【现代测试技术】第3章测量系统性能.ppt

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1、第3章测量系统的基本特性测量系统的基本知识；测量系统的静态特性；测量系统的动态特性；测试系统集成设计原则；本章主要内容传感器调理电路数据采集系统CPU显示现代测试系统方框图X测量系统的基本特性是指测量系统与其输入、输出的关系。静态特性动态特性输入信号x(t)不随时间变化输入信号x(t)随时间变化分类3.1概述1定义测量系统的输入不随时间变化的测量系统输入与输出之间呈现的关系。2表达式理想测量系统:线性特性y=S0+S1x实际的测量系统：非线性特性y=S0+S1x+S2x2+…式中S0，S1，S2，…，Sn——常量；y——输出量；x——输入量。又称“刻度特性”、“标准曲线”或“校准

2、曲线”3.2测量系统的静态特性3.2.1静态特性的获取在规定的标准工作条件下规定温度范围、大气压力、湿度等测量系统XiYi高精度输入量发生器一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量高精度测量仪器根据Xi与Yi的关系数表绘制曲线数学表达式静态特性3.2.2静态特性的基本参数1零位（零点）当输入量为零x=0时，测量系统的输出量不为零的数值零位值为零位值应设法从测量结果中消除。例如可以通过测量系统的调零机构或者由软件自动扣除。2.灵敏度测量系统对输入量变化反应的能力。当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数3.2.2静态特性的基本参数多级测量系统的灵敏度若测量系统是

3、由灵敏度分别为S1，S2，S3等多个相互独立的环节组成时，测量系统总灵敏度S为：3.2.2静态特性的基本参数3.分辨力又称灵敏度阈表征测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的1/2～1/5;对具有数字显示器的测量系统，其分辨力是当最小有效数字增加一个字时相应示值的改变量，也即相当于一个分度值;对于一般测量仪表的要求是：灵敏度应该大而分辨力应该小.3.2.2静态特性的基本参数4.测量范围、量程测量范围——测量系统所能测量到的最小被测量（输入量）与最大被测量（输入量）之间的范围;量程——测量系统示值范围的上限值与下限值之差的模即称为量程。量

4、程又称满度值，表征测量系统能够承受最大输入量的能力。3.2.2静态特性的基本参数1迟滞亦称“滞后”或“滞后量”、“滞环”表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）或由大小到（反行程）两者静态特性不一致的程度。3.2.2静态特性的质量指标2重复性表征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。重复性是指标定值的分散性，是一种随机误差，可以根据标准偏差来计算3.2.2静态特性的质量指标3.2.2静态特性的质量指标标准偏差S的计算方法有两种：（1）标准法按贝塞尔公式计算子样的标准偏差SSjD，SjI——正、反行程各标定点输出量的标准偏差；，——正、反

5、行程各标定点输出量的平均值；j——标定点序号，j=1,2,3，…，m；i——标定的循环次数，i=1,2,3，…，n。yjiD，yjiI——正、反行程各标定点输出值。SjD，SjI的平均值为子样的标准偏差S及平均值的标准偏差为：3.2.2静态特性的质量指标（2）极差法极差w是测量结果数据最大值与最小值之差，按极差法计算标准偏差的公式为：3.2.2静态特性的质量指标——正、反行程标定值极差,的平均值；式中:——第j个标定点正行程标定值的极差(j=1,2,3,…，m)；——第j个标定点反行程标定值的极差j=(1,2,3,…，m);dn——极差系数。极差系数的大小与标定点次数(或测量

6、次数)n有关，其对应关系如下：表3-1极差系数dn与测量次数n的关系N2345678910dn1.411.912.242.482.672.882.963.083.183.2.2静态特性的质量指标3线性度测量系统的输出——输入关系应当具有直线特性；线性度（又称非线性误差）说明输出量与输入量的实际关系曲线偏离其拟合直线的程度选定的拟合直线不同，计算所得的线性度数值也就不同3.2.2静态特性的质量指标3.2.2静态特性的质量指标(1)最小二乘法线性度拟合直线方程的确定设拟合直线方程通式为y=b+kx与拟合直线上相应值的偏差为最小二乘法拟合直线的拟合原则是使N个标定点的均方差为最小值，由

7、一阶偏导等于零，可得两个方程式：解得两个未知量b,k的表达式如下：3.2.2静态特性的质量指标3.2.2静态特性的质量指标（2）理论线性度又称“绝对线性度”拟合直线的起始点为坐标原点(x=0,y=0)，终止点为满量程两点所决定的直线。如图3-6中的直线2。图3-6最小二乘法线性度与理论线性度的拟合直线1—最小二乘法线性度拟合直线；2—理论线性度拟合直线；3—测量系统实验标定曲线；ΔL1—最小二乘法线性度的最大拟合偏差；ΔL2—理论线性度的最大拟合偏差4准确度①用准确度等级指数来