电气测试技术第3版 教学课件 作者 林德杰 1.0 第1章 测量的基本概念.ppt

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1、第1章测量的基本概念第1章测量的基本概念1.1测量的概念和定义1.2测量仪表的结构及其基本性能1.3测量仪表的输入输出特性1.4测量方法1.1测量的概念和定义在自然界中，对任何不同的研究对象，如要从数量方面对它进行研究和评价，都是通过测量代表其特性的物理量来实现的。1.1.1测量的基本方程测量是以同性质的标准量（也称为单位量）与被测量比较，并确定被测量对标准量的倍数。设被测量为，单位量为，测量结果的数值为：换算因数：例如：1安培＝1000×毫安，1000就是换算因数。1.1测量的概念和定义1.1.2单位制和单位为了对同一被测量在不同的时间、地点进行测量，能

2、得到相同的结果，必须采用公认的而且固定不变的单位。为了有利于各国之间的科学文化交流，测量单位的确定和统一是非常重要的。单位制的种类很多，由于国际单位制（代号SI）具有严格的统一性、突出的简明性与广泛的实用性，是生产、科研、文教、贸易和人民生活中广泛应用的统一单位。我国采用国际单位制及其单位。1.1测量的概念和定义1.1.3测量仪表的基本功能测量过程实际上是能量的变换、传递、比较和显示的过程。测量仪表应具有变换、选择、比较和显示四种功能。变换功能变换是指把被测量按照一定的规律转变成便于传输或处理的另一种物理量的过程。选择功能测量仪表应具有选择有用信号，抑制其

3、它一切无用信号的功能。比较功能要确定被测量对标准量的倍数，比较功能是必不可少的。显示功能显示功能是测量仪表的基本功能之一。1.2测量仪表的结构及其基本性能1.2.1仪表的基本性能评价仪表的品质指标是多方面的，作为仪表的基本性能，主要是衡量仪表测量能力的那些指标，如精确度、稳定性、测量范围、输入输出特性等。1.2.1.1精确度说明精确度的指标有三个：精密度、准确度和精确度。精密度精密度表示仪表指示值的分散程度。准确度准确度是指仪表的指示值（简称示值）偏离被测量真正值的程度。精确度（简称精度）精确度是精密度和准确度的综合反映。1.2测量仪表的结构及其基本性能1

4、.2.1.2稳定性稳定度稳定度是由于仪表内部某些随机变化的因素引起的。例如仪表内部某些因素作周期性变化、飘移或机械部分的摩擦力变化等引起仪表的示值变化。通常它以精密度的数值和时间长短一起来表示。环境影响使用仪表时的周围环境（如室温、湿度、大气压、震动等）条件变化引起仪表示值变化，以及电源电压、波形、频率等工作条件变化引起仪表示值变化，统称为环境影响，用影响系数表示。1.2测量仪表的结构及其基本性能1.2.2测量仪表的结构测量仪表（测量系统、传感器等）由若干环节组成。根据各个环节（或变换元件）的联接方式不同，仪表就有不同的组成结构。1.2.2.1直接变换型结

5、构1.2.2.2平衡变换型结构1.2.2.3差动变换型结构1.2测量仪表的结构及其基本性能1.2.2.1直接变换型结构直接变换型仪表由几个组成环节串联连接而成，信息的变换只沿一个方向进行，是一个开环系统，见图。设各组成环节的传递系数为，整个系统的传递系数为：图1-2直接变换型结构1.2测量仪表的结构及其基本性能1.2.2.2平衡变换型结构平衡变换型结构有两个变换回路，见图。由图可见，平衡变换型结构的仪表形成一个深度负反馈的闭环系统。a)平衡变换型结构b)等效简化电路图1-3平衡变换型结构1.2测量仪表的结构及其基本性能1.2.2.3差动变换型结构差动变换型

6、结构由、和三个回路组成，见图1-4。差动变换型仪表的灵敏度较高。图1-4差动变换型结构1.3测量仪表的输入输出特性1.3.1静态特性及其性能指标1.3.1.1静态特性在测量过程中，当输入信号不随时间变化（），或者随时间变化很缓慢时，输出信号与输入信号之间的函数关系称为仪表的静态特性。仪表的静态特性可用高阶多项式代数方程表示：式中，为输入信号；为输出信号；为零位输出或零点迁移量；为仪表的灵敏度；为非线性项的待定系数。1.3测量仪表的输入输出特性1.3.1.2静态性能指标表征仪表静态特性的指标有灵敏度、线性度、重复性和滞环四个指标。1.灵敏度灵敏度是指测量仪表

7、在稳态下，输出的变化量对输入变化量之比，即：（1-10）它是仪表静态特性曲线上各点的斜率。测量仪表的灵敏度可分为三种情况：（1）灵敏度为常数；（2）灵敏度随被测量的增加而增加；（3）灵敏度随被测量的增加而减小；1.3测量仪表的输入输出特性2.线性度线性度是指仪表的实际静态特性曲线偏离其理论拟合直的程度。由下图可见，仪表非线性误差的大小与理论拟合直线有关，对同一条静态特性曲线，若理论拟合直线不同，计算所得的非线性误差会差别很大。图1-5不同理论拟合直线所对应的线性度(a)理论线性度(b)端基线性度1.3测量仪表的输入输出特性几种理论拟合直线的方法：理论线性度

8、、独立线性度、端基线性度、平均选点线性度和最小二乘法性度等；（1）