測量系統(tǒng)基本特性

1、 第一節(jié)第一節(jié) 測量系統(tǒng)靜態(tài)特性測量系統(tǒng)靜態(tài)特性 第二節(jié)第二節(jié) 測量系統(tǒng)動態(tài)特性測量系統(tǒng)動態(tài)特性 第三節(jié)第三節(jié) 測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)第三章思考題第三章思考題 第三章第三章 測量系統(tǒng)基本特性測量系統(tǒng)基本特性第一節(jié)第一節(jié) 測量系統(tǒng)靜態(tài)特性測量系統(tǒng)靜態(tài)特性 一、測量系統(tǒng)基本靜態(tài)特性一、測量系統(tǒng)基本靜態(tài)特性 一般情況下，測量系統(tǒng)的基本靜態(tài)特性可以一般情況下，測量系統(tǒng)的基本靜態(tài)特性可以用下述的代數(shù)方程來描述：用下述的代數(shù)方程來描述： niniinxaaaaxaayxx1202100a1a式中：式中：y為輸出量；為輸出量；x為系統(tǒng)輸入量；為系統(tǒng)輸入量； 為零位輸為零位輸出；出； 為系統(tǒng)靈敏度；為系

2、統(tǒng)靈敏度； 為非線性項(xiàng)的待定為非線性項(xiàng)的待定系數(shù)，系數(shù)，i=1,2, n。naa,2020naaa 對于理想測量系統(tǒng)，要求其靜態(tài)特性曲線應(yīng)對于理想測量系統(tǒng)，要求其靜態(tài)特性曲線應(yīng)該是線性的，在這種情況下，該是線性的，在這種情況下， ， 由此得到由此得到 。xay1 二、測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)二、測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo) 儀表的質(zhì)量，可以用它的技術(shù)性能指標(biāo)來衡儀表的質(zhì)量，可以用它的技術(shù)性能指標(biāo)來衡量，選擇和使用檢測儀表，也要用技術(shù)性能指標(biāo)量，選擇和使用檢測儀表，也要用技術(shù)性能指標(biāo)作依據(jù)，因此需要了解儀表的技術(shù)性能指標(biāo)。作依據(jù)，因此需要了解儀表的技術(shù)性能指標(biāo)。 1、量程、量程 測量系統(tǒng)所能給出的被測量

3、值的集合稱為測測量系統(tǒng)所能給出的被測量值的集合稱為測量范圍。量范圍。其能測量的最大輸入量和最小輸入量分其能測量的最大輸入量和最小輸入量分別稱為測量上限和測量下限。別稱為測量上限和測量下限。測量上限和測量下測量上限和測量下限代數(shù)差的模稱為測量系統(tǒng)的量程。限代數(shù)差的模稱為測量系統(tǒng)的量程。 2、儀表的基本誤差、儀表的基本誤差 儀表的基本誤差是指在規(guī)定的技術(shù)條件下儀表的基本誤差是指在規(guī)定的技術(shù)條件下（所有影響量在規(guī)定值范圍內(nèi)），儀表全量程指（所有影響量在規(guī)定值范圍內(nèi)），儀表全量程指示值中的最大引用相對誤差，即示值中的最大引用相對誤差，即%100maxAxj式中式中 Xmax 儀表全量程指示值中的最大絕

4、儀表全量程指示值中的最大絕對誤差值。對誤差值。 3、儀表的準(zhǔn)確度（精度）等級、儀表的準(zhǔn)確度（精度）等級 根據(jù)儀表設(shè)計(jì)和制造的需要，廠家對出廠的根據(jù)儀表設(shè)計(jì)和制造的需要，廠家對出廠的儀表規(guī)定了其基本誤差不得超過某一允許值，這儀表規(guī)定了其基本誤差不得超過某一允許值，這個(gè)規(guī)定的允許值稱為儀表的允許誤差。個(gè)規(guī)定的允許值稱為儀表的允許誤差。 儀表允許誤差的大小表明了保證該儀表的示儀表允許誤差的大小表明了保證該儀表的示值所能達(dá)到的精確程度。因此，值所能達(dá)到的精確程度。因此，一般儀表的精度一般儀表的精度等級就是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分等級就是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分的，即用儀表允許誤差去

