测量系统基本特性
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第三章 测量系统基本特性
本章学习要求：来自百度文库
1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设 备的总称。
简单测试系统(光电池)
V
复杂测试系统(轴承缺陷检测)
加速度计 带通滤波器 包络检波器
测试系统静态响应特性
如果测量时，测试装置的输入、输出信号不 随时间而变化，则称为静态测量。
测量对象，传感器，仪表仪器（计算机） 构成一系统 取决于输入、输出特性如何 静态动态之分
3.1 测量系统静态特性 要求：输出与输入为线性关系 y ax
1． 量程与精度 测量上下限代数差的模为量程（最大输入量与最小输入 量之间的范围） 测试系统所能给出被测量的集合为测量范围（与量程相 比，存在允许误差） 精度（准确度）——通常用满刻度值表示的相对误差 即仪表的最大绝对误差折算成仪表满刻度的百分数
X max,st
Ymax,st Ymax,20 Ym a x,20
100%
Yst ,Ym ax,st －仪表在 t℃下零位，满量程的平均输出量
测试系统的动态响应特性
无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统 来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输 特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。
RN
Rmax 100 % Ym ax
表征仪表维持其输出特性不变的性能
5．线性度（非线性误差） 实际特性曲线与理论特性曲线（直线）的符合程度
LN
Lmax 100 % Ym ax
LN (Yact Ytheo )max ——是全量程范围内实际特性曲线
与理论特性曲线的最大偏差。
6．温度误差
3
仪表损坏，使精度降低）
2．灵敏度－指仪表在做静态测量时，输出端信号增量 y 与输入端信号增量 x 之比值
灵敏度
y x
分辨率－指测量仪表能够检测出被测信号最小变化的 能力
3．迟滞 仪表的输入量从起始量程增到最大量程为正行程
仪表的输入量从最大量程到最小量程为反行程
迟滞－在同一输入量时，正反行程造成输出值间的差异， 用 H 表示
x(t)
h(t)
y(t)
输入量
系统特性
输出
卷积分 y(t)=X(t)×h(t)
3.2 测量系统的动态特性
3.2.1 动态特性数学表达式 动态特性表征输出量对于随时间变化输入量的相应特性
输出量 y(t) 与输入量 x(t) 之间的关系为
an
d n y(t) dt n
an1
d n1 y(t) dt n1
y A
hmax
x
d) 静态响应特性的其他描述
精度：是与评价测试装置产生的测量 误差大小有关的指标
灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量 起始点不灵敏的程度。
分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最 小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的 能力。
测量范围：是指测试装置能正常测
量最小输入量和最大输入量之间的
静态测量时，测试装置表现出的响应特 性称为静态响应特性。 a)灵敏度
当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发 生相应变化△y时,定义: S=△y/△x
y
△y △x
x
b)非线性度
标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。 非线性度=B/A×100%
y B
x
c)回程(滞止）误差
测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过 程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的 输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程（滞止） 误差为: (hmax/A)×100%
精度
x m a x 标尺上限 标尺下限
100 %
实际为不准确度
一般仪表分成七个等级 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5
例：两个温度表，精度均为 1.5%。一个量程 0~50℃，另 一个为 0~200℃，计算测量中可能产生的绝对误差
(50 0) 1.5% 0.75C 100% 绝对误差
......
a1
dy(t) dt
a0 y(t)
d m y(t)
d m1 y(t)
dx(t)
bm dt m bm1 dt m1 ...... b1 dt b0 x(t)
微分方程的拉氏变换可用拉氏算子s 表示即：
an s nY (s) an1s n1Y (s) ...... a1sY (s) a0Y (s)
(50 0) 1% 0.5C (100 0) 0.5% 0.5C
仪表选择原则 （1） 只要能满足被测量的要求，如精度一样。尽可能选
用小量程的仪表；如满足相同的误差要求，小量程仪 表，可使精度等级降低
（2） 在选择仪表时，首先要对被测量有大致的估计，最 好使最大测量值落在 2 量程附近（否则一旦超载，会使
迟滞误差定义：全量程中最大的迟滞差值 Hmax 与满量程 输出值 Ym ax 之比的百分数
Hr
H max 100 % Ym a x
4．重复性－在同一测量条件下，对同一熟知的被测量进行 重复测量时，测量结果的一致性
定义：令行程中，最大的重复性差值 Rmax与满量程输出
值 Ymax 之比的百分数
仪表在高低温度下的输出值与在标准常温 20℃下输出值 间的差值（用 t 表示）
t
Yt Y20 Ym a x(20)
100%
7．零点漂移 指输入量为零时，输出量的变化量
X st
Yst Y20 100 % Ymax20 t
t －相对于 20℃时的温差
8．满量程漂移
指输入量为最大值，输出量的变化
范围。
1盎司 = 28.3495231 克
稳定性：是指在一定工作条件下， 当输入量不变时，输出量随时间 变化的程度。
可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关 的一种描述。
案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量
灵敏度=△y/△x
回程误差=(hmax/A)×100%
非线性度=B/A×100% 测量范围：
精度＝ 量程 100%
