电气测量技术-第3章课件.ppt

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1、第三章测量系统的基本特性中国石油大学信控学院薛永端电气测量技术13.1概述第三章：测量误差及其分析2测量系统的基本特性测量系统：根据研究对象可大可小即可是：众多环节组成的，进行检测、调理、变换、显示记录等的完整系统也可是：组成完整系统的某一环节，如传感器、调理电路、数据采集卡等，甚至更简单的放大器、滤波器等测量系统基本特性：测量系统与输入、输出间的关系。可描述：测量过程：已知测量系统特性，输出可测，推断输入量根据被测量的要求组建多环节测量系统：已知测量系统特性和输入，推断和估计输出量测量系统研究、设计与制作：已知系统输入、输出，推断系统特性。即

2、：系统辨识。测量系统基本特性分为：静态特性和动态特性根据输入信号是否随时间变化对外呈现的外部特性，但由内部参数决定，是系统的固有属性3连续时间系统和离散时间系统连续时间系统：输入和输出在时域的关系由微分方程组确立离散时间系统：输入和输出只在离散时刻存在时间序列，可由差分方程描述图3-1图3-2本章只介绍连续时间系统43.2测量系统的静态特性第三章：测量误差及其分析5测量系统静态特性的概念测量系统静态特性：被测对象处于静态时，即输入为不随时间变化的恒定信号，测量系统输入与输出间的关系。输出为稳定后的输出又称为：刻度特性、标准曲线、校准曲线微分方程中

3、，各阶导数为0，变为线性方程即：定常线性测量系统实际测量系统，输入和输出往往不是理想直线，其静态特性可由多项式表示：6静态系统特性的获得方法在规定标准工作条件下：温度范围、大气压力、湿度，等给出输入量由高精度输入量发生器产生，数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量测定输出量由高精度仪器测定获得一系列输入、输出数列，对读数进行修正工作条件偏离标准条件，将产生附加误差计算输入、输出间的关系数表、绘制曲线、计算数学表达式7静态特性的基本参数（1）零位（零点）：输入为0时的系统输出值零位值应从测量结果中消除有时，也需要人为迁移零位值。如变送器输出标准信

4、号：4~20mA，4mA为零位值灵敏度：描述测量系统对输入量变化的反应能力通常由输出变化量与输入变化量之比来表征当静态特性为一直线时，灵敏度为其斜率，且为常数当静态特性为非线性特性时，灵敏度不是常数如输入、输出量纲相同，则灵敏度无量纲，称为放大倍数8静态特性的基本参数（2）灵敏度（续）如果系统由多个相互独立的环节串联组成，则总灵敏度等于各个环节灵敏度的乘积灵敏度高，即灵敏度数值大，表示相同输入改变量产生的输出变化量大分辨力：测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力又称：灵敏度阈一般为最小分度值的1/5~1/2具有数字显示器的测量系统，分辨力是一个分

5、度值最小有效数字增加一个字时，相应示值的该变量量程：测量系统能够承受最大输入量的能力等于测量系统示值上下限之差9静态特性的质量指标——迟滞迟滞：表征测量系统在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）和由大到小（反行程）时静态特性不一致的程度。又称滞后量、滞后或滞环用引用误差形式表示：图3-410静态特性的质量指标——重复性（1）重复性：表征测量系统输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，静态特性不一致的程度表征了标定值的分散性是一种随机误差用引用误差形式表示：可用标准偏差计算△R图3-511静态特性的质量指标——重复性（2）用标准方法计算标准差S先

6、用贝塞尔公式计算任一输入量对应的正反方向标准差再用整个量程内所有输入量的标准差计算整体标准差S12静态特性的质量指标——重复性（3）用极差法计算标准偏差S计算各标定点正反行程标定值的极差：计算正反行程标定值极差的平均值：标准偏差S为：dn为极差系数，与循环次数有关表3-113静态特性的质量指标——线性度线性度：测量系统静态特性对选定拟合直线y=b+kx的接近程度用非线性引用误差表示为：拟合直线的确定方法：理论线性度、最小二乘法、平均选点线性度、端基线性度最小二乘法线性度拟合使所有标定点的拟合偏差的均方差最小理论线性度拟合：从原点（0,0）到满量程

7、（XFS，YFS）的直线又称：绝对线性度平均选点线性度拟合测量点等分两组通过两组中心的直线14静态特性的质量指标——准确度准确度，俗称精度描述方法1：准确度等级指数。准确度指数a越小，准确度越高a%表示的是允许误差大小，不是实际误差凡国家标准规定有准确度等级指数的正式产品，均应采用描述方法2：简化表示为“精度”适应国家标准未规定有准确度等级指数的产品精度可由线性度、迟滞、重复性之和表示粗略的简化表示15静态特性的质量指标——可靠性可靠性：在规定时间内，及在保持运行指标不超限情况下，执行其功能的性能。非常重要的性能平均无故障时间MTBF：标准条件下

8、不间断工作，直到发生故障的平均时间即相邻两次故障间隔时间的平均值无故障时间：标准条件下不间断工作，直到发生故障的时间可信任概率：由于元件