第2章测试系统的静态特性与数据处理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
其他特性 负载效应 抗干扰特性
¾对于静态测量的测试系统,一般只需衡量其静态特性、负载 效应和抗干扰特性指标。 ¾在动态测试中,则需要以上四方面的特性指标来衡量。
2014/3/14
信号与测试技术
7
2.2 测试系统的静态标定
1、静态标定的定义
• 在一定标准条件下,利用一定等级的标定设备对测试 系统进行多次往复测试的过程,以获取被测试系统的
七、温 漂
由外界环境温度变化引起的输出量的变化的现象,叫做 温漂。温漂由两部分组成:
灵敏度温漂
β
=
( ) yFS t2 − yFS yFS (t1 ) (t2 −
(t1 ) t1 )
×100%
零点温度漂移
ν
=
y y
0 F
(t2 ) − y S (t1 )(t2
(0 t1
− t1
) )
×
1
0
0
%
2014/3/14
十、迟 滞(Hysteresis)
迟滞
yFS
测试系统测量同一个输入
量时,对应的正、反行程
的输出不一致的现象,叫
做迟滞。
迟滞误差
正、反行程输出值的最大差值相对于满量程输出的百 分比叫迟滞误差。
2014/3/14
信号与测试技术
28
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
迟滞误差的计算 设正、反行程输出的平均校准点分别为:
Δyi,LH = max( yui − yi , ydi − yi )
(ΔyLH )max = max(Δyi,LH ), i = 1, 2......n
非线性迟滞误差
ξLH
=
(ΔyLH )max yFS
×100%
2014/3/14
静态特性。
2、静态标定的两种方法:
静态标定
绝对法 相对法
x
被校测试系统 ym
标准输入量
输出量
标准标定设备 ys
x
输出量
输入量
被校测试系统 ym
输出量
2014/3/14
信号与测试技术
8
2.2 测试系统的静态标定
标定需要 何条件
标准表需 要何条件
2014/3/14
标准表法现场流量校准装置工作原理图
信号与测试技术
− ΔyN,max )
ξL,M_BASE
=
ΔyM_BASE yFS
×100%
2014/3/14
信号与测试技术
23
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
(3)最小二乘线性度 ξLS 基于所得到的n个标定点,用最小二乘法获得参考直线。
最小二乘直线的计算:
设n个标定点( x i , y i )(i=1,2,…n)
信号与测试技术
17
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
五、阈值/死区 测试系统在最小(起始)测点处的分辩力通常称为 阈值或死区。
六、漂移(时漂) 在测试系统的输入和环境温度不变时,输出量随时间变化 的现象就是漂移,或叫时漂。
2014/3/14
信号与测试技术
18
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
信号与测试技术
19
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
八、线性度(linearity)
对于线性系统,理想的静态特性:y = a0 + a1x
实际特性:
线性度:测试系统实际的静 态特性的校准特性曲线与某 yFS
( ) ΔyL max
一参考直线不吻合程度的最
大值就叫做线性度。记为:
ξL
=
( ) ΔyL max
设参考直线为 y = a + bx
第i个点的偏差: Δyi = yi − yi = yi − (a + bxi )
总的偏差平方和为:
∑ ∑ J = n (Δyi )2 = n ⎡⎣ yi − (a + bxi )⎤⎦2
i =1
i =1
2014/3/14
信号与测试技术
24
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
四、分辩力(Resolution)与分辨率( Resolution Power)
某一测量点
• 分辩力: • 能引起输出量变化的输入量的最小值,叫做分辩 力,记为Δxi,min。 • 分辨率: • 分辩力占测量范围的百分比。
ri
=
Δ xi,m in x m ax − x m in
2014/3/14
信号与测试技术
∑( ) yi
=
1 2m
m j =1
yuij + ydij
i = 1, 2,", n
2014/3/14
信号与测试技术
12
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
