测量系统基本特性

1、 第一节第一节 测量系统静态特性测量系统静态特性 第二节第二节 测量系统动态特性测量系统动态特性 第三节第三节 测量系统的校准测量系统的校准第三章思考题第三章思考题 第三章第三章 测量系统基本特性测量系统基本特性第一节第一节 测量系统静态特性测量系统静态特性 一、测量系统基本静态特性一、测量系统基本静态特性 一般情况下，测量系统的基本静态特性可以一般情况下，测量系统的基本静态特性可以用下述的代数方程来描述：用下述的代数方程来描述： niniinxaaaaxaayxx1202100a1a式中：式中：y为输出量；为输出量；x为系统输入量；为系统输入量； 为零位输为零位输出；出； 为系统灵敏度；为系

2、统灵敏度； 为非线性项的待定为非线性项的待定系数，系数，i=1,2, n。naa,2020naaa 对于理想测量系统，要求其静态特性曲线应对于理想测量系统，要求其静态特性曲线应该是线性的，在这种情况下，该是线性的，在这种情况下， ， 由此得到由此得到 。xay1 二、测量系统的静态性能指标二、测量系统的静态性能指标 仪表的质量，可以用它的技术性能指标来衡仪表的质量，可以用它的技术性能指标来衡量，选择和使用检测仪表，也要用技术性能指标量，选择和使用检测仪表，也要用技术性能指标作依据，因此需要了解仪表的技术性能指标。作依据，因此需要了解仪表的技术性能指标。 1、量程、量程 测量系统所能给出的被测量

3、值的集合称为测测量系统所能给出的被测量值的集合称为测量范围。量范围。其能测量的最大输入量和最小输入量分其能测量的最大输入量和最小输入量分别称为测量上限和测量下限。别称为测量上限和测量下限。测量上限和测量下测量上限和测量下限代数差的模称为测量系统的量程。限代数差的模称为测量系统的量程。 2、仪表的基本误差、仪表的基本误差 仪表的基本误差是指在规定的技术条件下仪表的基本误差是指在规定的技术条件下（所有影响量在规定值范围内），仪表全量程指（所有影响量在规定值范围内），仪表全量程指示值中的最大引用相对误差，即示值中的最大引用相对误差，即%100maxAxj式中式中 Xmax 仪表全量程指示值中的最大绝

4、仪表全量程指示值中的最大绝对误差值。对误差值。 3、仪表的准确度（精度）等级、仪表的准确度（精度）等级 根据仪表设计和制造的需要，厂家对出厂的根据仪表设计和制造的需要，厂家对出厂的仪表规定了其基本误差不得超过某一允许值，这仪表规定了其基本误差不得超过某一允许值，这个规定的允许值称为仪表的允许误差。个规定的允许值称为仪表的允许误差。 仪表允许误差的大小表明了保证该仪表的示仪表允许误差的大小表明了保证该仪表的示值所能达到的精确程度。因此，值所能达到的精确程度。因此，一般仪表的精度一般仪表的精度等级就是按国家统一规定的允许误差大小来划分等级就是按国家统一规定的允许误差大小来划分的，即用仪表允许误差去

5、掉百分号后的数字表示的，即用仪表允许误差去掉百分号后的数字表示仪表的准确度等级。仪表的准确度等级。 例如，精度等级为例如，精度等级为0.5级的仪表，其允许误差级的仪表，其允许误差为为 0.5，即该仪表各点示值的绝对误差均不，即该仪表各点示值的绝对误差均不得超过仪表量程的得超过仪表量程的 0.5。 我国仪表工业目前采用的准确度等级序列为：我国仪表工业目前采用的准确度等级序列为：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。 对确定了准确度等级的仪表，测量值绝对误对确定了准确度等级的仪表，测量值绝对误差最大值与该仪表量程有关，因

6、此仪表量程不能差最大值与该仪表量程有关，因此仪表量程不能选择过大。选择过大。 仪表的选用原则：仪表的选用原则： 假设仪表的精度等级为假设仪表的精度等级为s，仪表的量程为，仪表的量程为0 xn，测量点为，测量点为x，则仪表在，则仪表在x点邻近处的示值误差点邻近处的示值误差为：为：%sxn绝对误差%sxxn相对误差 一般一般x xn，因此，因此x越接近越接近xn，测量准确度越高，测量准确度越高，即被测量越靠近测量上限，测量相对误差越小。即被测量越靠近测量上限，测量相对误差越小。 因此，仪表量程不能选择过大，为保证实际因此，仪表量程不能选择过大，为保证实际测量的精确度及考虑到使用上的安全，一般检测测