5、掉百分號后的數(shù)字表示的，即用儀表允許誤差去掉百分號后的數(shù)字表示儀表的準(zhǔn)確度等級。儀表的準(zhǔn)確度等級。 例如，精度等級為例如，精度等級為0.5級的儀表，其允許誤差級的儀表，其允許誤差為為 0.5，即該儀表各點(diǎn)示值的絕對誤差均不，即該儀表各點(diǎn)示值的絕對誤差均不得超過儀表量程的得超過儀表量程的 0.5。 我國儀表工業(yè)目前采用的準(zhǔn)確度等級序列為：我國儀表工業(yè)目前采用的準(zhǔn)確度等級序列為：0.005、0.01、0.02、0.04、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0。 對確定了準(zhǔn)確度等級的儀表，測量值絕對誤對確定了準(zhǔn)確度等級的儀表，測量值絕對誤差最大值與該儀表量程有關(guān)，因

6、此儀表量程不能差最大值與該儀表量程有關(guān)，因此儀表量程不能選擇過大。選擇過大。 儀表的選用原則：儀表的選用原則： 假設(shè)儀表的精度等級為假設(shè)儀表的精度等級為s，儀表的量程為，儀表的量程為0 xn，測量點(diǎn)為，測量點(diǎn)為x，則儀表在，則儀表在x點(diǎn)鄰近處的示值誤差點(diǎn)鄰近處的示值誤差為：為：%sxn絕對誤差%sxxn相對誤差 一般一般x xn，因此，因此x越接近越接近xn，測量準(zhǔn)確度越高，測量準(zhǔn)確度越高，即被測量越靠近測量上限，測量相對誤差越小。即被測量越靠近測量上限，測量相對誤差越小。 因此，儀表量程不能選擇過大，為保證實(shí)際因此，儀表量程不能選擇過大，為保證實(shí)際測量的精確度及考慮到使用上的安全，一般檢測測

7、量的精確度及考慮到使用上的安全，一般檢測儀表的經(jīng)常工作點(diǎn)（測量示值）應(yīng)在儀表量程的儀表的經(jīng)常工作點(diǎn)（測量示值）應(yīng)在儀表量程的 2/33/4處，對壓力表應(yīng)有較大的安全系數(shù)，可處，對壓力表應(yīng)有較大的安全系數(shù)，可經(jīng)常工作在儀表量程的經(jīng)常工作在儀表量程的1/22/3處。處。 4、儀表的變差（遲滯誤差）、儀表的變差（遲滯誤差） 在規(guī)定的條件下，用同一儀表對被測量進(jìn)行在規(guī)定的條件下，用同一儀表對被測量進(jìn)行正、反行程的測量，即采用單方向逐漸增大和逐正、反行程的測量，即采用單方向逐漸增大和逐漸減小被測量的方法，使儀表從不同的方向反映漸減小被測量的方法，使儀表從不同的方向反映同一被測量的示值。同一被測量的示值。

8、對某一測量點(diǎn)所得到的正、反對某一測量點(diǎn)所得到的正、反行程兩次示值之差稱為該測量點(diǎn)上的遲滯差值。行程兩次示值之差稱為該測量點(diǎn)上的遲滯差值。 遲滯誤差用全量程中最大的遲滯差值遲滯誤差用全量程中最大的遲滯差值yHmax與滿量程輸出值之比的百分?jǐn)?shù)與滿量程輸出值之比的百分?jǐn)?shù)表示：表示：%100maxFSHHyyy 遲滯誤差是由于系統(tǒng)內(nèi)部部件存在著摩擦、遲滯誤差是由于系統(tǒng)內(nèi)部部件存在著摩擦、間隙等原因而造成死區(qū)所致。它是反映精密度的間隙等原因而造成死區(qū)所致。它是反映精密度的一個(gè)指標(biāo)。一個(gè)指標(biāo)。 5、儀表的靈敏度、儀表的靈敏度 儀表輸出信號的變化量儀表輸出信號的變化量y和引起這個(gè)輸出和引起這個(gè)輸出變化量的被

