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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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,
