测量系统的基本特性(修改)

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1、第2章测量系统的基本特性2．1测量系统及其主要性质2．2测量系统的静态特性2．3测量系统的动态特性2．4常见测试系统的频率响应特性2．5测量系统在典型输入下的响应2．6系统实现不失真测量的条件2．7测试系统动态特性的测试2．8测试系统抗干扰性与负载效应简单的测量系统较复杂的测量系统复杂的测量系统测试过程：被测对象→传感器→信号调理→显示记录存储→观测者测量系统包括测试过程中使用的各种装置和仪器。测量系统的组成：简单和复杂。“测量系统”概念的界定：可指整个复杂系统；也可指其中的一个环节。2．1测量系统及其主要性质一、测量系统定义及其与输入/输出的关系定义：测量系统是指由有关器件、仪器

2、和装置有机组合而成的具有定量获取某种未知信息之功能的整体。测量系统的传递特性与输入、输出之间的关系如图2.1所示：x(t)和y(t)分别表示输入与输出量，h(t)表示系统的传递特性。三者之间一般有如下的几种关系：(1)已知输入量和系统的传递特性，则可求出系统的输出。(2)已知系统的输入量和输出量，求系统的传递特性。(3)已知系统的传递特性和输出量，来推知系统的输入量。二、对测试系统的基本要求理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系，且以输出和输入成线性关系最佳。静态测量时的要求：尽可能减小静态误差。量程：0~15kgxyxyy=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anx

3、ny=kx理想的测量系统实际的测量系统动态测量时的要求：尽可能做到不失真测试。实物图结构图力学模型压电式加速度传感器理想的测量系统实际的测量系统结论：研究测量系统的静态特性和动态特性是为了能在准确、真实地反映被测物理量方面做得更好，同时也为现有的测量系统的优劣提供客观评价。系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分方程来描述：三、线性时不变系统的性质微分方程所描述的系统为定常线性系统或时不变线性系统。一般在工程中使用的测试系统都可作为时不变线性系统来研究。1、叠加性系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即若x1(t)→y1(t)，x2(t)→y2(t)则x

4、1(t)±x2(t)→y1(t)±y2(t)2、比例性常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即:若x(t)→y(t)则kx(t)→ky(t)3、微分性系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即若x(t)→y(t)则4、积分性当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即若x(t)→y(t)则5、频率保持性结论：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即若x(t)=Acos(ωt+φx)则y(t)=Bcos(ωt+φy)小结：线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。2．2测量系

5、统的静态特性微分方程式(2.1)中输入和输出的各阶导数均为零，于是,有测量系统静态特性是指在静态测量时情况下描述实际测试装置与理想时不变线性系统的接近程度。x（t）、y（t）为常值2．2测量系统的静态特性微分方程式(2.1)中输入和输出的各阶导数均为零，于是,有描述测量系统静态特性的主要参数有灵敏度、线性度、回程误差、量程、精确度、分辨力、重复性、漂移、稳定性等。1、灵敏度S：单位输入变化所引起的输出的变化称为灵敏度,通常用输出量与输入量的变化量之比来表示。即对特性成线性关系的系统，如图2.2a所示，其灵敏度为常量。即=常量对特性成非线性关系的系统，如图2.2b所示，其灵敏度为系统

6、特性曲线的斜率。即描述测量系统静态特性的主要参数有灵敏度、线性度、回程误差、重复性、量程、精确度、分辨力、漂移、稳定性等。灵敏度反映了测量系统对输入信号变化的一种反应能力，是有量纲的。2、线性度：通常也称为非线性误差，是指测量系统的实际输入输出特性曲线对于参考线性输入输出特性的接近或偏离程度，用实际输入－输出特性曲线对参考线性输入－输出特性曲线的最大偏差量与满量程的百分比来表示。即－线性度－满量程－最大偏差其中：xy0实际工作曲线参考工作曲线YFS△Lmax3、回程误差：亦称迟滞，表征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)两者静态特性不一致的程度。显然

7、,越小,迟滞性能越好。0y⊿HmaxyFS迟滞特性4、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(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。用正、反行程最大偏差与满量程输出的百分比来表示，即yx0⊿Rmax2⊿Rmax15、量程：量程指测试装置允许测量的输入量的上、下极限值。输入超过允许承受的最大值时，称为过载。过载能力通常用一个允许的最大值或者用满量程值的百分数来表示。6、精确度：精确度指测量仪器的指示值和被测量真值的接近程度。精确