第1章检测系统基本特性.pptVIP

自动化工程学院 自动化工程学院 自动化工程学院 自动化工程学院 Automation Engineering College 第一章 检测系统基本特性 1.1 检测系统的数学模型 在工程实践和科学实验中，大部分检测系统都可以认为是线性的，均可用常系数线性微分方程来描述。 传递函数描述。 1.1.1 开环式检测系统 传感检测 （一次变换） 放大器 （二次变换） 显示、记录 （仪器） 被检测量 X Y 输出 （1）系统框图和信号流图 传感检测：由传感器和基本转换电路组成，作用是把非电量变换为电量 放大器：对电信号放大 显示、记录：用显示记录仪器显示记录被测参数 （2）系统结构图和传递函数 G1(s) G2(s) G3(s) X(s) X1(s) X2(s) Y(s) 特点： 检测精度完全取决于所用变换器的精度。所有变换器特性的变化都会造成检测误差。 系统结构简单 （1）系统框图和信号流图 1.1.2 闭环式检测系统 传感检测 （一次变换） 放大器 （二次变换） 显示、记录 （仪器） 被检测量 X Y 输出 反馈环节 （2）系统结构图和传递函数 G1(s) G2(s) G3(s) X(s) X1(s) X2(s) Y(s) H(s) + - - + E(s) G1(s) G (s) X(s) X1(s) Y(s) H(s) - + E(s) B(s) 当G2(s) G3(s) H(s)1时， 结论： 系统输入输出特性由反馈环节特性决定，二次变换器特性的变化不会造成检测误差或者说造成的误差很小。 1.2 检测系统的特性及性能指标 检测系统的特性指检测系统与其输入、输出关系，主要应用于以下三方面。 1. 已知系统特性，输出可测，推断输入量。 2. 已知系统特性和输入，推断输出量。 3. 已知系统输入和输出，推断系统特性。 检测系统的输入量可分为静态量和动态量 静态量：指稳定状态的信号或变化极其缓慢的信号。 动态量：指周期信号、瞬变信号或随机信号。 自动化工程学院 自动化工程学院 自动化工程学院 自动化工程学院 1.2.1 静态特性及其指标 静态特性：检测系统在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。 检测系统在静态情况下，输入、输出之间通常保持线性关系。在不考虑迟滞和蠕变效应时，其关系为 Y---输出量； X---输入量 a0---零位输出； a1---检测系统的灵敏度，常用K表示； a1、a2….an---非线性项待定系数 （1）理想特性 X Y 0 （2）具有X奇次阶项的非线性特性 X Y 0 在原点附近特性近似线性 （3）具有X偶次阶项的非线性特性 X Y 0 （4）具有X奇、偶次阶项的非线性特性 X Y 0 在实际应用时，若非线性阶次不高，在输入量变化不大的范围内，用切线或割线代替实际的静态特性曲线的某一段，使系统的静态特性曲线接近线性，这称为静态特性的线性化。 检测系统的静态特性是在静态标准条件下测定的。 标准条件：指没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测量）；环境温度为（20±5）℃;相对湿度不大于85%;大气压力(760±60)mmHg的情况。 静态校准曲线：在标准工作状态下，利用一定精度等级的校准设备，对系统进行往复循环测量，可得到输入输出数据。将这些数据列表，画出各测量值（正行程和反行程）对应输出平均值的连线。 （1）线性度（非线性误差） 在规定条件下，系统校准曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比称为线性度。 Y 0 X YmaX XmaX YF·S ΔYmaX (X0,Y0) 拟合直线 校准曲线 非线性误差是以一定的拟合直线或理想直线为基准直线算出来的，因而，基准直线不同，所得的线性度也不同。 常用的拟合基准直线的方法有端基法和最小二乘法。 （2）灵敏度K 检测系统在静态测量时，输出量的增量与输入量的增量之比的极限值。 对于线性系统来说，灵敏度为 θ----相应点切线与X轴向的夹角 平均灵敏度：对于线性不太好的系统可以用输出量与输入量的平均值的比值来表示 相对灵敏度Kr：输出变化量与被测量的相对变化率之比。 （3）精度 在静态测量中，由于任何检测装置和测量结果都含有误差，所以人们往往用误差来说明精度。 ① 绝对误差: 只能比较被测值相同的情况，而不能比较不同值得测量精度。 ② 相对误差: 只能说明不同测量结果的准确程度，而不能用来