一、测量范围 二、量程 三、静态灵敏度 四、分辩力与分辨率 五、阈值/死区 六、漂移(时漂)
七、温 漂 八、线性度
(绝对、端基、最小二乘、独立) 九、符合度 十、迟 滞 十一、重复性 十二、精 度 十三、不确定度
n
∑ y = f (x) = ai xi i=0 y x
零位补偿
y = a0 + a1x
y = a1x
y x
y x
式中ai是与测试装置结构有关的系数。
静态特性如何获得? 静态标定
2014/3/14
信号与测试技术
6
2.1 静态特性的一般性描述
动态特性( Dynamic characteristics ):即输入量和输出量 随时间迅速变化时,输出与输入之间的关系,可用微分方程、传 递函数、频响函数、状态方程表示。
an
dn y dt n
+
an−1
dn−1 y dt n−1
+ ... +
a1
dy dt
+
a0 y
=
bm
dmx dt m
+ bm−1
d m −1 x dt m−1
+ ... + b1
dx dt
+
b0 x
y(t) = L−1 [G(s) X (s)] y(t) = ⎡⎣ Am A(ω0 )⎤⎦ sin ⎡⎣ω0t + ϕ (ω0 )⎤⎦
yij
(xi,ydij) (xi,yuij)
得2mn个测试数据;
y2j
(3)正行程的第j 个循环、第i个 y1j
测点(xi,yuij),反行程的第j 个 循环、第i个测点(xi,ydij),
x1 x2 xi
xn x
(j=1…m)。
2014/3/14
信号与测试技术
11
2.2 测试系统的静态标定 • 对上述数据进行处理,获得被测系统的静态特性:
(2)当只考虑系统误差时
εs
≤
1 10
εm
εs − 标准标定设备的系统误差
εm − 被标定测试系统的系统误差
2014/3/14
信号与测试技术
10
2.2 测试系统的静态标定
4、标定过程:
(1)在标定范围内选择n个测量
y
点xi(i=1…n);
ynj
(2)按照输入信号从小到大、从 大到小共进行m次循环,共获
系统传递(输出)特性: 系统的输出与输入量之间的变换或运算关系。
2014/3/14
信号与测试技术
5
2.1 静态特性的一般性描述
2、测试系统传递(输出)特性
静态特性( Static characteristics ):即输入量和输出量不 随时间变化或随时间变化的程度远缓慢于系统的固有最低阶运动 模式的变化时,输出与输入之间的关系,可用代数方程表示。
2014/3/14
信号与测试技术
13
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
一、测量范围(Range) ( xmin, xmax )
输入量(被测量)最大值(测量上限xmax )和最小值 (测量下限xmin )所确定的区间。
二、量程(Span) xmax- xmin
测量范围的上限值与下 限值之代数差。
信号与测试技术
第2章 测试系统的 静态特性与数据处理
北航 自动化科学与电气工程学院 检测技术与自动化工程系 闫蓓
yanbei@buaa.edu.cn
第2章 学习要求
1、测试系统静态特性的定义及表示方法 2、如何获取测试系统的静态特性 3、主要静态性能指标及其计算
2014/3/14
信号与测试技术
2
第2章 测试系统的静态特性与数据处理
∑ (xi , yui ), yui
=
1 m百度文库
m j =1
yuij , m为正、反行程测量次数
∑ (xi , ydi ), ydi
=
1 m
m j =1
ydij
第i个测点的正、反行程的偏差为:
Δ yi,H = y ui − y di
2014/3/14
信号与测试技术
29
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
2.1 测试系统静态特性的一般描述 2.2 测试系统的静态标定 2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 2.4 测量过程的精密度、准确度、精确度和不确定度 2.5 可靠性(reliability) 第2章小结1 第2章小结2 第2章小结 第2章作业
2014/3/14
信号与测试技术
3
2.1 静态特性的一般性描述
利用 ∂J = 0, ∂J = 0 可以得到最小二乘法最佳a和b的值。
∂a ∂b
n
n
n
n
∑ ∑ ∑ ∑ x
2 i
yi −
xi
xi yi
a = i=1
i=1 n
i=1
i=1
n
∑ ∑ n
x
2 i
−
(
xi )2
i=1
i=1
n
n
n
∑ ∑ ∑ n
xi yi −
xi
yi
b=
i=1 n
i=1
i=1
n
∑ ∑ n
x
2 i
信息提取
