第8章测量系统的特性分析.pptVIP

第八章 测量系统的基本特性; 测量系统的基本特性是指测量系统与其输入、输出的关系。主要包括三个方面： 第一，已知测量系统的特性，输出可测，那么通过该特性和输出来推断导致该输出的输入量。这就是通常应用测量系统来测未知物理量的测量过程。 第二，已知测量系统特性和输入，推断和估计系统的输出量。通常应用于根据对被测量(即输入量)的测量要求组建测量系统。 第三，由已知或观测系统的输入、输出，推断系统的特性。通常应用于系统的研究。 根据输入信号x(t)随时间是否变化，测量系统的基本特性分为静态特性和动态特性。;1 测试系统的静态特性;1.1 静态特性的基本参数;（3）分辨力：表示测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。对数字显示测量系统，为一个分度值。 （4）量程：测量系统能够测量的最大输入量的能力。是测量系统示值范围上下限之差的绝对值。当在量程范围内使用时，测量系统正常工作并保证预定的性能。 （5）安全工作范围：在安全工作范围内仪器不会损坏，超过安全工作范围可能会导致仪器损坏。 瞬态、 TVS保护 ;;1.2 静态特性的质量指标; （3）线性度：测量系统静态特性对选定拟合直线的接近程度。常用实际特性曲线偏离参考直线的最大偏差与量程输出值之比的百分数表示： 由于拟合直线的方法不同得 到不同的线性度，如理论线 性度、端基线性度、最小二 乘法线性度等。;★理论线性度：选通过零点与满量程输出点所作的直线为参考直线，或通过两个指定端点的直线作为参考直线时的线性度。 ★端基线性度：以测量设备多次实测之零输入所得平均值点与满量程输出平均值点所连成的直线为参考直线。 ★最小二乘法线性度：通过最小二乘法算法确定参考直线。;最小二乘法原理： 设拟和的直线为 ，第j个测量点的输出 与拟和直线上的相应值的偏差为 ，最小二乘法拟和直线的原则就是使N个点的均方差 为最小值，即一阶偏导等于零 可得到b和k的值。 ;（4）可靠性：在规定的时间内及在保持其运行指标不超限的情况下执行其功能的能力。可靠性指标有： ★平均无故障时间MTBF（Mean Time Between Failure）：在标准工作条件下不间断的工作，直到发生故障而失去工作能力的时间称为无故障时间。若干次平均得，10000h ★故障率或失效率：MTBF的倒数，失效率为0.03%kh表示1万台仪器工作1000小时后可能会有3台出现故障。 ★可用度：对于可修复的产品，用MTTR（Mean Time To Repair）代表平均修复时间，如果修复时间长则使用时间短。;（5）稳定性：在规定的工作条件下，在规定的时间内系统或仪器性能保持不变的能力。2.1mV/8h等。 影响系数：环境温度、大气压、振动等外部状态变化对测量系统示值的影响，以及电源电压、频率等工作条件变化对指示值的影响统称为环境影响。 额定工作条件：温度25℃，湿度65%，大气压101.33kPa、供电220V 允许变化的范围： 25±2℃， 65±5%， 220V ±10%等 偏离标准工作条件时，会对测量结果产生影响， 影响系数：示值变化与影响量的变化的比， 15ppm/ ℃。 ;（6）输入电阻和输出电阻： 前一环节的输出电阻及相当于后面环节的信号源内阻，后一环节的输入电阻相当于前面环节的负载。 前级环节对后级环节而言相当为理想电压源，其内阻即输出电阻应为0；后级输入电阻承接了全部电压信号， 阻抗变换器：电压跟随器 ;2 测量系统的动态特性;例：测量系统动态特性的影响： 压力测量系统结果： 实线：动态性能好 虚线：动态性能差 无法获得峰值压力，可能导致系统关键部件设计不合理而出现故障。;研究测量系统动态特性的方法： 对于简单的系统，系统的建立数学模型，时域的微分方程或复频域的传递函数或频域的幅频特性。 对于复杂的系统，采用试验的方法，输入典型信号（如正弦信号、单位阶跃信号或脉冲信号）测出系统的输出特性，对数据进行分析，评价系统的动态性能指标。 参考： 《测试系统动力学》黄俊钦 国防工业出版社 ;2.1 动态性能指标;（1）时域指标 测量设备的时域动态性能指标—般用阶跃输