟合直线不同，计算所得的线性度数值也就不同所得的线性度数值也就不同所得的线性度数值也就不同所得的线性度数值也就不同 2.4.2 测量系统的静态特性指标（续）测量系统的静态特性指标（续）u（4 4 4 4）准确度）准确度）准确度）准

40、确度测量系统的准确度，俗称精度测量系统的准确度，俗称精度测量系统的准确度，俗称精度测量系统的准确度，俗称精度用准确度等级指数来表征用准确度等级指数来表征用准确度等级指数来表征用准确度等级指数来表征.简简简简化化化化表表表表示示示示：一一一一些些些些国国国国家家家家标标标标准准准准未未未未规规规规定定定定准准准准确确确确度度度度等等等等级级级级指指指指数数数数的的的的产产产产品品品品说说说说明明明明书书书书中中中中，常常常常用用用用“精精精精度度度度”作作作作为为为为一一一一项项项项技技技技术术术术指指指指标标标标来来来来表表表表征征征征该该该该产产产产品品品品的的的的准准准准确确确确程程程程度

41、度度度。通通通通常常常常精精精精度度度度A A A A由由由由线线线线性性性性度度度度、滞滞滞滞环环环环和和和和重重重重复复复复性之和得出性之和得出性之和得出性之和得出2.4.3 2.4.3 电子测量仪器的误差表示方法电子测量仪器的误差表示方法电子测量仪器的误差表示方法电子测量仪器的误差表示方法以以以以量量量量程程程程（满满满满度度度度值值值值）的的的的百百百百分分分分数数数数（即即即即满满满满度度度度误误误误差差差差，引引引引用用用用误误误误差差差差）的的的的形形形形式式式式，给给给给出出出出仪仪仪仪器器器器的的的的准准准准确确确确度度度度等等等等级级级级（或或或或称称称称精精精精度度度度等

42、等等等级级级级）s s s s。此时仪器误差为：此时仪器误差为：此时仪器误差为：此时仪器误差为：以以以以读读读读数数数数误误误误差差差差和和和和满满满满度度度度误误误误差差差差的的的的形形形形式式式式，给给给给出出出出仪仪仪仪器器器器容容容容许许许许误误误误差差差差或基本误差，此时仪器误差为：或基本误差，此时仪器误差为：或基本误差，此时仪器误差为：或基本误差，此时仪器误差为：2.5 测量系统的动态特性测量系统的动态特性2.5.1 2.5.1 测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型数学模型数学模型数学模型uu测测测测量量量量系系系系统统统

43、统的的的的特特特特性性性性用用用用数数数数学学学学模模模模型型型型来来来来描描描描述述述述，主主主主要要要要有有有有三三三三种种种种形形形形式式式式：时域中的微分方程；时域中的微分方程；时域中的微分方程；时域中的微分方程；复频域中的传递函数；复频域中的传递函数；复频域中的传递函数；复频域中的传递函数；频域中的频率特性。频域中的频率特性。频域中的频率特性。频域中的频率特性。uu1.1.1.1.微分方程微分方程微分方程微分方程2.5.1 2.5.1 测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型（续）数学模型（续）数学模型（续）数学模型（续）2.2

44、.2.2.传递函数传递函数传递函数传递函数传传传传递递递递函函函函数数数数其其其其表表表表达达达达式式式式为为为为在在在在初初初初始始始始条条条条件件件件为为为为零零零零时时时时，系系系系统统统统输输输输出出出出量量量量的的的的拉拉拉拉氏氏氏氏变换与输入量的拉氏变换之比。变换与输入量的拉氏变换之比。变换与输入量的拉氏变换之比。变换与输入量的拉氏变换之比。传递函数有以下特点：传递函数有以下特点：传递函数有以下特点：传递函数有以下特点：uuH(S)H(S)H(S)H(S)和和和和输输输输入入入入x(tx(tx(tx(t)无无无无关关关关，它它它它只只只只反反反反映映映映测测测测量量量量系系系系统统

