第一章测量装置的特性.pptVIP

* 山东大学模具工程技术研究中心 测量装置： 把被测参量F(t)经过一系列的转换和放大，最后用记录器记录或数据处理仪处理。 可能是复杂的测试装置，也可能是组成环节 复杂测试系统：(轴承缺陷检测) 简单测试系统 V §1-3 测量系统及其基本特性 一、工程测量中常见问题 1、系统的概念：从最初输入信号到最终输出信号的各个环节，是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 广义系统: 输入 输出 （1）已知测量系统的输入量和输出量,推断测量系统的转换特性 （2）已知测量系统的转换特性, 输出量可测, 推断输入量 （3）已知测量系统的转换特性和输入量, 推断输出量 测试系统的功能： 测试就是从被测信号中获取所需的特征信息，对干扰信号进行削弱或去除，对有用信号进行放大和分析。因此测试系统将被测对象置于预定状态下，并对被测对象所输出的特征信息进行拾取、转换、放大、分析处理、显示记录等。 1、传感器的作用 非电量转换成电量 2、测量系统的作用 把传感器的输出量转换成便于显示和记录的电压或电流信号 3、信息处理系统的作用 对信号进行放大、补偿、数学运算、模数转换等 4、显示与记录系统的作用 用于模拟量的显示和记录 测量系统应保证系统的信号输出能精确地反映输入。 对于一个理想的测量系统应具有确定的输入与输出关系。 其中输出与输入成线性关系时为最佳。 理想的测量系统应当是一个线性时不变系统（线性定常系统）。 测量装置基本要求： F α 线性 F α 线性 F α 非线性 实际测量系统 系数若与时间无关，则装置叫定常的，若与其各阶导数都无关，则装置叫线性的。 若上述两条件都满足，则叫定常线性的。 ai、bi —系数，取决于装置的物理性质，与系统结构参数有关的常数 若最高阶导数是一阶，为一阶系统；若最高阶导数是二阶，为二阶系统；其余依此类推。 对于： 其输入与关系可用微分方程表述： 测量装置必须是线性定常的，才不会发生失真。 测量装置满足不失真的条件： 1) 比例性 2) 叠加性 3) 频率不变性 2、不失真的概念 不发生失真：输入量和输出量能相似。 其系数与时间及 无关，因此水银温度计为线性定常系统，且为一阶系统。 水银温度计 二、测量系统的静态特性 指输入量为静态时，输出量与输入量之间的关系。测量装置的静态特性可用精度、重复性、滞差、灵敏度、非线性度等来表征。 　理想的情况是测量系统的响应和激励之间有线性关系，这时数据处理最简单。 由于原理、材料、制作上的种种客观原因，测量系统的静态特性不可能是严格线性的。如果在测量系统的特性方程中，非线性项的影响不大，实际静态特性接近直线关系，则常用一条参考直线来代替实际的静态特性曲线，近似地表示响应－激励关系。 1、精度 测试系统的测量精度是指测试系统的实际测量结果与被测参量真值之间的吻合程度，常用的表征误差的方法有绝对误差、相对误差和引用误差等。 引用误差是仪表中常用的误差表示方法，它是相对于仪表满量程的一种误差，即测量的绝对误差与仪表的满量程值之比，常以百分数表示。 2、重复性 重复性是指在相同的测量条件下，对同一被测量连续多次进行测量时，其测试结果间的不一致程度。 3.灵敏度 工作曲线上各点的斜率定义为各点的灵敏度 若工作曲线是线性的,则各点的灵敏度相同,否则不同。 F α α △α △α △F △F 0 0 (a) (b) F △α △F 测量装置总的灵敏度等于各个环节灵敏度的连乘积。 转换器 测量电路 放大器 记录仪 机械转换器 4.非线性度：静态特性特性曲线偏离理论直线的程度。 测量系统为线性系统，输入量为静态量时，输入输出方程中的各阶导数为零，方程变为: 由于b0、a0并不是严格的常数。定义非线性度： 实际静态特性曲线 理想直线 在满量程范围内，实际静态特性曲线与理想直线的最大差值与其满量程输出量之比。 F α 0 实际工作曲线 参考工作曲线 FFS △Lmax 显然 越小，系统的线性程度越好，实际工作中经常会遇到非线性较为严重的系统，此时，可以采取限制测量范围、采用非线性拟合或非线性放大器等技术措施来提高系统的线性度。 5. 滞差 在全量程范围内，当输入由大变小，再由小变大时，对同一输入量得到的两个由输出值之间的最大差值为滞差。滞差是由滞后性引起的，滞后性指输入递减的静态特性曲线和输入递增的静态特性曲线不重合的程度。 输入递减静态特性曲线 输入递增静态特性曲线 最大差值与满量程之比来表示测量系统的滞后性。 6 分辨率 分辨率是指测量系统能测量到输入量最小变化的能力，即能引起响应量发生变化的最小激励变化量，用△x表示。由于测量系统或仪器在全量程范围内，