第二章测量装置的基本特性探讨.ppt

第二章 测量装置的基本特性;本章要求; 测量装置的基本特性 ;测量装置所测量的信号一般有两种形式： ①一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢（准静态）的信号，称为静态信号，例如直流量 ②另一种是幅值、相位、周期等随时间的变化而变化，称为动态信号，例如周期信号、瞬变信号或随机信号。 由于输入量的状态的不同，测量装置所呈现出来的输入、输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。为了降低或消除测量装置在测试系统中的误差，测量装置必须具有良好的静态和动态特性，才能使其输出正确的反映输入量的变化。 ;测量装置的基本特性;§2-1 测量装置的线性化;§2-1-1 测量装置的数学模型;2、一阶系统的数学模型 电容充电(RC电路) i(t)×R 故有： ;§2-1-1 测量装置的数学模型;一般情况下，测试装置的数学模型可用线性微分方程表示， 即： 其中a，b均为常数，所描述的是线性时不变装置。;§2-1-2 线性时不变系统的主要性质;§2-1-2 线性时不变系统的主要性质;§2-1-2 线性时不变系统的主要性质;§2-1-2 线性时不变系统的主要性质;§2-2 测量装置的静态特性;一、非线性度 非线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。 理想的测量装置输出与输入呈线性关系。然而, 实际的测量装置即使在量程范围内, 输出与输入的线性关系严格来说也是不成立的, 总存在一定的非线性。 线性度是评价非线性程度的参数。 定义：测量装置的标定曲线对理论拟合直线间最大偏差和输出满量程的百分比称为非线性度（也叫非线性误差）。 ;§2-2 测量装置的静态特性指标; 拟合直线的确定主要有两种方法： ①端基法 端基法就是把一条通过测量范围的上、下限点的 直线，作为拟合直线，通常称为端基直线。; 设拟合直线方程为：;; 测量装置在静态工作条件下，输出变化量与引起该变化量的输入变化量之比称为灵敏度，也就是单位输入所产生的输出。 其表达式为：;γs=(Δk/k)×100%;三、迟滞（也称为滞后或滞差）;式中 ———正反行程间输出的最大差值，称为迟滞误差、回程误差或滞后误差。 检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输入信号，传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。 ;四、灵敏限和动态测量范围 灵敏限△x：引起测量装置输出值产生一个可察觉变化的最小被测量变化值，称为灵敏限（也称为灵敏阈或鉴别力阈），它用来描述装置对输入微小变化的响应能力。 分辨力是指测量装置能检测到 的最小的输入增量。有些测量装置 ,当输入量连续变化时,输出量只作 阶梯变化,则分辨力就是输出量的 每个“阶梯”所代表的输入增量的 大小。当被测量的变化小于分辨 力时，测量装置对输入量的变化无 任何反应。 ;例：用显示保留小数点后两位的数字仪表测量时，输出量的变化“阶梯”为0.01，那么0.01的输出所对应的输入量的大小，即为分辨力。 模拟式仪表的分辨力以最小刻度的一半所代表的输入量表示。数字式仪表则以末位显示字所代表的输入量表示。 分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为分辨率。 ;§2-2-4 灵敏限和动态测量范围;测量装置的动态测量范围DR可表示为：;§2-2-5 漂移; 时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。 温度漂移是指因环境温度的变化而引起的零点或灵敏度的漂移。也就是温漂表示温度变化时，传感器输出值的偏离程度。 测试时先将传感器至于一定温度，将其输出调至零点或某一特定点，使温度上升或下降一定的度数，再读出输出值，前后两次输出值之差即为温度稳定性误差。 每℃引起的传感器误差称为温度误差系数。;y0:测量装置零点的初始输出值 y0 :测量装置零点的 最大或最小输出值;：在室温T1时测量装置满量程输出平均值。 ：在T2温度下保温一小时后，测量装置满量程输出平均值。 ;x;§2-3 测量装置的动态特性;§2-3 测量装置的动态特性;eg: ; ;一般情况下，测量装置的数学模型可用线性微分方程表示， 即： 设x(t)、y(t)的初始条件为零，对上式两边进行拉氏变换，;§2-3-1 传递函数;§2-3-1 传递函数;§2-3-2 频响函数;§2-3-2频响函数;§2-3-3 传递函数及频率特性;; 将S=jω 代入上式，得一阶装置的 频率响应函数为：;频率特