第3章测量系统的基本特性前部分精选文档.ppt
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1、第3章测量系统的基本特性前部分本讲稿第一页,共五十四页测量系统的基本特性河南工业大学电气工程学院 赵亮教学2号楼420 67758833本讲稿第二页,共五十四页第三章第三章 测量系统的基本特性测量系统的基本特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 本讲稿第三页,共五十四页3.1 概述概述3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 3.2.1 静态特性的获得静态特性的获得 3.2.2 静态特性的基本参数静态特性的基本参数 3.2.3 静态特性的质量指标静态特性的质量指标3.3 测量系统的动态特性测量系统的动态特性 3.3.1 测量系统的数学模型测量系统的数学模型 3.3.2 常见测量系统的数
2、学模型常见测量系统的数学模型 3.3.3 测量系统的动态特性参数测量系统的动态特性参数 3.3.4 系统特性参数、动态误差与信号频率的关系系统特性参数、动态误差与信号频率的关系3.4 测量系统的组建的基本原则测量系统的组建的基本原则 电气测量技术河南工业大学 2011年 本讲稿第四页,共五十四页3.1 概述概述电气测量技术河南工业大学 2011年 w定义定义 指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的显示或记录的完整系统完整系统 指组成完整测量系统中的指组成完整测量系统中的某一环节或单元某一环节或单元 可以是可以是更简单的环
3、节更简单的环节 测量系统测量系统 本讲稿第五页,共五十四页3.1 概述概述 电气测量技术河南工业大学 2011年 w测量系统的基本特性测量系统的基本特性 测量系统的基本特性是指测量系统与其输入、输出的关系测量系统的基本特性是指测量系统与其输入、输出的关系.主要应用于三个方面主要应用于三个方面 已知测量系统的特性已知测量系统的特性,输出可测输出可测,那么通过该特性和那么通过该特性和 输出输出来推断导致该输出的输入量来推断导致该输出的输入量.已知测量系统特性和输入已知测量系统特性和输入,推断和估计系统的输出量推断和估计系统的输出量.由已知或观测系统的输入、输出,推断系统的特性由已知或观测系统的输入
4、、输出,推断系统的特性.测量系统测量系统本讲稿第六页,共五十四页3.1 概述概述 电气测量技术河南工业大学 2011年 w测量系统的数学模型测量系统的数学模型 对于连续时间系统对于连续时间系统(模拟测量系统模拟测量系统),它的输入它的输入x(t)与其输出与其输出y(t)在时域中的关系由微分方程建立在时域中的关系由微分方程建立.即即 测量系统测量系统连续时间测量系统连续时间测量系统本讲稿第七页,共五十四页3.1 概述概述电气测量技术河南工业大学 2011年 w测量系统的数学模型测量系统的数学模型 在满足足够的精度的条件下,大多数系统的输入在满足足够的精度的条件下,大多数系统的输入x(t)和输和输
5、出出y(t)之间的关系可以用常系数线性微分方程描述:之间的关系可以用常系数线性微分方程描述:测量系统测量系统 本讲稿第八页,共五十四页3.1 概述概述 电气测量技术河南工业大学 2011年 w测量系统的数学模型测量系统的数学模型 对于离散时间系统对于离散时间系统(数字测量系统数字测量系统),它的输入它的输入x(nt)和输和输出出y(nt)都是只在时刻都是只在时刻nt(n=0,1,2,)才存在的时间序列才存在的时间序列,它它们的关系由差分方程描述们的关系由差分方程描述.u测量系统的基本特性测量系统的基本特性 静态特性静态特性 动态特性动态特性 测量系统测量系统本讲稿第九页,共五十四页 3.2 测
6、量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w静态特性的定义静态特性的定义 测量系统的静态特性又称为刻度特性测量系统的静态特性又称为刻度特性,标准曲线或校准曲线标准曲线或校准曲线.当测量对象处于静态时当测量对象处于静态时,也就是测量系统的也就是测量系统的输入为不随时输入为不随时间变化的恒定信号间变化的恒定信号,在这种情况下测量系统输入与输出之间在这种情况下测量系统输入与输出之间呈现的关系就是静态特性呈现的关系就是静态特性.上式是理想的上式是理想的定常线性测量系统定常线性测量系统的静态特性的表达式的静态特性的表达式.理想的静态特性理想的静态特性 本讲稿第十页,共五十四
7、页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w静态特性静态特性 S0,S1,S2,,Sn-常量常量 x输入量输入量 y输出量输出量 实际的静态特性实际的静态特性 本讲稿第十一页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w获得方法获得方法 即在规定的标准工作条件下即在规定的标准工作条件下(规定的温度范围、大气压规定的温度范围、大气压力、温度等力、温度等),由高精度输入量发生器给出一系列数值已知由高精度输入量发生器给出一系列数值已知的、精确的、不随时间变化的输入量的、精确的、不随时间变化的输入量xj,用高精