信号转换、分析 信息识别
物理量
电量
电量/数字量
电量/数字量
被测对象
传感器
中间变换 测量装置
显示及 记录装置
实验结果 处理装置
激发装置
测试系统静动态特性
2014/3/14
信号与测试技术
4
2.1 静态特性的一般性描述
1、测试系统基本要求 输出信号能够真实反映被测物理量(输入信号)的变化过程, 不使信号发生畸变,即实现不失真测试。
(x −
x1 )
ξL
=
( ) ΔyL max
yFS
×100%
2014/3/14
信号与测试技术
22
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
平移端基线性度 平移端基直线
y
=
y1
+
yn xn
− −
y1 x1
(x −
x1) +
1 2
(ΔyP,max
+ ΔyN,max )
ΔyM_BASE
=
1 2
(ΔyP,max
参考直线为过原点和满量程输出点的理论参考直线。
yFS
ξL
=
( ) ΔyL max
yFS
×100%
2014/3/14
信号与测试技术
21
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 (2)端基线性度 ξ L t 参考直线是通过标定过程中的两个端点。
yFS
端基参考直线
y
=
y1 +
yn xn
− −
y1 x1
26
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
九、符合度(Conformity) 实际得到的测点相对于某一非线性参考曲线的偏差程度 就是符合度。
参考曲线的选择原则 (1)应满足拟合精度要求 (2)函数的形式尽可能简单 (3)选用多项式时,其阶次尽可能低。
2014/3/14
信号与测试技术
27
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
yFS
×100%
( ) ΔyL max = max Δyi,L = max yi − yi , i = 1, 2,...n
非线性度 non-linearity
yFS = B(xmax − xmin ) ——满量程输出,B参考直线的斜率
2014/3/14
信号与测试技术
20
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算 (1)绝对线性度ξ L a(又称理论线性度)
测量范围
2014/3/14
信号与测试技术
14
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
三、静态灵敏度(Sensitivity) 测试系统被测量的单位变化量引起的输出变化量之比, 称为静态灵敏度。
lim S =
Δy = dy
Δx→0 Δx dx
2014/3/14
信号与测试技术
15
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
−
(
xi )2
i=1
i=1
2014/3/14
信号与测试技术
25
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
(4)独立线性度 ξLd 选取最佳直线作为参考直线所得到的线性度。最佳直线的 选取原则是依此直线作为参考直线时,得到的最大偏差是 最小的。 独立线性度又叫做最佳线性度。
2014/3/14
信号与测试技术
迟滞指标(偏差最大值)为:
( ) ( ) ΔyH max = max Δyi,H ,i = 1, 2....n
迟滞误差为:
( ) ξH =
ΔyH max ×100% 2 yFS
yFS
2014/3/14
信号与测试技术
30
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
非线性迟滞
表征测试系统正行程和反行程标定 曲线与参考直线不一致或不吻合的 程度。
9
2.2 测试系统的静态标定
3、静态标定的要求:
• 所用标准标定设备的要求是:
(1)当只考虑随机误差时
• 标定环境的要求:
(1)无加速度、无振动、无冲击; (2)温度:15~25°C (3)湿度不大于85%RH
σs
≤
1 3
σ
m
σ s − 标准标定设备的随机误差
(4)大气压力0.1MPa
σ m -被标定测试系统的随机误差
16
2.3 测试系统的主要静态性能指标及其计算
测试系统
• 分辩力: 在全部工作范围内,各个测量点的分辩力的最大值,
为整个测试系统的分辩力,记为max|Δxi,min| (i=1,2,……n)。 分辨率:
分辩力占测量范围的百分比。
r = max Δxi,min xmax − xmin
2014/3/14