最新7测试系统设计 (2)

x k P P(%) 50 68.27 90 95.45 99 99.73 K 0.67 1 1.645 1.960 2.576 3
4、测量系统精度分配
B类不确定度的评定——示例
△ 引用误差
已知仪表满度A和精度等级r，则最大允许误差为
ama xA .r
根据均匀分布，置信因子及标准不确定度为
7测试系统设计 (2)
内容
1. 基本原则 2. 一般步骤 3. 抗干扰设计 4. 精度分配
2、一般步骤
后续测量系统的选定
• 传感器与信号调理装置的匹配问题 • 各个测量装置的静动态特性匹配问题 • 测量系统的精度设计指标 • 频响
相应的软件设计与编制
• 实现测试系统的自动化、智能化 ——成本 • 人机交互界面
测量系统的性能评定
• 经济合理性 • 抗干扰能力 • 测试精度分析
3、抗干扰设计
➢ 干扰源
• 外部干扰——环境 电磁场、振动、温度、湿度等
• 内部干扰——电路 Δ 元器件干扰 Δ 信号回路干扰 Δ 负载回路干扰 Δ 电源干扰 Δ 数字电路干扰
3、抗干扰设计
➢ 干扰传播路径
静电感应：导体之间通过分布电容耦合到的有 效输入成分
k 3
A .r u B m/ a k x 3
△ 仪器的基本误差
仪器在指定条件下对某量测量时，可能达到的最大误差界限值为a， 按均匀分布假设，置信因子及标准不确定度
测试电路1
光耦合器件
测试电路2
➢ 滤波技术——阻止某一频带信号通过测试系统
直 流 电 源
0.5-2mH
+ C 1020μ F C 0.1 01~0.1μ F
直 流 电 源
C 0.101μ F
+ C 20200μ
3、抗干扰设计
➢ 接地技术
• 接地作用：
Δ 安全、基准电位 Δ 抗干扰（抗噪声、静电屏蔽等）
Ri
A
Rc2
机壳
机壳
机壳
绝缘层
3、抗干扰设计
➢ 屏蔽技术
• 电缆屏蔽层
Δ 单地原则 Δ 屏蔽线的接地应与公共端连接
Us
1
放 大
器
Us
C1
1放
C2
大 器
2
C3
2
正确连接
UG
UG
正确连接
3、抗干扰设计
➢ 隔离技术 ——切断地环路电流干扰
两个测试电路的地电位完全隔离开，避免干扰 数字电路很适用 模拟电路中，要选用线性度好的隔离器件
图7-23 产
In
Zc
Un
3、抗干扰设计
➢ 屏蔽技术
• 静电屏蔽：在静电场作用下，导体内部各点等电位
利用铜、铝等低阻导电材料，做成接地金属容器，隔离内外部 电力线，消除静电耦合
• 磁屏蔽：导体层以涡流方式消耗高频干扰磁场的能量
铁磁材料（硅钢、坡莫合金）制成容器
• 电磁屏蔽：用导电良好的金属材料（铜箔,铝箔/板）做成的接
电磁感应：变化的电流通过互感作用在另一回 路中引起的感应电动势
辐射电磁干扰：周围强烈的电磁场产生的感应 电动势造成的干扰
漏电流干扰：电器元件绝缘不良或功率器件间 距不够产生的漏电现象
公共阻抗：阻抗不等的两个电路与另一公共阻 抗串联产生的干扰
Cm En
Zi Un
M
In
Zi
Un
Φ
EI
R
a)
Zi
En Un
• 接地方式
Δ 并联接地 Δ 串联接地 Δ 串并联接地
3、抗干扰设计
➢ 接地技术
• 接地原则：一点接地
Δ 地线应连在一起并通过一点接地 Δ 避免公共地线各点电位不均匀而形成接地回路，产生干扰
Rc1
Rs
Biblioteka Baidu
Us
Rc2
放
Ri 大 器
信号地线 （测试系统）
电源地线
保护地线 （机壳、机架、机箱）
系统）
A
B
UG
61/2
均 匀 分 布 数 大 据 允 的 许 舍 误 入 差 、 、 数 回 字 差 仪 、 调 表 零 的 等 分 引 辨 起 力 的 、 仪 不 表 确 的 定 度 最
31/2
反 正 弦 分 布度 定 盘 度 偏 心 、 无 线 电 失 配 等 与 相 角 有 关 的 不 确
21/2
正 态 分 布 置 99%信 )区间有确定的置信水平P(如95%或P P= =9 99 9% .时 73% ， 时 k= ， 2k .= 53 8
k为测量值落在±a区间内概率分布的置信因子
• 测量结果的置信区间
_
_
( x u B ~x u B ) x u B
4、测量系统精度分配
B类不确定度的评定
• 根据误差分布规律确定k
概 率 分 布
适 应 范 围
置 信 因 子k
三 角 分 布 两 个 值 的 差 或 和 等 引 起 的 不 确 定 度
接地系统布置图
4、测量系统精度分配
➢ 衡量精度的指标
测量的准确度
系统误差
测量结果与被测量真值之间的一致程度
• 精密度
△ 重复测量所得各测量值的离散程度 △ 反映随机误差的大小
• 正确度
△ 测量值偏离真值的程度 △ 反映系统误差的大小
涉及真值，多作定性描述
理想情况
随机误差
4、测量系统精度分配
测量的不确定度
地电磁屏蔽层，同时起到电磁屏蔽和静电屏蔽两种作用 屏蔽导线、屏蔽电缆
3、抗干扰设计
➢ 屏蔽技术
• 简单的屏蔽——接地、浮置
在高电压强磁场的环境下，测量仪器经常采用浮地系统 为了防止在外壳上感应出高电压，外壳必须接大地
o 安全可靠 o 制造工艺复杂 o 飞机、舰船上的设备采用浮地
Rs Us
Rc1
Ui
△ A类不确定度：用统计方法求出——多次测量 △ B类不确定度：用其他方法得出——单次测量
4、测量系统精度分配
➢ 不确定度的评定
A类不确定度的评定
• 用有限次数测量数据的标准差估值来度量测量结果的不确定性
uA
n
Sxn 1 -1i n 1(ix -x _)2n 1 -1i n 1v i2
• 最佳估值取其算术平均值，则置信区间为
_
_
( x u A ~x u A ) x u A
• 有限次数n：不宜超过10 (等精度测量难度随n增加)
• 测量结果：对于有限次测量，其测量结果
xx
n
4、测量系统精度分配
B类不确定度的评定
确定工程上大多单次测量x的不确定度 • 根据经验或资料及假设的概率分布估计的标准差来表征
uB
a k
a为误差区间的半宽度，即被测量误差可能值的区间(-a，a)
测量结果不能肯定的程度、被测量之值x的分散性——范围 • 被测量的真值x以一定概率落在某个量值——最佳估值的范围内
( x u ~ x u )o rx u
• [-u, u] 不确定区间
• 最佳估值 • 测量结果
最佳估值和不确定度 单位
xx u x 9 .51 0 .5 00m 5m
• 不确定度分为两类