45、统统本本本本身身身身固固固固有有有有的的的的特特特特性性性性uu不同的物理系统可以有相同的传递函数。不同的物理系统可以有相同的传递函数。不同的物理系统可以有相同的传递函数。不同的物理系统可以有相同的传递函数。uu传递函数与微分方程等价。传递函数与微分方程等价。传递函数与微分方程等价。传递函数与微分方程等价。2.5.1 2.5.1 测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型（续）数学模型（续）数学模型（续）数学模型（续）3.3.3.3.频率响应函数频率响应函数频率响应函数频率响应函数 uu对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变对于

46、稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏变换换换换uu频率特性是在初始条件为零的情况下，输出的傅里叶变换频率特性是在初始条件为零的情况下，输出的傅里叶变换频率特性是在初始条件为零的情况下，输出的傅里叶变换频率特性是在初始条件为零的情况下，输出的傅里叶变换和输入的傅里叶变换之比和输入的傅里叶变换之比和输入的傅里叶变换之比和输入的傅里叶变换之比 uu从物理意义上说，通过傅里叶变换可把满足一定条件的任从物理意义上说，通过傅里叶变换可把满足一定条件的任从物理意义上说，通过傅里叶变换可把满足一定条件的

47、任从物理意义上说，通过傅里叶变换可把满足一定条件的任意信号分解成不同频率的正弦信号之和。意信号分解成不同频率的正弦信号之和。意信号分解成不同频率的正弦信号之和。意信号分解成不同频率的正弦信号之和。2.5.1 2.5.1 测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述测试系统动态特性的描述数学模型（续）数学模型（续）数学模型（续）数学模型（续）u（1 1 1 1）幅频特性和相频特性）幅频特性和相频特性）幅频特性和相频特性）幅频特性和相频特性幅幅幅幅频频频频特特特特性性性性当当当当输输输输入入入入正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率改改改改变变变变时时时时，

48、输输输输出出出出、输入正弦信号的振幅之比随频率的变化输入正弦信号的振幅之比随频率的变化输入正弦信号的振幅之比随频率的变化输入正弦信号的振幅之比随频率的变化相相相相频频频频特特特特性性性性输输输输出出出出、输输输输入入入入正正正正弦弦弦弦信信信信号号号号的的的的相相相相位位位位差差差差随随随随频频频频率率率率的的的的变化变化变化变化测试系统的动态数学模型和动态特性（续）测试系统的动态数学模型和动态特性（续）测试系统的动态数学模型和动态特性（续）测试系统的动态数学模型和动态特性（续）u常见测量系统的数学模型常见测量系统的数学模型常见测量系统的数学模型常见测量系统的数学模型u一阶系统一阶系统一阶系统

49、一阶系统幅频幅频特性：特性：相频相频特性：特性：时间常数时间常数测试系统的动态数学模型和动态特性（续）测试系统的动态数学模型和动态特性（续）测试系统的动态数学模型和动态特性（续）测试系统的动态数学模型和动态特性（续）一阶系统的阶跃响应特性与特性参数一阶系统的阶跃响应特性与特性参数一阶系统的阶跃响应特性与特性参数一阶系统的阶跃响应特性与特性参数 当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号x(t)x(t)x(t)x(t)时时时时,响应为响应为响应为响应为y(t)y(t)y(t)y(t)0.95A2.5.3 2.5.3 测量系统动态特性的评价指标及其测量测量系统动态特性

50、的评价指标及其测量测量系统动态特性的评价指标及其测量测量系统动态特性的评价指标及其测量u测量系统的动态特性可用动态性能指标进行评价。测量系统的动态特性可用动态性能指标进行评价。测量系统的动态特性可用动态性能指标进行评价。测量系统的动态特性可用动态性能指标进行评价。可采用两种方法：可采用两种方法：可采用两种方法：可采用两种方法：u采用阶跃信号作为系统输入量，获得系统对阶采用阶跃信号作为系统输入量，获得系统对阶采用阶跃信号作为系统输入量，获得系统对阶采用阶跃信号作为系统输入量，获得系统对阶跃响应的过渡过程曲线与在时域中描述系统动态跃响应的过渡过程曲线与在时域中描述系统动态跃响应的过渡过程曲线与在时