现代测试技术(第1章)

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。,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,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,2.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,y,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：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,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,上一页,下一页,返回,过零旋转拟合,曲线过零的传感器。拟合时，使,上一页,下一页,返回,端点连线拟合,把输出曲线两端点的连线作为拟合直线,上一页,下一页,返回,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,y,L1,上一页,下一页,返回,L2,最小二乘拟合,原理:,上一页,下一页,返回,最小二乘拟合方法,上一页,下一页,返回,4.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.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,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,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