《申忠如《电气测量技术》2011电工量计第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《申忠如《电气测量技术》2011电工量计第四章（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1/201/20第四章第四章 测量系统测量系统2/202/20传感器传感器滤滤波波、放放大大、I/V、V/f指示仪表、指示仪表、打印机、打印机、计算机计算机电路电路单元单元信信 号号拾拾 取取信信 号号加加 工工 信信 号号记录与分析记录与分析基基本本功能功能被被测测信信号号输输 入入装装 置置 中中 间间变换装置变换装置输输 出出装装 置置基基本本组成组成图图4.1 4.1 测试系统的基本功能和组成测试系统的基本功能和组成传感器传感器信信 号号加加 工工信信 号号输输 出出观察者观察者被测信号被测信号测量系统测量系统图图4-1测量系统的原理框图测量系统的原理框图3/203/2031、信号、信
2、号检测技术检测技术基本对象是未知基本对象是未知的信号与测量系统的信号与测量系统 检测技术检测技术基本工具是已知基本工具是已知的信号与测量系统的信号与测量系统 检测技术检测技术基本工作机理基本工作机理是信号与测量系统的相作用是信号与测量系统的相作用传感器传感器信信 号号加加 工工信信 号号输输 出出观察者观察者被测信号被测信号测量系统测量系统图图4-1测量系统的原理框图测量系统的原理框图4/204/20参参考考书书41、信号、信号1.1 信号的基本概念信号的基本概念q测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述了被测对测量的目的是获取被测对象的信息，信息描述了被测对象的状态及其变化方式。象的状态及其
3、变化方式。q信号就是信息的某种物理表现方式，信号是信息的载体，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。是物质，具备能量。 q同一个信息可以用不同的信号来运载，反之，同一种信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。号也可以运载不同的信息。5/205/20参参考考书书51、信号、信号1.2 信号的分类信号的分类分类方法分类方法：基于信号的时间演变类型、信号的预定特点的分类法基于信号的时间演变类型、信号的预定特点的分类法;规定两类信号的能量分类法，两类信号中一类为具有有规定两类信号的能量分类法，两类信号中一类为具有有限能量的信号，另一类为具
4、有有限平均功率但具有无限限能量的信号，另一类为具有有限平均功率但具有无限能量的信号能量的信号;基于信号的幅值或者独立变量是连续还是离散的这一特基于信号的幅值或者独立变量是连续还是离散的这一特点的形态分类法点的形态分类法;基于信号模型中独立变量个数的维数分类法基于信号模型中独立变量个数的维数分类法;基于信号频谱的频率分布形状的频谱分类法基于信号频谱的频率分布形状的频谱分类法.6/206/20确定信号和随机信确定信号和随机信号号 参参考考书书61、信号、信号1.2 信号的分类信号的分类伪随机信号伪随机信号平稳随机信号平稳随机信号非平稳随机信号非平稳随机信号7/207/20参参考考书书71、信号、信
5、号1.2 信号的分类信号的分类能量信号和功率信能量信号和功率信号号 定义：当信号定义：当信号x（t）满足条件）满足条件则称信号则称信号x（t）为有限能量信号）为有限能量信号，简称，简称能量信号能量信号.则称信号为有限平均功率信号，简称则称信号为有限平均功率信号，简称功率信号功率信号定义：当信号定义：当信号x（t）满足条件）满足条件且，且，8/208/20参参考考书书81、信号、信号1.2 信号的分类信号的分类连续信号和离散信连续信号和离散信号号 9/209/20参参考考书书91、信号、信号1.3 信号的描述信号的描述时域描述法时域描述法频域描述法频域描述法 主要反映信号的幅值随时间变化的特征主
6、要反映信号的幅值随时间变化的特征; 主要反映信号的频率结构及各种频率成分的幅值主要反映信号的频率结构及各种频率成分的幅值和相位关系和相位关系;时域分析的基本工具是微分、卷积积分时域分析的基本工具是微分、卷积积分;用于分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。具有用于分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。具有直观和准确的优点直观和准确的优点.是一种工程上广为采用的分析系统的间接方法是一种工程上广为采用的分析系统的间接方法,可可间接地分析系统的动态性能和稳态性能间接地分析系统的动态性能和稳态性能.优点是可优点是可以通过实验直接求得频率特性来分析系统品质以通过实验直接求得频率特性来分析系统品质基本工具是傅里叶变
