非电量电测技术

第一章 非电量电测技术的 基本知识
§1-1测量的概念及其测量方法
一、测量的概念和定义
借助专门的设备，通过实验的方法，对被侧对象收集 信息，取得数量概念的过程。
专门设备— 传感器： 非电量 电量
实验方法— 比较： 被测量 同性质的标准量 —信息收集— 示差、平衡
取得数量— 读数
结—论
一切测量过程包括：比较、示差、平衡和读数， 核心是比较。
n
( yi y)2
＝ i1
n 1
§1-4测量系统的静态误差
一.串联开环系统 Xi K1 Y1 K2 Y2 … Yn1 Kn YO
系统静态特性： yO f (xi )
系统灵敏度：
KO
dyO dxi
dy1 dy2 dxi dy1
dyo dyn1
n
KO K1 K2 Kn Ki i 1
i j
......
y0n yn
系统总误差：
n1
n1
n1
yO y1 Ki1 y2 Ki1 yn1 Ki1 yn
i 1
i2
i n 1
n n1
y0 Ki1 y j （1－21）
j1 i j
每个环节误差对总误差的影响（相对误差）：
系统总相对误差： o
yo yo
假定每个环节的相对误差为：
每个环节误差对总误差的影响（绝对误差） ：
假定各个环节的误差为：△y1, △y2，… △yn
则：
y01 y1 ,
y0
y1
y01
y1
y0 y1
第1个环节的误差对系统 第1个环节的误差 的产生的误差
代入上式：
yo y1
y2 y1
y3 y2
y4 ... y3
yo yn1
K 2 K 3 K 4 ...K n
1.定值误差(零位误差)(附加误差)△o
2.积累误差(倍率误差) s s X 式中 s 为比例系数
y
s
0
x
定值误差
(四)按被测量与时间的关系
1.静态误差：被测量稳定不变时的测量误差。 2.动态误差：被测量随时间变化过程中，进行
测量时所产生的附加误差。
§1-3测量系统的静态特性
静态特性：表示测量仪表在被测量处于稳定 状态时的输出-输入关系。
2.相对误差：
(1)实际相对误差
A
x A
100%
被测量的实际值
(2)示值相对误差
x
x x
100%
仪器示值
(3)满度相对误差 （引用误差）
m x xm 100%
仪器的满度值
(二)按误差的性质
1.系统误差 2.随机误差
定义：指服从一定规律变化的误差。 特征：出现规律性、产生原因可知性 表征：测量准确度
i 1
i1
二、灵敏度(传递系数)
K
dy
dx
输出的变化量 输入的变化量
三、分辨率与分辨力
R xmin *100% xmax xmin
四、迟滞（滞环）
y
y(c) i
m y( f )
i
x
t
y(c) i
y( f ) i
max
100%
m
100%
yFS
yFS
五、重复性
z
(2
~ 3)
yFS
100％
实际曲线与端点直线的最大误 差就是“端基线性度”。
平均选点法线性度：
作两条与端点直线平行的直线，使之恰好包围所有的 数据点。然后在这一对平行线之间作一条正、负距离 相等的直线，并使实际输出特性相对与所选的直线的 最大正偏差等于最小负偏差。
最小二乘法线性度：
找一条直线，使各实际数据点与该直线的垂直偏差的
定义：指服从大数统计规律的误差。 表征：测量的精密度(分散性)及重复性
精密度：反映测量结果分散性大小、即重复性一致 的程度。
准确度：反映测量结果与真值之差大小的程度。
精确度＝精密度＋准确度
精(确)度A：
A
X
max max X
min
100%
最大绝对允许误差 仪表测量范围
100％
(三)按误差与被测量的关系
n1
y01 y1K2K3K4 Kn y1 Ki1 i 1
n1
y01 y1K2K3K4 Kn y1 Ki1 i 1
同理：y02 y2K3K4K5 Kn y2 n1 Ki1
i2
n1
y03 y3K4K5K6 Kn y3 Ki1
i3
......
n1
y0 j y j Ki1
测试结果： Ａ ＝ ｛Ａ｝
〔Ａ〕
被测量 数值(大小及符号) 单位
二、测量方法
<1>直接测量:
简单测量：当选用适当的仪表，即 可直接测得被测量的大小。
只包括一项简单测量和根据一些已知数据，对被测结果 进行运算就可以得到被测物理量的大小。
例如：I U R
被测量
简单测量 已知数据
<2>间接测量：
对于几个与被测量有确定关系的物理量进行直接测量， 然后通过代表该函数关系的公式、曲线或表格求出未知 量。
衡量测量仪表静态特性的性能指标是： 线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、量程
一、线性度(非线性误差)
f
m YFS
100%
曲线与直线的最大偏差 仪表满量程
100％
端基线性度
平均选点法 线性度
最小二乘 法线性度
端基线性度：
端点直线。
端点指与量程的上下限值对应 的标定数据点。通常取零点作 为端点直线的起始点；满量程 的输出100％作为终止点，通 过两点的直线称为“端点直 线”。
1 前已导出：
y1 y1
2
y2 y2
……
百度文库
n
yn yn
n1
y01 y1K2K3K Kn y1 Ki1
<3>微差法：被测量的大部分用零位法测量（此时，大 部分的被测量已与已知的标准量相抵消，其余部分再用 偏差法来测量。 例：用不平衡电桥测量电阻。
§1-2测量误差及其分类
一、误差分类 (一)按误差的表示方法： 测量值（示值）
1.绝对误差： x x A0 真值，约定真值
修正值：
ac Ao x x
平方和最小。即：
min
(
yi
y)2
i
y a bx
n
yi
n
xi2
n
xi
n
xi yi
a i1
i1 i1 i1
n
n
xi
n
xi 2
i 1
i1
n n xi yi n xi n yi
b
i1
i1 i1
n
n
xi
n
2
xi
例如：
扭矩
N Mn 9549
被测量
轴转速
一般：Y f (x1, x2 , x3...)
二个或二个以上的简单测量 被测量
确定的函数关系
<3>偏差法、零位法、微差法
<1>偏差法：当测量仪表用指针相对刻度线的位移（偏 差）来直接表示被测量的大小。 例 ：指针式仪表
<2>零位法：在测量时，被测量的作用效应用已知量的 效应来平衡，结果是相互的作用缩小到零。 例：用电位差计测量电压等。