第3章测量系统基本特性

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1、第三章测量系统基本特性石磊博士·讲师Email：shi_lei@sjtu.edu.cn本章学习要求：1.建立测试系统的概念2.了解测试系统特性对测量结果的影响3.了解测试系统特性的测量方法测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。简单测试系统(光电池)V复杂测试系统(轴承缺陷检测)加速度计带通滤波器包络检波器测量系统的基本特征：系统的输入与相应输出的关系。静态：当被测量不随时间变化或变化非常缓慢时，系统的输出量和输入量之间的函数关系称为测量系统的静态特性。动态：当被测量随时间作迅速变化时，系统的

2、输出量和输入量之间的数学表达式称为测量系统的静态特性。3.1测量系统静态特性测试系统静态响应特性如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化，则称为静态测量。基本静态特性的代数方程：式中：y：输出量X：系统输入量a0：零位输出a1：系统灵敏度a2，…,an:非线性项的待定常数对于理想测量系统，要求其静态特性曲线应该是线性的。广泛采用静态校准试验方法来取得测量系统的静态特性，利用校准数据建立其数学模型和静态特性曲线。静态测量时，测试装置表现出的响应特性称为静态响应特性。测量范围基本误差、准确度等级灵

3、敏度（分辨率）线性度（非线性度）迟滞误差重复性误差漂移1）量程：测量范围：测试系统所能给出被测量的集合，是指测试装置能正常测量最小输入量和最大输入量之间的范围。测量上限：测试系统的最大输入量。测量下限：测试系统的最小输入量。量程：测量上下限代数差的模为（最大输入量与最小输入量之间的范围）。测量范围测量上限测量下限量程0~10MPa10MPa0MPa10MPa0~100oC100oC0oC100oC20~100oC100oC20oC80oC-20~80oC80oC-20oC100oC2）基本误差、准确度等

4、级：基本误差：在测量系统（仪表）全量程所有测量值的绝对误差中，绝对值最大的值为测量系统的基本误差。引用误差：以量程为分母折合的基本误差。准确度等级（精度等级）：工程上常采用引用误差作为判断精度等级的尺度。以允许引用误差值作为精度级别的代号。工业仪表常见的精度等级：0.1级，0.2级，0.5级，1.0级，1.5级，2.0级，2.5级，5.0级。当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发生相应变化△y时,定义:S=△y/△x的灵敏度的量纲：系统输出、输入量的量纲之比。如：灵敏度为300mV/mm,200m

5、V/baryx△x△y3）灵敏度：对线性仪表(S为常数)对非线性仪表(S随输入量的变化而变化)yx△x△yyxdxdy一般希望测试系统的灵敏度高，且在满量程范围内是恒定的。这是因为：因为S较大，同样的输入可有较大的输出；但是，并不是灵敏度越高越好，而应合理选择；S不能太大，因为S，测量范围，同时稳定性差，难以读数。分辨率:能引起仪表输出值有可见变化的所必须的最小输入值。对指针式仪表，用最小分格值的一半表示分辨率。对数字式仪表，用最后一位显示数来表示。例如：发动机转速测量,计时1s齿圈齿数：①：60+

6、/-1;②：360+/-1;1200r/min，①误差：1/1200;②误差：1/720060r/min,①误差：1/60;②误差：1/360非线性度：标定曲线与拟合直线的偏离程度就。非线性度=B/A×100%B：实际校准曲线与线性理论直线之间的最大偏差绝对值；A：满量程输出值，=

7、yH-yL

8、yxB4）线性度（非线性误差）：理论直线获取：(1)端基点法(2)平均选点法yxyx(3)最小二乘法平均选点法、最小二乘法是以全部校准点的数据求出拟合理论直线，此直线的线性度成为独立线性度。迟滞误差：测试装置在输

9、入量由小增大和由大减小的测试过程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值。迟滞误差为:(hmax/A)×100%（hmax为最大误差）yxhmaxA系统内部件存在摩擦、间隙等原因而造成死区所致。（测功器标定）5）迟滞误差：6）重复性误差：在同一测量条件下，对同一熟知的被测量进行重复测量时，输出量不一致，这种差值叫做重复误差,表征仪表维持其输出特性不变的性能。全部正反行程中，最大的重复性差值与满量程输出值之比的百分数.6）漂移：在一定的环境和工作条件下，测量系统的输入量固定不变时，其输出量

10、却发生变化。零漂：无信号输入时，标定原点随时间的变化。动漂：在测试条件不变的情况下，当输入某一固定信号时，其输出信号随时间的稳定程度。可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种描述。稳定性：是指在一定工作条件下，当输入量不变时，输出量随时间变化的程度。6）其它特性：数字万用表指标分辨率：三位半：0000~1999现在提高到3200或4000320V分辨率0.16V0.1V四位半：00000~19999320V分辨率0.016V测量10