9、測量變化量變化量的被測量變化量x比值，稱為儀表的靈比值，稱為儀表的靈敏度，即敏度，即xyk 對于線性測量系統(tǒng)，其靈敏度為一常數(shù)；而對于線性測量系統(tǒng)，其靈敏度為一常數(shù)；而對非線性測量系統(tǒng)，靈敏度是隨輸入量的變化而對非線性測量系統(tǒng)，靈敏度是隨輸入量的變化而變化的。變化的。靈敏度特性靈敏度特性（a）線性測量系統(tǒng)）線性測量系統(tǒng) （b）非線性測量系統(tǒng)）非線性測量系統(tǒng) 儀表的靈敏度是表示儀表對被測量值反應(yīng)能儀表的靈敏度是表示儀表對被測量值反應(yīng)能力的指標(biāo)，儀表的靈敏度越高，其示值的位數(shù)越多，力的指標(biāo)，儀表的靈敏度越高，其示值的位數(shù)越多，能反應(yīng)的被測量值也越小。能反應(yīng)的被測量值也越小。 但是儀表的靈敏度應(yīng)與儀

10、表的允許誤差相適但是儀表的靈敏度應(yīng)與儀表的允許誤差相適應(yīng)，如果不適當(dāng)?shù)靥岣邇x表的靈敏度，反而可能導(dǎo)應(yīng)，如果不適當(dāng)?shù)靥岣邇x表的靈敏度，反而可能導(dǎo)致其精確度的下降。而且，把示值位數(shù)增多至小于致其精確度的下降。而且，把示值位數(shù)增多至小于儀表允許誤差的精確程度也是毫無意義的。儀表允許誤差的精確程度也是毫無意義的。 因此，通常規(guī)定儀表刻度標(biāo)尺上的分格值不因此，通常規(guī)定儀表刻度標(biāo)尺上的分格值不應(yīng)小于允許誤差的絕對值。應(yīng)小于允許誤差的絕對值。 6、儀表的靈敏限（分辨力）、儀表的靈敏限（分辨力） 儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力稱為儀表的儀表響應(yīng)輸入量微小變化的能力稱為儀表的分辨力。分辨力是指能引起儀表指示器發(fā)生

11、可見分辨力。分辨力是指能引起儀表指示器發(fā)生可見變化的被測量的最小變化量。變化的被測量的最小變化量。 儀表的分辨力不足將引起分辨誤差，即在被儀表的分辨力不足將引起分辨誤差，即在被測量變化到到某一數(shù)值時(shí)，儀表示值仍不變化，測量變化到到某一數(shù)值時(shí)，儀表示值仍不變化，這個(gè)不能引起輸出變化的的輸入信號的最大幅度，這個(gè)不能引起輸出變化的的輸入信號的最大幅度，稱為儀表的不靈敏區(qū)（或死區(qū)）。稱為儀表的不靈敏區(qū)（或死區(qū)）。 分辨力與靈敏度都與儀表的量程有關(guān)，并和分辨力與靈敏度都與儀表的量程有關(guān)，并和儀表的精度等級相適應(yīng)。儀表的精度等級相適應(yīng)。一般儀表的分辨力不大一般儀表的分辨力不大于儀表允許絕對誤差的二分之一。

12、于儀表允許絕對誤差的二分之一。 7、線性度、線性度 在理想情況下，測量系統(tǒng)的輸出與輸入之間在理想情況下，測量系統(tǒng)的輸出與輸入之間關(guān)系是一條直線，而實(shí)際是一條曲線。該曲線通關(guān)系是一條直線，而實(shí)際是一條曲線。該曲線通過靜態(tài)校準(zhǔn)獲得，故也稱為校準(zhǔn)曲線。過靜態(tài)校準(zhǔn)獲得，故也稱為校準(zhǔn)曲線。測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)的線性度就是衡量這條校準(zhǔn)曲線和理論直線不吻的線性度就是衡量這條校準(zhǔn)曲線和理論直線不吻合程度的，常以相對誤差形式表示。合程度的，常以相對誤差形式表示。 線性度用全量程范圍線性度用全量程范圍內(nèi)測量系統(tǒng)實(shí)際校準(zhǔn)曲線內(nèi)測量系統(tǒng)實(shí)際校準(zhǔn)曲線和線性理論曲線之間的最和線性理論曲線之間的最大偏差絕對值與該系統(tǒng)滿大偏差絕

