第一章基本知识. - 非电量电测技术的基本知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 非电量电测技术的基本知识,1,1-1测量的概念及其测量方法,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。,实验方法,信息收集,示差、平衡,非电量,电量,比较：,被测量,同性质的标准量,一、测量的概念和定义,专门设备,取得数量,读数,一切测量过程包括：,比较,、,示差,、,平衡,和,读数,，核心是,比较,。,结论,传感器,：,2,测试结果：, ,被测量数值(大小及符号) 单位,直接测量:,二、测量方法,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。,被测量,简单测量,已知数据,3,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。,例如：,被测量,扭矩,轴转速,一般：,被测量,二个或二个以上的简单测量,确定的函数关系,4,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。,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 ：指针式仪表,例：用电位差计测量电压等。,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。,偏差法、零位法、微差法,例：用不平衡电桥测量电阻。,5,1-2测量误差及其分类,一、误差分类,(一)按误差的表示方法：,1.绝对误差：,测量值（示值）,真值，约定真值,修正值：,6,2.相对误差：,(1)实际相对误差,(2)示值相对误差,仪器示值,(3)满度相对误差（引用误差）,仪器的满度值,被测量的实际值,7,1.系统误差 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,2.随机误差 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,(二)按误差的性质,8,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：,9,(三)按误差与被测量的关系,2.积累误差(倍率误差),式中,为比例系数,y,x,定值误差,1.定值误差(零位误差)(附加误差)o,10,(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。,11,1-3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。,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,12,一、线性度(非线性误差),端基线性度,平均选点法线性度,最小二乘法线性度,13,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,”。,实际曲线与端点直线的最大误差就是“,端基线性度,”。,14,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。,15,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平方和最小。即：,16,二、灵敏度(传递系数),三、分辨率与分辨力,17,四、迟滞（滞环）,18,五、重复性,19,1-4测量系统的静态误差,一.串联开环系统,K1,K2,Kn,系统静态特性：,系统灵敏度：,20,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：y,1, y,2,， y,n,则：,第1个环节的误差对系统的产生的误差,第1个环节的误差,代入上式：,21,同理：,22,系统总误差：,（121）,23,每个环节误差对总误差的影响（相对误差）：,系统总相对误差：,假定每个环节的相对误差为：,前已导出：,24,每个环节误差对总误差的影响（相对误差）：,同理：,意义：,每个环节的相对误差对系统总的相对误差的影响等于该环节的相对误差的本身。,系统总相对误差：,25,二反馈系统（闭环系统）,前向通道：,反馈通道,：,则反馈系统传递系数,：,前向通道,反馈通道,26,设闭环系统：,反馈系统的传递函数,27,反馈系统的传递函数,证明：,对正向通道：,对反向通道：,另外：,28,反馈系统的误差（绝对误差） ：,正向通道各个环节误差 对输出端的影响：,反向通道各个环节误差 对输出端的影响：,正向通道产生的误差又作为反馈系统的输入信号而对输出端产生的影响：,反馈系统的输出：,（由串联系统推导得）,前向通道中第I+1个环节的传递系数,第I+1个反馈环节的传递系数,29,反馈系统的误差（绝对误差）：,（130）,前向通道各个环节的误差在输出端引起的误差,反馈系统的误差在输出端引起的误差,30,反馈系统的误差(相对误差）：,假定反馈环节为线性的，即：,则：,式中,为系统总相对误差,为前向环节总相对误差,为反馈环节总相对误差,（131）,31,反馈系统的误差(相对误差）：,讨论,1、引入负反馈环节，即能减小误差的影响；,2、设法增加正向环节的传递函数KI，即：,系统的误差仅由反馈通道的基本误差决定；,3、反馈系统比开环系统的精度高，但是传递系数较小；,4、对前向通道KI只要求足够大，稳定性要求可以放宽。；,32,1-5 测量系统的动态特性,动态特性：,就是指测量系统对随时间 而变化的输入量,的响应特性。,一、线性系统的一般数学模型,x(t)_输入信号；,y(t)_输出信号;,ai，bi_由传感器某些物理参数定。,33,对于传感器而言，一般：,常见的传感器，其物理模型通常可以简化为：,零阶模型：,一阶模型：,二阶模型：,34,2、传递函数,二、传递函数,1、拉普拉兹变换：,35,三、正弦输入时的频率响应,（一）零阶系统,传递函数：,（二）一阶系统,则：,传递函数：,常系数线性微分方程：,36,频率响应：,幅频特性,和,相频特性,在稳定状态下，输入和输出的幅值比B/A和相位角随频率的变化的波形，分别称为：,幅频特性：,相频特性：,37,m,F(t),阻尼系数c,弹簧刚度k,位移y(t),作用力F(t),（三）二阶系统,引入：,阻尼比系数；,固有频率；,静态灵敏度；,38,拉斯变换：,则：,传递函数：,频率特性：,39,幅频特性：,相频特性：,40,讨论,近似于零阶系统；,41,四、阶跃输入时的响应,（一）一阶系统的阶跃响应,0,1,一阶系统的传递函数：,解方程：,42,反变换：,1,讨论,1、响应曲线随着时间的增加而趋于K；,2、,当,；,3、系统时间常数越小，相应越快。,43,（二）二阶系统的阶跃响应,已知：二阶系统的传递函数：,特征方程：,根：,44,(1),方程的解：（152）,（2）,方程的解（151）,（3）,方程的解（149）,当 （无阻尼）,方程的解（150）,45,讨论,1、当 ，,一般，应取,4、上升时间ts。指输出量y从开始变化到最终值的规定范围内所需要的时间。,46,