3测试系统的基本特性20101.ppt

测量任务 不同幅值大小、不同频率成分的各种信号的基本测量 工程中力求使用的测试系统都是线性系统 线性系统具有比例特性和频率保持性、符合叠加原理，能够完成对于不同幅值大小、不同频率成分的各种信号的基本测量工作 实际静态特性的获得 用途：系统标定、定期效验 静态特性：标准曲线、校准曲线 规定的标准工作条件：温度、压力、湿度等 ①无加速度、无振动、无冲击；②温度在15～25℃；③湿度不大于85％RH；④大气压力为0.1MPa 高精度信号源 产生已知的、准确的、不随时间变化的输入量xi 高精度测量仪器 测定被校测量系统对应的输出量yi 数据处理：曲线、公式 ——反映系统的静态响应特性 基本参数 测量范围 正常工作条件下，测试系统能够测量的输入量范围 通常以测量范围的下限值Al和上限值Ah来表示 例如：测温仪测量范围 -50℃ ～ +150℃、±100℃ 在测量范围内，测试系统的性能有保证 *量程：满度值 F.S 测试系统能承受最大输入量的能力 测量范围上限值与下限值的代数之差 例如：测温仪的量程 200℃ *过载能力：承受超过量程而不损坏精度的能力 例如：过载能力≤150%F.S、 200％F.S 基本参数 分辨率：灵敏度阀、分辨输入 测试系统有效辨别输入量最小变化的能力 以最小单位输出量所对应的输入量来表示 模拟测试系统，是用其输出指示标尺最小分度值的一半所代表的输入量来表示其分辨力，如0.1℃ 数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量即为该系统的分辨力——分度值 ±5V?±2048，则分辨率为 测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，与灵敏度有密切的关系，为灵敏度的倒数 质量指标 非线性：线性度 测试系统的特性曲线与拟合直线的接近/偏离程度 引用误差形式表示 非线性度对系统影响 通过灵敏度引入测量误差——系统误差 拟合直线的确定：影响非线性引用误差 质量指标 精度：准确度，描述测量准确的可信程度——测量结果与被测真值一致的程度 用准确度等级指数表示 以最大引用误差来分级作为标准 国家标准、工业等级 代表允许误差的大小，不是实际出现的误差 质量指标 精度：准确度，描述测量准确的可信程度——测量结果与被测真值一致的程度 用不确定度来表示 被测量值以一定概率落在某个量值范围内——置信区间 测量值X和不确定度 单位 简化表示 由线性度、迟滞、重复性之和来表示 质量指标 负载效应 测试环节相互之间的影响 输入电阻与输出电阻对于组成测量系统的各环节而言尤为重要 希望前级输出信号无损失地向后级传送 前级输出电阻为零，后级输入电阻理想值为无穷大 各环节之间设置阻抗变换器以消除相互影响 回顾 定常线性系统 叠加原理、比例特性、频率保持性 静态特性指标 基本指标 灵敏度：单位输入的系统响应量大小 分辨率：单位响应对应的系统输入量 测量范围：正常工作条件下，测试系统能够测量的输入量范围 质量指标 线性度：特性曲线与拟合直线的接近/偏离程度 准确度：由线性度、迟滞、和重复性之和来表示 稳定性：不受时间变化影响的能力 频率响应（试验测量） 测试系统对不同频率成分输入信号的响应——频响曲线 回顾 动态模型 传递函数：幅值、相位特性 频率响应：测试系统对不同频率成分输入信号的响应 半功率点、带宽 不失真测试 不失真测试定义（比例放大、线性延时）、条件 典型系统 一阶系统 动态参数：时间常数、转折频率、测量 动态误差：应用计算 二阶系统 动态参数：阻尼比、固有频率、测量 动态误差：应用计算 二阶测量系统的特性 二阶系统（振荡） 应用示例 二阶测试系统的阻尼比为0.7，它的最大超调量是多少？试求在动态幅值误差为10％和29％时的可用频率范围。 4、测量系统的动态特性 结论 任何测试系统都存在一个有限的可用频率范围 测试系统的频响特性必须与被测信号的频率结构相适应 测试系统的可用频率范围取决于规定的允许幅值误差 4、测量系统的动态特性 质量指标 重复性：标定值的分散性 系统的输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，静态特性不一致的程度。 重复性定义为: △R是一种随机误差，根据标准偏差计算 K为置信因子，K＝3时置信度99.73% y x △R-最大偏差 Y A 量程 0 3、测量系统的静态特性 Y A △H 质量指标 回程误差：迟滞、滞后、滞环 系统的输入量由小增大（正行程）和由大减小（反行程）两者静态特性不一致的程度。 回程误差定义为: 迟滞原因：测试系统的机械部分的摩擦和间隙、敏感结