8、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yj,从而可以获得由从而可以获得由yj,xj数数值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式表征的被值列出的数表、绘制曲线或求得数学表达式表征的被校测量系统的输入与输出的关系校测量系统的输入与输出的关系,称之为称之为静态特性静态特性.3.2.1 静态特性的获得静态特性的获得本讲稿第十二页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w零位零位(点点)当输入量为零时当输入量为零时x=0,测量系统的输出量不为零的数值测量系统的输出量不为零的数值,由上式可知零位值为由上式可知零位
9、值为 零位值应从测量结果中设法消除零位值应从测量结果中设法消除.3.2.2 静态特性的基本参数静态特性的基本参数 本讲稿第十三页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w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灵敏度是描述测量系统对输入量变化反应的能力.通通常由测量系统的输出变化量常由测量系统的输出变化量y与引起该输出量变化的与引起该输出量变化的输入变化量输入变化量x之比值之比值S来表征来表征 3.2.2 静态特性的基本参数静态特性的基本参数本讲稿第十四页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术
10、河南工业大学 2011年 w其他形式的灵敏度其他形式的灵敏度 3.2.2 静态特性的基本参数静态特性的基本参数本讲稿第十五页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w灵敏度的合成灵敏度的合成 若测量系统是由灵敏度分别为若测量系统是由灵敏度分别为S1,S2,S3等多个相互独立的等多个相互独立的环节组成时,测量系统的总灵敏度环节组成时,测量系统的总灵敏度S为为 总灵敏度等于各个环节灵敏度的乘积总灵敏度等于各个环节灵敏度的乘积.灵敏度数值大灵敏度数值大,表表示相同的输入改变量引起的输出改变量大示相同的输入改变量引起的输出改变量大,则测量系统的灵则
11、测量系统的灵敏度高敏度高.3.2.2 静态特性的基本参数静态特性的基本参数本讲稿第十六页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w分辨力分辨力 分辨力又称灵敏度阈分辨力又称灵敏度阈,它表征测量系统有效辨别输入量它表征测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力最小变化量的能力.一般为最小分度值的一般为最小分度值的1/2-1/5.u量程量程 量程又称之为满度值量程又称之为满度值,表征测量系统能够承受最大输入量表征测量系统能够承受最大输入量的能力的能力.其数值是测量系统示值范围上、下限之差的其数值是测量系统示值范围上、下限之差的模模.3.2.2 静态
12、特性的基本参数静态特性的基本参数 本讲稿第十七页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w迟滞迟滞 迟滞也称滞后量迟滞也称滞后量,滞后或滞环滞后或滞环,表征测量系统在全量程范围表征测量系统在全量程范围内内,输入量由小到大输入量由小到大(正行程正行程)或由大到小(反行程)两者或由大到小(反行程)两者静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度.其值用引用误差形式表示其值用引用误差形式表示|Hm|-同一输入量对应正、反行程输出量的最大同一输入量对应正、反行程输出量的最大 差差值值 YFS-测量系统的满度值测量系统的满度值 3.2.3静态特性的质量
13、指标静态特性的质量指标本讲稿第十八页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w重复性重复性 重复性是表征测量系统输入量按同一方向作全量程连续多次重复性是表征测量系统输入量按同一方向作全量程连续多次变动时变动时,静态特性不一致的程度静态特性不一致的程度.用引用误差形式表示用引用误差形式表示 R-同一输入量对应多次循环的同向行程输出量的同一输入量对应多次循环的同向行程输出量的 绝绝对误差对误差 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标 本讲稿第十九页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 201