13、對值與該系統(tǒng)滿量程輸出值之比值的百分量程輸出值之比值的百分?jǐn)?shù)來表征，為數(shù)來表征，為 %100maxFSyLLn儀表的線性示意圖儀表的線性示意圖（a）儀表輸入輸出實(shí)際特性）儀表輸入輸出實(shí)際特性曲線曲線 （b）理論特性曲線）理論特性曲線 8、重復(fù)性誤差、重復(fù)性誤差 在相同的測量條件下，對應(yīng)同一個(gè)輸入量進(jìn)在相同的測量條件下，對應(yīng)同一個(gè)輸入量進(jìn)行多次重復(fù)測量，其輸出量不一致，這種差值稱行多次重復(fù)測量，其輸出量不一致，這種差值稱為重復(fù)差值。為重復(fù)差值。 重復(fù)性誤差是在全部正、反行程中用全量程重復(fù)性誤差是在全部正、反行程中用全量程的最大重復(fù)差值與滿量程輸出值之比的百分?jǐn)?shù)表的最大重復(fù)差值與滿量程輸出值之比的

14、百分?jǐn)?shù)表示，即示，即%100maxFSRyyyR 重復(fù)性誤差的大小表示了測量值的離散程度，重復(fù)性誤差的大小表示了測量值的離散程度，它是衡量隨機(jī)誤差（精密度）的指標(biāo)，所以采用它是衡量隨機(jī)誤差（精密度）的指標(biāo)，所以采用標(biāo)準(zhǔn)誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差來代替來代替yRmax較合理。較合理。%100) 32(maxFSRyy 9、漂移、漂移 在一定的環(huán)境和工作條件下，測量系統(tǒng)的輸在一定的環(huán)境和工作條件下，測量系統(tǒng)的輸入量固定不變時(shí)，其輸出量卻發(fā)生變化，這種變?nèi)肓抗潭ú蛔儠r(shí)，其輸出量卻發(fā)生變化，這種變化稱為漂移。化稱為漂移。 漂移往往是由于測量系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化或零漂移往往是由于測量系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化或零（元）件性能不穩(wěn)定

15、而引起的。（元）件性能不穩(wěn)定而引起的。 漂移是衡量測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。漂移是衡量測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。第三章思考題第三章思考題1、測量系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)及各項(xiàng)指標(biāo)的含義是、測量系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)及各項(xiàng)指標(biāo)的含義是什么？什么？2、對一量程范圍為（、對一量程范圍為（0100）105Pa，精度等，精度等級為級為1.5級的壓力表進(jìn)行檢定，測得數(shù)據(jù)如下級的壓力表進(jìn)行檢定，測得數(shù)據(jù)如下（單（單位：位：105Pa）標(biāo)準(zhǔn)表：標(biāo)準(zhǔn)表： 0 20 40 60 80 100 被檢表：（正）被檢表：（正） 0.1 20.1 40.5 60.8 82 102被檢表被檢表：（反）：（反） 0.1 19.6 39

16、.8 60 81 101試計(jì)算被檢表的變差并判斷該表是否合格試計(jì)算被檢表的變差并判斷該表是否合格?3、根據(jù)、根據(jù)GB504232002通風(fēng)與空調(diào)工程施工通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范及驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定風(fēng)管系統(tǒng)的工作壓力大于中規(guī)定風(fēng)管系統(tǒng)的工作壓力大于500Pa且小于且小于1500Pa時(shí)為中壓系統(tǒng)?，F(xiàn)有一中壓時(shí)為中壓系統(tǒng)。現(xiàn)有一中壓（1200Pa）風(fēng)管系統(tǒng)，為了監(jiān)控此系統(tǒng)工作壓力）風(fēng)管系統(tǒng)，為了監(jiān)控此系統(tǒng)工作壓力的情況，需要配置測壓儀表，要求測量的絕對誤的情況，需要配置測壓儀表，要求測量的絕對誤差為差為10Pa，根據(jù)你所學(xué)的知識按測量要求選擇，根據(jù)你所學(xué)的知識按測量要求選擇最合適的儀表。最合適的儀表。 4、0.1級級10A電流表經(jīng)過檢定后，最大示值誤差在電流表經(jīng)過檢定后，最大示值誤差在3A處為處為3mA，問此表是否合格？，問此表是否合格？5、1.0級的儀表就是保證測量范圍內(nèi)的示值誤差級的儀表就是保證測量范圍內(nèi)的示值誤差不超過示值的不超過示值的1，這種說法對嗎？為什么？，這種說法對嗎？為什么？ 6、某管道內(nèi)蒸汽溫度為、某管道內(nèi)蒸汽溫度為500，測量儀表顯示值，測量儀表顯示值為為502 ，該溫度計(jì)為，該溫度計(jì)為1.0級，測量范圍是級，測量范圍是0600 ，試計(jì)算該儀表的示值絕對誤差和