电气与电子测量技术——测量基本概念-测量系统的基本特性.ppt

1 测量系统的基本特性 2 n测量系统一般定义 众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显 示或记录的完整系统。 测量系统的基本知识 n广义测量系统 指单台的测量仪器，和由多台仪器及设备等组成的完整 测试系统，也可指组成测量系统中的某一环节或单元。 3 测量系统的基本知识 n测量系统的基本特性 系统的输入与输出之间的关系H（t）。 n 测量系统三要素： 输入、输出、基本特性 4 测量系统的基本知识 例：输电线路运行状态监测系统 5 测量系统的基本知识 张力传感器技术指标 技术参数 单位技术指标 测量范围t0-5 输出电压mV/V2.0 精确度%F.S 0.05 重复性%F.S0.03 零点输出%F.S45o) 幅值衰减 相位滞后 1/点称为转折频率。是反映一阶系统特性的最重要参数， 决定了测试系统适应的工作频率范围。 1/时： 42 【例】 已知一热电偶近似一阶系统时间常数 10s, 如果用它来测量一台炉子的温度，炉内 温度在540和500之间按近似正弦曲线 波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求 该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入 与输出信号之间的相位差和滞后时间。 43 一阶系统阶跃响应特性 当系统输入阶跃信号x(t)： 0.95A 动态响应特性主要取决于时间常数； 值越大响应慢； 值越小系统响应速度快。 一阶系统响应y(t)： 44 典型测量系统二阶系统 u uo o 【例】 + + C i i 二阶电路 U U i i + S R 0：系统统固有角频频率 ：阻尼比 K：直流放大倍数（ 静态态灵敏度） 一般型式： 标准型式： 45 二阶系统的频率响应特性 微分方程： 为系统固有角频率， 为阻尼比。 传递函数： 频率特性： 46 二阶系统的频率响应特性 相频特性 幅频特性 对数幅频特性 二阶系统频率特性的重要 参数是,。 （令K=1时） 47 幅频特性 相频特性 48 二阶系统的阶跃响应特性 输入： 当1时： 当01时： 无过冲，无震荡，为过阻尼情况。 产生衰减震荡 为欠阻尼情况。 输出响应： 其振荡角频率（阻尼振荡角频率）为d ，幅值按指数衰减。 越大，即阻尼越大，衰减越快。 49 二阶系统的阶跃响应特性 当=1时： 为临界阻尼情况。输出量以指数规律逼近稳态值，是欠阻尼状态到 过阻尼状态的转折点。 一般取 =0.60.8 输出响应： 当=0时： 为无阻尼情况。输出量y(t)围绕稳态值A作等幅振荡荡，振荡频荡频 率是系 统统的固有频频率0。 。 50 动态误差 一个测量系统的频率特性为W(j)，它所要执行的功能用理想频率特 性表示为WN（j），二者之间存在的误差。 动态幅值误差表达式为： 相位误差表达式为： 51 定义义对对数幅频频特性A（）的值不超过 理想幅频特性值的 3dB时所对应的频率范 围，即: 频带宽 工作频带定义频域动态幅值相对误差小于所规定的允许 值( 1% 、 5%或 10%等)所对应的频率范围 。即: 带宽频率和工作频带 （通频带） 52 一阶系统的动态误差 通频带（0）用转折频率表征。 当信号频率等于转折频率时，动态幅值误差已达-29.3%，即幅 值已衰减3dB。 工作频带一般测量仪器、系统的工作频带是指动态幅值误差 或10的信号频率范围，这时一阶系统允许频率比 f/f=0.3或0.5，这时相位误差已达16.7或26.6。 例： 电气测量系统的主要技术指标 n应用范围 n分辨率 n精度和误差 n灵敏度 n线性 n失调和漂移 n动态范围 n可靠性 n环境条件 测量系统的主要技术指标 56 张力传感器技术指标 技术参数 单位技术指标 测量范围t0-5 输出电压mV/V2.0 精确度%F.S 0.05 重复性%F.S0.03 零点输出%F.S1 零点温漂%F.S/0.005 绝缘电阻M5000 供桥电压VDC10 工作温度-20-70 允许过载%F.S150 备 注 可设计成12V或24V供电，05V或420mA信号输 出 (1)用10V电源满量程时 输出电压及灵敏度？ (2)当分辨力 50N 时，对 应输出最小可分辨电压电 压？ 测量系统的主要技术指标 57 v测量基本概念 v测量方法分类（直接测量和间接测量等） v现代测量系统的基本组成 v测量系统（仪器）的基本特性和技术指标 本章小节 58 本章小节 n测量系统的静态特性和指标 （1）测量系统的静态特性的获得方法和表示 方法 （2）主要静态特性和指标 灵敏度（放大倍数）、线性度、回程误差、 重复性、测量范围、分辨力、零位、精度等 。 59 本章小节 n测量系统的动态特性和指标 （1）典型的动态测量的信号：正弦信号用 于频域测试，得到频率特性;阶跃信号用于 时域测试，得到阶跃响应。 （2）典型动态系统：一阶系统，二阶