7、换（包括傅里叶级数）基本工具是傅里叶变换（包括傅里叶级数）;10/2010/20101、信号、信号典型信号的描述典型信号的描述（1）周期信号周期信号周期性对称方波周期性对称方波信号信号f（t）在一个周期中表达式：在一个周期中表达式：1.3 信号的描述信号的描述tf ( t )T/2-T/201-111/2011/20111、信号、信号12/2012/20121、信号、信号周期方波信号的频谱图周期方波信号的频谱图周期方波信号的时域图周期方波信号的时域图tf ( t )T/2-T/201-1An003050704/n0030507013/2013/20131、信号、信号周期方波信号的频谱图周期方波
8、信号的频谱图周期方波信号的时域图周期方波信号的时域图tf ( t )T/4-T/401-1An003050704/n00305070（时间移位（时间移位=T/4）14/2014/201、信号、信号复杂周期信号复杂周期信号015/2015/201、信号、信号带有直流分量的周期信号带有直流分量的周期信号16/2016/201、信号、信号周期信号的频谱特点周期信号的频谱特点离散性：离散性：周期信号的频谱是离散谱；周期信号的频谱是离散谱； 谐波性：谐波性：周期信号的谱线仅出现在基波及各次谐波频率处；周期信号的谱线仅出现在基波及各次谐波频率处； 收敛性：收敛性：周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率
9、的周期信号的幅值谱中各频率分量的幅值随着频率的 升高而减小，频率越高，幅值越小。升高而减小，频率越高，幅值越小。 时移与相移：时移与相移：当周期信号有时间移位当周期信号有时间移位时，其振幅谱不变，时，其振幅谱不变， 相位谱发生相位谱发生n0弧度的变化。弧度的变化。相位改变波形位置，幅值决定波形。相位改变波形位置，幅值决定波形。跳变部分跳变部分高频成分高频成分平直部分平直部分低频成分低频成分17/2017/2017单边指数函数单边指数函数1、信号、信号（2）非周期信号非周期信号18/2018/20幅频谱幅频谱相频谱相频谱1、信号、信号19/2019/20191、信号、信号矩形脉冲函数矩形脉冲函数
10、20/2020/201、信号、信号|G()|21/2021/2021冲激函数冲激函数1、信号、信号22/2022/20221、信号、信号非周期信号的频谱特点非周期信号的频谱特点q非周期信号的频谱是连续的非周期信号的频谱是连续的;q幅幅度度谱谱|X ( f )| 关关于于纵纵轴轴对对称称，相相位位谱谱( f ) 关关于于原原点点对对称称.23/2023/2023周期信号周期信号非周期信号非周期信号傅立叶变换傅立叶变换傅立叶级数傅立叶级数离散频谱离散频谱连续频谱连续频谱)(txTT)(tx)(0w)(wD1、信号、信号24/2024/202、测量系统的基本功能和基本组成、测量系统的基本功能和基本组
11、成传感器传感器滤滤波波、放放大大、I/V、V/f指示仪表、指示仪表、打印机、打印机、计算机计算机电路电路单元单元信信 号号拾拾 取取信信 号号加加 工工 信信 号号记录与分析记录与分析基基本本功能功能被被测测信信号号输输 入入装装 置置 中中 间间变换装置变换装置输输 出出装装 置置基基本本组成组成图图4.1 4.1 测试系统的基本功能和组成测试系统的基本功能和组成25/2025/20253、测量系统的基本特性、测量系统的基本特性3.1 含义含义3.2 描述手段描述手段（1 1）数表）数表（2 2）曲线）曲线（3 3）数学表达式）数学表达式26/2026/20263.3 描述指标描述指标3、测
12、量系统的基本特性、测量系统的基本特性评价测量系统性能的主要指标评价测量系统性能的主要指标（1）精度；）精度；（2）稳定性；）稳定性；（3）输入）输入输出特性输出特性 静态特性静态特性动态特性动态特性负载特性（效应）负载特性（效应）（1）含义）含义（2）描述手段）描述手段（3）应用场合）应用场合27/2027/20274、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性4.1静态特性的含义和表示方法静态特性的含义和表示方法（1）含义？）含义？（2）表示方法？）表示方法？4.2静态特性的主要指标静态特性的主要指标静态特性曲线，静态灵敏度，线性度，滞后误差，分静态特性曲线，静态灵敏度，线性度，滞后误差，分辨力