7、量的精确度及考虑到使用上的安全，一般检测仪表的经常工作点（测量示值）应在仪表量程的仪表的经常工作点（测量示值）应在仪表量程的 2/33/4处，对压力表应有较大的安全系数，可处，对压力表应有较大的安全系数，可经常工作在仪表量程的经常工作在仪表量程的1/22/3处。处。 4、仪表的变差（迟滞误差）、仪表的变差（迟滞误差） 在规定的条件下，用同一仪表对被测量进行在规定的条件下，用同一仪表对被测量进行正、反行程的测量，即采用单方向逐渐增大和逐正、反行程的测量，即采用单方向逐渐增大和逐渐减小被测量的方法，使仪表从不同的方向反映渐减小被测量的方法，使仪表从不同的方向反映同一被测量的示值。同一被测量的示值。

8、对某一测量点所得到的正、反对某一测量点所得到的正、反行程两次示值之差称为该测量点上的迟滞差值。行程两次示值之差称为该测量点上的迟滞差值。 迟滞误差用全量程中最大的迟滞差值迟滞误差用全量程中最大的迟滞差值yHmax与满量程输出值之比的百分数与满量程输出值之比的百分数表示：表示：%100maxFSHHyyy 迟滞误差是由于系统内部部件存在着摩擦、迟滞误差是由于系统内部部件存在着摩擦、间隙等原因而造成死区所致。它是反映精密度的间隙等原因而造成死区所致。它是反映精密度的一个指标。一个指标。 5、仪表的灵敏度、仪表的灵敏度 仪表输出信号的变化量仪表输出信号的变化量y和引起这个输出和引起这个输出变化量的被

9、测量变化量变化量的被测量变化量x比值，称为仪表的灵比值，称为仪表的灵敏度，即敏度，即xyk 对于线性测量系统，其灵敏度为一常数；而对于线性测量系统，其灵敏度为一常数；而对非线性测量系统，灵敏度是随输入量的变化而对非线性测量系统，灵敏度是随输入量的变化而变化的。变化的。灵敏度特性灵敏度特性（a）线性测量系统）线性测量系统 （b）非线性测量系统）非线性测量系统 仪表的灵敏度是表示仪表对被测量值反应能仪表的灵敏度是表示仪表对被测量值反应能力的指标，仪表的灵敏度越高，其示值的位数越多，力的指标，仪表的灵敏度越高，其示值的位数越多，能反应的被测量值也越小。能反应的被测量值也越小。 但是仪表的灵敏度应与仪

10、表的允许误差相适但是仪表的灵敏度应与仪表的允许误差相适应，如果不适当地提高仪表的灵敏度，反而可能导应，如果不适当地提高仪表的灵敏度，反而可能导致其精确度的下降。而且，把示值位数增多至小于致其精确度的下降。而且，把示值位数增多至小于仪表允许误差的精确程度也是毫无意义的。仪表允许误差的精确程度也是毫无意义的。 因此，通常规定仪表刻度标尺上的分格值不因此，通常规定仪表刻度标尺上的分格值不应小于允许误差的绝对值。应小于允许误差的绝对值。 6、仪表的灵敏限（分辨力）、仪表的灵敏限（分辨力） 仪表响应输入量微小变化的能力称为仪表的仪表响应输入量微小变化的能力称为仪表的分辨力。分辨力是指能引起仪表指示器发生

11、可见分辨力。分辨力是指能引起仪表指示器发生可见变化的被测量的最小变化量。变化的被测量的最小变化量。 仪表的分辨力不足将引起分辨误差，即在被仪表的分辨力不足将引起分辨误差，即在被测量变化到到某一数值时，仪表示值仍不变化，测量变化到到某一数值时，仪表示值仍不变化，这个不能引起输出变化的的输入信号的最大幅度，这个不能引起输出变化的的输入信号的最大幅度，称为仪表的不灵敏区（或死区）。称为仪表的不灵敏区（或死区）。 分辨力与灵敏度都与仪表的量程有关，并和分辨力与灵敏度都与仪表的量程有关，并和仪表的精度等级相适应。仪表的精度等级相适应。一般仪表的分辨力不大一般仪表的分辨力不大于仪表允许绝对误差的二分之一。