14、1年 wR的计算方法的计算方法 重复性指标是指标定值的分散性重复性指标是指标定值的分散性,是一种随机误差是一种随机误差,可以根可以根据标准偏差来计算据标准偏差来计算 R.S-子样标准偏差子样标准偏差 K-置信因子置信因子 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w标准法 按贝塞尔公式计算子样的标准偏差按贝塞尔公式计算子样的标准偏差S SjD,SjI-正、反行程各标定点输出量的标准偏差正、反行程各标定点输出量的标准偏差 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十一页
15、,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w标准法标准法 -正、反行程各标定点输出量的平均值正、反行程各标定点输出量的平均值 j-标定点序号,标定点序号,j=1,2,,m i-标定点的循环次数标定点的循环次数,i=1,2,n yjID,yjII-正、反行程各标定点输出值正、反行程各标定点输出值 再取再取S jD,S jI-的平均值为子样的标准偏差的平均值为子样的标准偏差S,则有则有 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十二页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w
16、极差法极差法 极差极差w是测量结果数据最大值与最小值之差,按极是测量结果数据最大值与最小值之差,按极 差法差法计算标准偏差的公式为计算标准偏差的公式为 -正、反行程标定值极差正、反行程标定值极差WD,WI的平均值的平均值 dn-极差系数极差系数 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十三页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w极差法极差法 jD-第第j个标定点正行程标定值的极差个标定点正行程标定值的极差 jI-第第j个标定点反行程标定值的极差个标定点反行程标定值的极差 极差系数的大小与标定次数极差系数的大小与标定次数(
17、测量次数测量次数)n有关有关 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十四页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w线性度线性度 线性度是表示测量系统静态特性对选定拟合曲线线性度是表示测量系统静态特性对选定拟合曲线y=b+kx的的接近程度接近程度.它用非线性引用误差形式表示它用非线性引用误差形式表示|Lm|-静态特性与选定的拟合直线的最大拟合偏差静态特性与选定的拟合直线的最大拟合偏差 拟合直线的选定方法不同拟合直线的选定方法不同,则用非线性引用误差表示线性度则用非线性引用误差表示线性度数值也不同数值也不同.最常用的有理论线
18、性度和最小二乘法线性度最常用的有理论线性度和最小二乘法线性度.3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十五页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w最小二乘法线性度最小二乘法线性度 设拟合直线方程通式为设拟合直线方程通式为 第第j个标定点的标定值个标定点的标定值yj与拟合直线上相应值的偏差为与拟合直线上相应值的偏差为 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十六页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w最小二乘法线性度最小二乘法线性度 最小二乘法拟合
19、直线的拟合原则是使最小二乘法拟合直线的拟合原则是使N个标定点的个标定点的 均方均方差差 为最小值为最小值,由一阶偏导数等于零由一阶偏导数等于零 可得两个方程式可得两个方程式,并解得两个未知量并解得两个未知量b,k的表达式如下的表达式如下 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标 本讲稿第二十七页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性电气测量技术河南工业大学 2011年 w最小二乘法线性度最小二乘法线性度 3.2.3静态特性的质量指标静态特性的质量指标本讲稿第二十八页,共五十四页3.2 测量系统的静态特性测量系统的静态特性 电气测量技术河南工业大学 2011年 w理论线性
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