测量系统的特性分析

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1、第八章测量系统的基本特性1测量系统的静态特性2测量系统的动态特性测量系统的基本特性是指测量系统与其输入、输出的关系。主要包括三个方面：第一，已知测量系统的特性，输出可测，那么通过该特性和输出来推断导致该输出的输入量。这就是通常应用测量系统来测未知物理量的测量过程。第二，已知测量系统特性和输入，推断和估计系统的输出量。通常应用于根据对被测量(即输入量)的测量要求组建测量系统。第三，由已知或观测系统的输入、输出，推断系统的特性。通常应用于系统的研究。根据输入信号x(t)随时间是否变化，测量系统的基本特性分为静

2、态特性和动态特性。1测试系统的静态特性静态特性：当测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时测量系统输入和输出之间呈现的关系。各阶导数为0，故理想的定常线形测量系统的静态特性的表达式。对于实际的测量系统，其输入和输出之间往往不是理想的直线，故静态特性可以由下式表示：1.1静态特性的基本参数（1）零点：当输入量为零时，测量系统的输出量不为0的值。一般应消除零位值。4~20mA（2）灵敏度：描述测量系统对输入量变化反应的能力。输出变化量与输入变化量的比值。线性的灵敏度为常数输入输出量纲相同则灵敏度无量纲，放大倍

3、数若有多个环节，则总灵敏度为各部分灵敏度的乘积yx△x△y（3）分辨力：表示测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。对数字显示测量系统，为一个分度值。（4）量程：测量系统能够测量的最大输入量的能力。是测量系统示值范围上下限之差的绝对值。当在量程范围内使用时，测量系统正常工作并保证预定的性能。（5）安全工作范围：在安全工作范围内仪器不会损坏，超过安全工作范围可能会导致仪器损坏。瞬态、TVS保护1.2静态特性的质量指标（1）迟滞：测量系统在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）或由大到小（反行程）两者静态特性

4、不一致的程度。用引用误差的形式表示（2）重复性：测量系统输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，静态特性不一致的程度。用引用误差的形式表示：（3）线性度：测量系统静态特性对选定拟合直线的接近程度。常用实际特性曲线偏离参考直线的最大偏差与量程输出值之比的百分数表示：由于拟合直线的方法不同得到不同的线性度，如理论线性度、端基线性度、最小二乘法线性度等。★理论线性度：选通过零点与满量程输出点所作的直线为参考直线，或通过两个指定端点的直线作为参考直线时的线性度。★端基线性度：以测量设备多次实测之零输入所得平均值点

5、与满量程输出平均值点所连成的直线为参考直线。★最小二乘法线性度：通过最小二乘法算法确定参考直线。最小二乘法原理：设拟和的直线为，第j个测量点的输出与拟和直线上的相应值的偏差为，最小二乘法拟和直线的原则就是使N个点的均方差为最小值，即一阶偏导等于零可得到b和k的值。（4）可靠性：在规定的时间内及在保持其运行指标不超限的情况下执行其功能的能力。可靠性指标有：★平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailure）：在标准工作条件下不间断的工作，直到发生故障而失去工作能力的时间称为无故障时间。若

6、干次平均得，10000h★故障率或失效率：MTBF的倒数，失效率为0.03%kh表示1万台仪器工作1000小时后可能会有3台出现故障。★可用度：对于可修复的产品，用MTTR（MeanTimeToRepair）代表平均修复时间，如果修复时间长则使用时间短。（5）稳定性：在规定的工作条件下，在规定的时间内系统或仪器性能保持不变的能力。2.1mV/8h等。影响系数：环境温度、大气压、振动等外部状态变化对测量系统示值的影响，以及电源电压、频率等工作条件变化对指示值的影响统称为环境影响。额定工作条件：温度25℃，湿

7、度65%，大气压101.33kPa、供电220V允许变化的范围：25±2℃，65±5%，220V±10%等偏离标准工作条件时，会对测量结果产生影响，影响系数：示值变化与影响量的变化的比，15ppm/℃。（6）输入电阻和输出电阻：前一环节的输出电阻及相当于后面环节的信号源内阻，后一环节的输入电阻相当于前面环节的负载。前级环节对后级环节而言相当为理想电压源，其内阻即输出电阻应为0；后级输入电阻承接了全部电压信号，阻抗变换器：电压跟随器2测量系统的动态特性测量系统的动态特性是指在动态测量时，输出量与随时间变化的

8、输入量之间的关系。理想的测量系统的输出和输入随时间的变化规律相同实际系统只能输入和输出只能在一定的频率范围内、对应一定的误差条件下一致。研究测量系统动态特性的目的包含三方面：★根据信号频率范围及测量误差的要求确立测量系统（将测量系统分成多个环节）；★已知测量系统的动态特性，估计可测量信号的频率范围和动态误差；★研究改进和提高测量系统动态性能的原理和方法；例：测量系统动态特性的影响：压力测量系统结果：实线：动态性能好虚线：动态性