12、于仪表允许绝对误差的二分之一。 7、线性度、线性度 在理想情况下，测量系统的输出与输入之间在理想情况下，测量系统的输出与输入之间关系是一条直线，而实际是一条曲线。该曲线通关系是一条直线，而实际是一条曲线。该曲线通过静态校准获得，故也称为校准曲线。过静态校准获得，故也称为校准曲线。测量系统测量系统的线性度就是衡量这条校准曲线和理论直线不吻的线性度就是衡量这条校准曲线和理论直线不吻合程度的，常以相对误差形式表示。合程度的，常以相对误差形式表示。 线性度用全量程范围线性度用全量程范围内测量系统实际校准曲线内测量系统实际校准曲线和线性理论曲线之间的最和线性理论曲线之间的最大偏差绝对值与该系统满大偏差绝

13、对值与该系统满量程输出值之比值的百分量程输出值之比值的百分数来表征，为数来表征，为 %100maxFSyLLn仪表的线性示意图仪表的线性示意图（a）仪表输入输出实际特性）仪表输入输出实际特性曲线曲线 （b）理论特性曲线）理论特性曲线 8、重复性误差、重复性误差 在相同的测量条件下，对应同一个输入量进在相同的测量条件下，对应同一个输入量进行多次重复测量，其输出量不一致，这种差值称行多次重复测量，其输出量不一致，这种差值称为重复差值。为重复差值。 重复性误差是在全部正、反行程中用全量程重复性误差是在全部正、反行程中用全量程的最大重复差值与满量程输出值之比的百分数表的最大重复差值与满量程输出值之比的

14、百分数表示，即示，即%100maxFSRyyyR 重复性误差的大小表示了测量值的离散程度，重复性误差的大小表示了测量值的离散程度，它是衡量随机误差（精密度）的指标，所以采用它是衡量随机误差（精密度）的指标，所以采用标准误差标准误差来代替来代替yRmax较合理。较合理。%100) 32(maxFSRyy 9、漂移、漂移 在一定的环境和工作条件下，测量系统的输在一定的环境和工作条件下，测量系统的输入量固定不变时，其输出量却发生变化，这种变入量固定不变时，其输出量却发生变化，这种变化称为漂移。化称为漂移。 漂移往往是由于测量系统内部温度变化或零漂移往往是由于测量系统内部温度变化或零（元）件性能不稳定

15、而引起的。（元）件性能不稳定而引起的。 漂移是衡量测量系统稳定性的重要指标。漂移是衡量测量系统稳定性的重要指标。第三章思考题第三章思考题1、测量系统的主要性能指标及各项指标的含义是、测量系统的主要性能指标及各项指标的含义是什么？什么？2、对一量程范围为（、对一量程范围为（0100）105Pa，精度等，精度等级为级为1.5级的压力表进行检定，测得数据如下级的压力表进行检定，测得数据如下（单（单位：位：105Pa）标准表：标准表： 0 20 40 60 80 100 被检表：（正）被检表：（正） 0.1 20.1 40.5 60.8 82 102被检表被检表：（反）：（反） 0.1 19.6 39

16、.8 60 81 101试计算被检表的变差并判断该表是否合格试计算被检表的变差并判断该表是否合格?3、根据、根据GB504232002通风与空调工程施工通风与空调工程施工及验收规范及验收规范中规定风管系统的工作压力大于中规定风管系统的工作压力大于500Pa且小于且小于1500Pa时为中压系统。现有一中压时为中压系统。现有一中压（1200Pa）风管系统，为了监控此系统工作压力）风管系统，为了监控此系统工作压力的情况，需要配置测压仪表，要求测量的绝对误的情况，需要配置测压仪表，要求测量的绝对误差为差为10Pa，根据你所学的知识按测量要求选择，根据你所学的知识按测量要求选择最合适的仪表。最合适的仪表。 4、0.1级级10A电流表经过检定后，最大示值误差在电流表经过检定后，最大示值误差在3A处为处为3mA，问此表是否合格？，问此表是否合格？5、1.0级的仪表就是保证测量范围内的示值误差级的仪表就是保证测量范围内的示值误差不超过示值的不超过示值的1，这种说法对吗？为什么？，这种说法对吗？为什么？ 6、某管道内蒸汽温度为、某管道内蒸汽温度为500，测量仪表显示值，测量仪表显示值为为502 ，该温度计为，该温度计为1.0级，测量范围是级，测量范围是0600 ，试计算该仪表的示值绝对误差和