13、和灵敏限，准确度辨力和灵敏限，准确度,可靠性，影响系数，输入电阻可靠性，影响系数，输入电阻与输出电阻等与输出电阻等。 28/2028/204.2静态特性的主要指标静态特性的主要指标4、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性xy0图图4.3 4.3 静态特性曲线静态特性曲线理论特性曲线理论特性曲线“由设计部门预先给定的静态特性曲线” 静态校准曲线静态校准曲线“在静态标准条件下，由实测得到的输 入与输关系的静态特性曲线” 定定义义：根据测量系统的输入量值与输出量值实测的一一：根据测量系统的输入量值与输出量值实测的一一对应关系所确定的曲线。对应关系所确定的曲线。表达方式表达方式：a.代数方程代数方程
14、y = a0 + a1x + a2x2 + anxn b.曲线曲线以输入量为横坐标，以与其对应的输出量作纵坐标而以输入量为横坐标，以与其对应的输出量作纵坐标而画出的曲线。画出的曲线。（1 1）静态特性曲线静态特性曲线 29/2029/20（2 2）静态灵敏度）静态灵敏度4、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性 定定 义义：“静态特性曲线的斜率静态特性曲线的斜率” 表达方式：表达方式：多级测量系统多级测量系统 的灵敏度？的灵敏度？数字显示测量系统的灵敏度？数字显示测量系统的灵敏度？30/2030/204、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性（2 2）静态灵敏度）静态灵敏度应用应用xy解：对任
15、意函数解：对任意函数 f(x) 在在x1附近间隔为附近间隔为x的相应的级数展开为的相应的级数展开为将热敏电阻的特性曲线在工作点将热敏电阻的特性曲线在工作点T1附近用直线来代替附近用直线来代替.31/2031/204、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性（3 3）线性度）线性度 定定 义义：线性度是指实测校准曲线与某一参考直线偏离的程度 表达方式：表达方式：通常用校准曲线偏离参考直线的最大偏差与满量程输 出之比的百分数来表示. xy0YF.SLmax理论线性度理论线性度xy0YF.SLmax独立线性度独立线性度32/2032/20324、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性（4 4）滞后误差
16、）滞后误差 定定 义义：滞后误差是用来说明测量系统在正行程测量和逆行程 测量时的输入与输出曲线不重合的程度. 表达方式表达方式：用整个测量范围内的最大滞后量与满量程输出之比的 百分数表示.xy0YF.SHmax33/2033/20334、测量系统的静态特性、测量系统的静态特性（5 5）分辨力、分辨率、灵敏度和灵敏限分辨力、分辨率、灵敏度和灵敏限 分辨力分辨力：测量系统可能检出被测信号最小变化量的能力。 灵敏限灵敏限：在输入量由零变化到使输出量开始变化时的输入量的值。 分辨率分辨率：分辨力与满量程的百分比。 灵敏度灵敏度：指单位输入量变化对应的输出量变化。34/2034/20344、测量系统的静
17、态特性、测量系统的静态特性（6 6）可靠性可靠性 定定 义义：指装置在规定期限内保持其运行指标不超限的情况下， 执行其功能的性能。 指指 标标：平均无故障时间，可信任概率，故障率，有效度。a.平均无故障时间（平均无故障时间（MTBFMTBF）：在标准工作条件下不间断地工作， 相邻两次故障间隔时间的平均值。b.可信任概率可信任概率P P：表征由于元件参数的渐变而使仪表误差在给定 时间内仍然保持在技术条件规定限度以内的概率。c.故障率（失效率）故障率（失效率）：它是平均无故障时间MTBF的倒数。d.有效度（可用度）有效度（可用度）A：MTTR平均修复时间35/2035/20354、测量系统的静态特
18、性、测量系统的静态特性（7 7）影响系数）影响系数影响系数为指示值变化与影响量变化量的比值影响系数为指示值变化与影响量变化量的比值. （8 8）输入电阻与输出电阻）输入电阻与输出电阻 4.3静态特性的获得途径静态特性的获得途径36/2036/20365、测量系统的动态特性、测量系统的动态特性5.1动态特性的含义和表示方法动态特性的含义和表示方法（1）含义？）含义？（2）表示方法？）表示方法？（3）目的？）目的？根据信号的频率范围及测量误差的要求选择测量系统；根据信号的频率范围及测量误差的要求选择测量系统；根据已知测量系统的动态特性根据已知测量系统的动态特性,估算可测信号的频率范围估算可测信号的频率范围与对应的动态误差与对应的动态误差.
