测量系统的动静态特性

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1、第三章：测量装置的动静态特性第一节仪器的动静态特性误差与精度静态灵敏度K线性滞后盲区分辨率和起始灵敏限第一节仪器的动静态特性一、误差与精度（1）误差:系统、随机和过失误差（2）准确度、精密度与精（确）度a、准确度：指系统误差的大小，即仪器本身存在的恒定不变的误差。b、精密度：指仪器在不存在系统误差的情况下，相同条件下多次重复测量所得数据的分散程度（紧密程度），所反映的是随机误差。c、精（确）度：反映的是系统误差与随机误差的总的影响，是在使用仪器时测量结果中总的误差大小。第一节仪器的动静态特性仪器的准确度、精密度与精确度之间的关系如下图所示。其中圆圈表示被测物理量的真

2、值，黑点表示实际测量值。第一节仪器的动静态特性仪器的绝对误差=式中，A-真值；a-仪器读数。仪器的相对误差=仪器的引用误差=式中，-仪器的量程范围。第一节仪器的动静态特性仪器的精度系指引用误差。即是指量程范围的每单位可能存在的最大误差。例如：若某仪器的最大允许差，则称该仪器的精度为1.5级。二、静态灵敏度K静态灵敏度:若仪器的输入-输出信号都与时间无关，设输出信号其中，分别表示输出信号与输入信号，第一节仪器的动静态特性K为仪器的静态灵敏度。有时（或有的仪器说明书中）也成为（静态）灵敏系数。在有的书中将静态灵敏度定义为。这种定义与上述表示表面上不一样而实际上这两种写法

3、都是一致的，以为对于一台特定的仪器来说，通常只要有信号输入就应有信号输出，输入信号为0时，数出信号也为0。因此。需要注意的是K可能是一个常数，但也可能随输入信号值变化。第一节仪器的动静态特性三、线性标定线：一台仪器的标定线，即指仪器制造厂在出厂前根据实测数据结果所做出的输入与输出信号的关系曲线。线性：即使指实际标定线与理论直线的接近程度。一台仪器或测量装置的标定线在理论上可能是一条直线，但仪表的实际特性往往会偏离这种理论上的直线特性，这种偏离程度用实际值与理论值的最大偏差表示，称为非线性误差。第一节仪器的动静态特性即，非线性误差=式中，-最大非线性误差；-仪器的量程

4、。一台仪器标定线的线性程度如何，直接影响仪器读数的精度，因为如果线性较好，则显示读数的表盘刻度将比较均匀，读数时末位估计值就比较容易准确定；如果线性程度较小，则刻度将不太均匀，读数时末位估计值就不容易准确。例如，用直线坐标标定曲线查数比用对数坐标标定曲线查数，就容易比较准确的确定末位估计值，就是这个道理。第一节仪器的动静态特性另外，一台仪器的线性程度大与K值接近于一个常数的概念是等价的。当仪器的实际标定线不是直线时，则仪器的非线性误差的大小与参考直线的画法有关。图3-2给出了三种情况，其中3-2（a）中参考直线的画法是保证标定线与参考直线之间的最大正负误差相等并最小

5、，称为独立线性；图3-2（b）中参考直线经过标定线的左右两个端点，成为端点线性；图3-2（c）中参考直线经过标定线的左端点，并使标定线上正负误差相等且最小，称为基零线性。第一节仪器的动静态特性图3-2线性的各种定义示意图第一节仪器的动静态特性四、滞后和盲区有些仪器的输入输出曲线在加载与卸载过程中不重合，如图3-3（a）所示为滞后现象，由内摩擦、磁滞等因素引起的，也就是阻尼的作用引起的。一般在仪器的表盘指针（如压力表、应变仪）的转轴上，多装有游丝，目的是使仪器在加载过程中，当加载信号变化太剧烈时，不使指针一下子就到指定位置，以免算坏指针，这种游丝就有这种滞后作用，但一

6、般作用都很小，可忽略不计。图3-3(a)滞后示意图第一节仪器的动静态特性图3-3（b）所示为盲区现象，表明在加载或卸载开始一小段范围内不引起输出信号的变化，这说明在输入信号小时没有输出信号。这种情况属于仪器的缺陷。图3-3(b)盲区示意图图3-3（c）所示为这两种现象综合作用的结果。一般可以认滞后与盲区所引起的测量误差属于系统误差。图3-3(c)滞后与盲区综合作用示意图第一节仪器的动静态特性五、分辨率和起始灵敏限分辨率是指仪器在整个量程范围内所能显示的最小输人量的变化值。起始灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的最小的输入信号量。一般这个量不应大于仪表允许误差绝对值的一

7、半。需要注意一个区别：盲区是当输入量在开始加入后没有输出信号，是不正确的现象。此处最小灵敏限与盲区有本质的差别：盲区的加载与卸载曲线不重合，起第一节仪器的动静态特性始灵敏限只在开始加载时有，加载与卸载曲线重合；另外，起始灵敏限只有输入信号从0开始加载时才有，盲区则是输入信号从任一点加载时都有。六、温度漂移第一节仪器的动静态特性第二节仪器的静态标定根据理论或经验的输入—输出的关系，仪器(仪表)制造厂就可计算出一定输入信号下仪表盘指针应有的转角或位移值，再根据这个输入信号与表针转角(或位移)值的关系，就可作出仪器表盘上供读数用的表盘刻度。但是，由于中间制作过程中有很