(200 0) 1.5% 3C 100%
可见，同一准确度仪表，量程不同，测量中产生的绝对误 差不同，量程大的绝对误差大
例：被测温度范围为 40C 左右，绝对误差不超过 0.5C ， 这样 0~50C 的 1.0 级仪表与 0~100C 的 0.5 级仪表均能满 足
本章学习要求：来自百度文库
1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法
测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设 备的总称。
简单测试系统(光电池)
V
复杂测试系统(轴承缺陷检测)
加速度计 带通滤波器 包络检波器
测试系统静态响应特性
如果测量时，测试装置的输入、输出信号不 随时间而变化，则称为静态测量。
测量对象，传感器，仪表仪器（计算机） 构成一系统 取决于输入、输出特性如何 静态动态之分
3.1 测量系统静态特性 要求：输出与输入为线性关系 y ax
1． 量程与精度 测量上下限代数差的模为量程（最大输入量与最小输入 量之间的范围） 测试系统所能给出被测量的集合为测量范围（与量程相 比，存在允许误差） 精度（准确度）——通常用满刻度值表示的相对误差 即仪表的最大绝对误差折算成仪表满刻度的百分数
X max,st
Ymax,st Ymax,20 Ym a x,20
100%
Yst ,Ym ax,st －仪表在 t℃下零位，满量程的平均输出量
测试系统的动态响应特性
无论复杂度如何，把测量装置作为一个系统 来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输 特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。
RN
Rmax 100 % Ym ax
表征仪表维持其输出特性不变的性能
5．线性度（非线性误差） 实际特性曲线与理论特性曲线（直线）的符合程度
LN
Lmax 100 % Ym ax
LN (Yact Ytheo )max ——是全量程范围内实际特性曲线
与理论特性曲线的最大偏差。
6．温度误差
3
仪表损坏，使精度降低）
2．灵敏度－指仪表在做静态测量时，输出端信号增量 y 与输入端信号增量 x 之比值
灵敏度
y x
分辨率－指测量仪表能够检测出被测信号最小变化的 能力
3．迟滞 仪表的输入量从起始量程增到最大量程为正行程
仪表的输入量从最大量程到最小量程为反行程
迟滞－在同一输入量时，正反行程造成输出值间的差异， 用 H 表示
x(t)
h(t)
y(t)
输入量
系统特性
输出
卷积分 y(t)=X(t)×h(t)
3.2 测量系统的动态特性
3.2.1 动态特性数学表达式 动态特性表征输出量对于随时间变化输入量的相应特性
输出量 y(t) 与输入量 x(t) 之间的关系为
an
d n y(t) dt n
an1
d n1 y(t) dt n1
y A
hmax
x
d) 静态响应特性的其他描述
精度：是与评价测试装置产生的测量 误差大小有关的指标
灵敏阀：又称为死区，用来衡量测量 起始点不灵敏的程度。
分辨力：指能引起输出量发生变化时输入量的最 小变化量，表明测试装置分辨输入量微小变化的 能力。
测量范围：是指测试装置能正常测
量最小输入量和最大输入量之间的
静态测量时，测试装置表现出的响应特 性称为静态响应特性。 a)灵敏度
当测试装置的输入x有一增量△x,引起输出y发 生相应变化△y时,定义: S=△y/△x
y
△y △x
x
b)非线性度
标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。 非线性度=B/A×100%
y B
x
c)回程(滞止）误差
测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过 程中，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的 输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程（滞止） 误差为: (hmax/A)×100%
精度
x m a x 标尺上限 标尺下限
100 %
实际为不准确度
一般仪表分成七个等级 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5
例：两个温度表，精度均为 1.5%。一个量程 0~50℃，另 一个为 0~200℃，计算测量中可能产生的绝对误差
(50 0) 1.5% 0.75C 100% 绝对误差
......
a1
dy(t) dt
a0 y(t)
d m y(t)
d m1 y(t)
dx(t)
bm dt m bm1 dt m1 ...... b1 dt b0 x(t)
微分方程的拉氏变换可用拉氏算子s 表示即：
an s nY (s) an1s n1Y (s) ...... a1sY (s) a0Y (s)
(50 0) 1% 0.5C (100 0) 0.5% 0.5C
仪表选择原则 （1） 只要能满足被测量的要求，如精度一样。尽可能选
用小量程的仪表；如满足相同的误差要求，小量程仪 表，可使精度等级降低
（2） 在选择仪表时，首先要对被测量有大致的估计，最 好使最大测量值落在 2 量程附近（否则一旦超载，会使
迟滞误差定义：全量程中最大的迟滞差值 Hmax 与满量程 输出值 Ym ax 之比的百分数
Hr
H max 100 % Ym a x
4．重复性－在同一测量条件下，对同一熟知的被测量进行 重复测量时，测量结果的一致性
定义：令行程中，最大的重复性差值 Rmax与满量程输出
值 Ymax 之比的百分数
仪表在高低温度下的输出值与在标准常温 20℃下输出值 间的差值（用 t 表示）
t
Yt Y20 Ym a x(20)
100%
7．零点漂移 指输入量为零时，输出量的变化量
X st
Yst Y20 100 % Ymax20 t
t －相对于 20℃时的温差
8．满量程漂移
指输入量为最大值，输出量的变化
范围。
1盎司 = 28.3495231 克
稳定性：是指在一定工作条件下， 当输入量不变时，输出量随时间 变化的程度。
可靠性：是与测试装置无故障工作时间长短有关 的一种描述。
案例：物料配重自动测量系统的静态参数测量
灵敏度=△y/△x
回程误差=(hmax/A)×100%
非线性度=B/A×100% 测量范围：
精度＝ 量程 100%
(200 0) 1.5% 3C 100%
可见，同一准确度仪表，量程不同，测量中产生的绝对误 差不同，量程大的绝对误差大
例：被测温度范围为 40C 左右，绝对误差不超过 0.5C ， 这样 0~50C 的 1.0 级仪表与 0~100C 的 0.5 级仪表均能满 足