第三章 测量系统的基本特性

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1、第三章测量系统的基本特性3.1概述3.2测量系统的静态特性3.3测量系统的动态特性3.4测量系统组建的基本原则1现代电子测量技术3.1概述测量系统既指众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统，如含有传感器、调理电路、数据采集、微处理器或测试仪器；又指组成完整测量系统中的某一环节或单元，如传感器、调理电路、数据采集卡、测试仪器；甚至可以是单一的测量环节，如放大器、电阻分压器、RC滤波器……。测量系统的特性是指系统的输入与输出的关系。已知测量系统的特性，输出可测，那么通过该特性和

2、输出来推断导致该输出的输入量。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。2现代电子测量技术3.1概述根据输入信号x（t）随时间变化还是不随时间而变，测量系统的基本特性分为静态特性和动态特性。这是测量系统对外呈现出的外部特性，由其内部参数及系统本身的固有属性决定。连续时间系统x(t)y(t)3现代电子测量技术3.2测量系统的静态特性测量系统的静态特性又称“刻度特性”、“标准曲线”或“校准曲线”。当被测量处于静止状态，即测量系统的输入为不随时间变化的恒定信

3、号时，此时测量系统输入与输出之间所呈现的关系就是静态特性。y(t)=Sx(t)或简写为y＝Sx这是理想的定常线性测量系统的静态特性表达式。对于实际的测量系统，输入与输出往往不是理想直线，其静态特性由多项式表示：y=S0+S1x+S2x2+………（S0，S1，S2…..——常量，y——输出量，x——输入量）4现代电子测量技术3.2.1静态特性的获得采用定期校验等方式，在规定的工作条件下，由高精度输入量发生器给出一系列准确稳定的输入量，用高精度测量仪器测量被校测量系统的对应输出量，从而得到被校测量系统的静态

4、特性。3.2.2静态特性的基本参数（1）零位（点）当输入量为零时，即x=0，测量系统的输出量不为零的数值，可得零位值y=S0一般情况下，零位在测量中应设法消除。(在智能化仪表中，一般都有设置零点清除功能）5现代电子测量技术（2）灵敏度灵敏度表示测量系统对输入量变化的反应能力，由静态条件下测量系统的输出变化量Δy与输入变化量Δx之比来表征。输出量的变化量ΔydyS==输入量的变化量Δxdx理想的静态量测量系统应具有单调、线性的输入输出特性，其斜率为一常数。此时，系统的灵敏度等于特性曲线的斜率。当静态特性是

5、非线性时，灵敏度不是常数。6现代电子测量技术（3）分辨力又称“灵敏度阀”。分辨力表征测量系统能够有效辨别输入量最小变化量的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量。分辨力越高，表示测量仪器对分辨输入量的微小变化的能力越强。对数字仪表来说，其分辨力相当于最小有效数字变化一个字时，其对应的输入值的变化量，也即相当于一个分度值。为了保证测量系统的测量准确度，工程上规定：测量系统的分辨力应小于允许误差的1/3、1/5或1/10。（4）量程测量系统能测量的最小输入量（上限值）与最大输入量（下限值）之间的范围称

6、为量程。又称“满度值”，表征测量系统能够承受的最大输入量，当输入量在量程范围之内，测量系统能正常工作，反之如输入超量程，则系统将无法正常工作。7现代电子测量技术越小，迟滞性能越好。3.2.3静态特性的质量指标（1）迟滞性也称滞后量、滞后或回程误差。表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）和由大到小（反行程）两者静态特性的不一致程度。ΔHm——同一输入量对应正反行程输出量的最大迟滞偏差YF·S——测量系统的满度值8现代电子测量技术（2）重复性表示测量系统在同一工作条件下，按同一方向作全量程多次

7、（三次以上）测量时，对于同一个激励量其测量结果的不一致程度。重复性误差为随机误差，引用误差表示形式为：ΔR——同一输入量对应多次循环的同向行程输出量的绝对误差。9现代电子测量技术（2）重复性重复性是指标定值的分散性，是一种随机误差。因此可用随机误差的计算方法，用标准差来计算ΔR。即子样标准偏差置信因子，K＝2时，置信度为95%；K＝3时，置信度为99.73%。标定循环次数10现代电子测量技术标准偏差的计算方法——按贝塞尔公式计算子样标准偏差——正、反行程各标定点响应量的标准偏差——正、反行程各标定点响应

8、量的平均值j——标定点序号，j＝1、2、3、…、mi——标定的循环次数，i＝1、2、3、…、nyjiD、yjiI——正、反行程各标定点输出值11现代电子测量技术（3）线形度又称“非线性”，表示测量系统静态特性对拟合直线y=b+kx的接近程度，用非线性引用误差来表示ΔLm——静态特性与选定拟合直线的最大拟合偏差显然，越小，系统的线性程度越好。实际工作中经常会遇到非线性较为严重的系统，此时，可以采取限制测量范围、采用非线性拟合或非线性放大器等技