检测技术基础3PPT.ppt

1 静态模型、静态特性指标 第二章 检测系统的特性与技术指标 § 2.2 动态特性 动态模型、动态特性 § 2.1 静态特性 传感器典型环节动态特性分析 2 检测系统的静态特性 § 2.1.1 静态模型 静态特性：检测系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系 理想状态： 实际状态： a --- 零点输出 b --- 理论灵敏度 线性关系 非线性关系 3 检测系统的静态特性 非线性原因： (结构原理性原因除外) 误差因素 温度 湿度 压力 冲击 振动 磁场 电场 摩擦 间隙 松动 迟滞 蠕变 变形 老化 外界干扰 4 检测系统的静态特性 § 2.1.2 静态特性指标 线性度 回程误差 分辨力 重复性 灵敏度 精确度 5 检测系统的静态特性 (1) 线性度: 检测系统输入输出曲线与理想直线的偏离程度 相对误差 输出值与理想直线的最大偏差值 理论满量程输出值 理想直线： 亦称非线性误差 定义: ( non-linearity ) 表达: 拟合直线 一般不存在或很难获得准确结果 利用测量数据，通过计算获得 7 讨论：最小二乘法和最佳直线法 (xi,yi) (xi, Yjun) (1,0.9) (1,0.8) (1,0.7) (1,0.8) (2,2.3) (2,2.4) (2,2.5) (2,2.4) (3,2.9) (3,2.6) (3,2.6) (3,2.7) n=3，按平均后，使用最小二乘法拟合计算： 截距：a=(14*5.9-6*13.7)/(3*14-36)=1/15=0.06667 斜率：b=(3*13.7-6*5.9)/6=5.7/6=0.95 y=0.06667+0.95x 按平均前，即n=9，使用最小二乘发拟合计算： 截距：a=(14*5.9-6*13.7)/(3*14-36)=1/15=0.06667 斜率：b=(3*13.7-6*5.9)/6=5.7/6=0.95 结论：求平均值后再按最小二乘法算和不求平均值直接计算，结果一样。 åD2i=min=（0.217*0.217）+（-0.433*（-0.433））+0.217*0.217=0.281667 若要求误差绝对值最小（精度等级计算时按此误差计算），可平移截距，使误差的绝对值最小，即：平移(0.433-0.217)/2=0.108,令截a=0.0667+0.108=0.1747 结论：按最小二乘法拟合出的公式，误差平方和最小， 但并不是误差绝对值最小，算精度等级时，取量程中 的误差绝对值的最大值，两者的结果不一致。 8 检测系统的静态特性 (2) 回程误差(也称为变差、回差、滞环) 检测系统在正行程和反行程的输入输出曲线不重合的程度 相对误差 Hmax：正反行程输出值的最大偏差 定义： 亦称空程误差、滞后 ( hysteresis ) 算法： 9 滞环 仪表检测所得到的实际上升曲线和实际下降曲线出现不重合的情况，从而使仪表的特性曲线形成环状，称为“滞环”。 产生原因：仪表内部的某些元件具有储能效应，例如弹性变形、磁滞现象等。 10 死区 由于传动机构的摩擦和间隙等，产生死区效应。使得在仪表输入在一定范围内部引起输出变化，这段区域称为死区，也叫不灵敏区。 11 检测系统的静态特性 (3) 分辨力: 能够检测出的被测量的最小变化量 2、分辨率 --- 是相对数值： 定义： 1、分辨力 --- 是绝对数值，如 0.01mm，0.1g，10ms，…… 说明： 表征测量系统的分辨能力 ( resolution ) 能检测的最小被测量的变化量相对于 满量程的百分数，如： 0.1%, 0.02% 3、閾值 --- 在系统输入零点附近的分辨力 12 检测系统的静态特性 (4) 重复性 同一条件下，对同一被测量，同一方向，多次重复测量，差异程度 对同一被测量值：各次测量数值的偏差程度 重复性是检测系统最基本的技术指标，是其他各项指标的前提和保证 测量数据的分散性 计算：贝塞尔公式 对不同被测数值：各次测量曲线的偏差程度 ( repeatability ) 13 重复性 重复性：在同一工作条件下，同方向连续多次对同一输入值进行测量所得到的多个输出值之间相互不一致的程度。 14 再现性 再现性：仪表实际上升曲线和实际下降曲线之间离散程度的表示，常取两种曲线之间离散程度最大点的值来表示。 15 检测系统的静态特性 (5) 灵敏度 测量系统在稳态下输出量的增量与输入量的增量之比 斜率： a. 线性检测系统：灵敏度为常数； 例：间隙式平板电容传感器 定义： b. 非线性检测系统：灵敏度为变数 说明： (灵敏度系数) ( sensitivity ) 灵敏度 双曲线、非线性 16 检测系统的静态特性 (6) 精确度(精度): 在实际测量中,用精密度