测量系统的基本特性 PPT课件

工作曲线
Y(t) 正行程工作曲线 实际工作曲线 反行程工作曲线
0
X(t)
测量系统的静态特性
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，并且可和动态测量原 理相衔接。 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。
参考直线的选用方案
③最小二乘直线 直线方程的形式为
ˆ a bx y
且对于各个标定点（xi，yi）偏差的平方和最小的直线；式 中a、b为回归系数，且a、b两系数具有物理意义；
④过零最小二乘直线 直线方程的形式为
ˆ bx y
且对各标定点（xi，yi）偏差的平方和最小的直线。
静态特性指标
• 产品型号：CLBSB板环式拉压力传感器 主要技术指标 • 测量范围：0--1000Kg • 输出灵敏度：1.5--2.0V/V 非线性： 0.0２级 ；0.05级 ；0.1级 • 迟滞： 0.0２级 ；0.05级 ；0.1级 • 重复性：0.0２级 ；0.05级 ；0.1级 • 综合精度：0.03级；0.1级 • 零点温度系数： <0.05%F.S • 灵敏度温度系数：<0.05%F.S • 零点不平衡输出：<1%F.S • 输入阻抗： 685±30Ω ； 输出阻抗： 650±5Ω • 激励电压： 10V(或12V） ； 工作温度： -20---+80℃
4.1 概述
一般测量系统由三个基本环节组成：
上图表示输入信号 x (t)送入此组件后经过规定的 传输特性h(t)转变为输出信号 y (t)。其中h(t)为由此 组件的物理性能决定的数学运算法则。对比例放大 环节h(t)可写成k（电子或机械装置的放大系数）
一般的工程测试问题总是处理输入量x(t)、系统 的传输转换特性和输出量y(t)三者之间的关系。 ① x(t)、y(t)是可以观察的量，则通过x(t)、y(t)可推 断测量系统的传输特性或转换特性； ② h(t)已知，y(t)可测，则可通过h(t)、y(t)推断导 致该输出的相应输入量x(t)，这是工程测试中最常 见的问题； ③ 若x(t)、h(t)已知，则可推断或估计系统的输出 量。
理想的测量系统应该具有单值的、确定的输入―输 出关系。其中以输出和输入成线性关系为最佳。
在静态测量中，测量系统的这种线性关系虽说总是 所希望的，但不是必须的，因为在静态测量中可用曲 线校正或输出补偿技术作非线性校正；
在动态测量中，测量工作本身应该力求是线性系统， 这不仅因为目前只有对线性系统才能作比较完善的数 学处理与分析，而且也因为在动态测试中作非线性校 正目前还相当困难。
y a0 a1x a2 x
2
称为测量系统的静态数学模型
工作曲线
工作曲线：方程 y a0 a1x a2 x2 称之为工作曲 线或静态特性曲线。实际工作中，一般用标定过程 中静态平均特性曲线来描述。
正行程曲线：正行程中激励与响应的平均曲线 反行程曲线：反行程中激励与响应的平均曲线 实际工作曲线：正反行程曲线之平均
参考直线的选用方案
①端点连线 将静态特性曲线上的对应于测量范围 上、下限的两点的连线作为工作直线；
Y(t)
断 点 连 线
0
X(t)
参考直线的选用方案
②端点平移线 平行于端点连线，且与实际静态特性 （常取平均特性为准）的最大正偏差和最大负偏差的 绝对值相等的直线；
Y(t)
X(t)
ˆ bx y
4.2 测量系统的静态标定与静态特性
欲使测量结果具有普遍的科学意义，测量 系统应当是经过检验的。
标定：用已知的标准校正仪器或测量系 统的过程称为标定。 输入到测量系统中的已知量是静态量还 是动态量准器，或比被标定系统准 确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统， 得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。 要求：标定时，一般应在全量程范围内均匀地取定5 个或5个以上的标定点（包括零点） 正行程：从零点开始，由低至高，逐次输入预定的 标定值此称标定的正行程。
学习要求
• 1 掌握测试系统的静态标定的概念及意义，常用的 静态特性参数的定义及标定数据的处理计算方法； • 2 表征测试系统动态特性的主要指标及其计算方法； • 3 掌握测试系统动态特性分析方法（传递函数、频 响函数、运动微分方程）； • 4掌握不失真测量之条件； • 5 了解典型激励的系统瞬态响应，测量系统的动态 特性参数的获取方法及动态误差修正方法。
静态特性指标
灵敏度S：是仪器在静态条件下响应量的变化 △y和与之相对应的输入量变化△x的比值。
如果激励和响应都是不随时间变化的常量(或变 化极慢，在所观察的时间间隔内可近似为常量)， 依据线性时不变系统的基本特性，则有：
s y x y x 常数
理想的灵敏度
当特性曲线呈非线性关系时，灵敏度的表达 式为： s lim y x dy dx
x 0
y △y △x 0 (a) x
y
△y △x △y △x x 0 (b)
关于灵敏度的几点说明
1)在系统量程范围内要求灵敏度是恒定值; 2)在被测信号有效带宽内要求灵敏度是一恒定值; 3)灵敏度与分辨率、量程、刚度及固有频率的关 系。
量程及测量范围
量程：测量上限值与下限值的代数差称为量程。 测量范围：测量系统能测量的最小输入量（下限） 至最大输入量（上限）之间的范围称为测量范围。
反行程：再倒序依次输入预定的标定值，直至返回 零点，此称反行程。
静态标定的主要作用
①确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予 仪器或测量系统分度值；
②确定仪器或测量系统的静态特性指标；
③消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度
测量系统的静态特性
测量系统的静态特性：通过静态标定，可得到 测量系统的响应值yi和激励值xi之间的一一对应关 系，称为测量系统的静态特性。 测量系统的静态特性可以用一个多项式方程表 示，即