电子测量第2章测量方法与测量系统汇编

1、第2章 测量(cling)方法与测量(cling)系统2. 1 电子测量的对象信号(xnho)与系统2. 2 静态、稳态和动态测量23 测量系统的静态特性2. 4 测量系统的动态特性 共二十六页2.1.1 信号(xnho)的特性1.信号的时间特性 时间特性：反映在信号随时间变化的波形上，包括信号出现时间的先后、持续时间的长短、重复周期的大小、随时间变化速率的快慢、幅度的大小等等。2.频率特性 频率特性：一个复杂信号可以分解成许多不同频率的正弦分量，将各个(gg)正弦分量的幅度和相位分别按频率高低依次排列就成为频谱。3.信号的空间分布结构 许多信号，既具有时间特性、也还具有空间特性例如描述大气压

2、随海拔高度变化的信号，其自变量表示海拔高度；描述飞机机翼上应变分布的信号，其自变量表示结构尺寸；2.1 电子测量的对象信号与系统 共二十六页2.1.2 系统(xtng)的基本概念 信号的产生、传输、处理(chl)、存储和再现都需要一定的物理装置，这种装置通常就称为系统。从一般意义讲，系统是由若干相互依赖、相互作用的事物组合而成的具有特定功能的整体。1.系统的外部特性即系统的输入与输出之间的关系或系统的功能。共二十六页2.1.2 系统(xtng)的基本概念（续）2.系统的内部结构测量系统的外部特性是由其内部参数也即系统本身的固有属性决定。系统模型指系统物理特性的数学抽象，即以数学表达式或具有理想

3、特性的符号组合图形(txng)来表征系统的输入-输出特性 共二十六页2.2 静态、稳态和动态(dngti)测量1.静态测量与动态(dngti)测量的基本概念静态测量：对不随时间变化的（静止的）物理量进行的测量动态测量：对随时间不断变化的物理量进行的测量。在电子测量中常见的动态信号有两种：幅值随时间变化的信号：指非周期性信号、幅值瞬变或跃变信号 ； 频率随时间变化的信号： 指正弦波扫频信号或频率瞬变的周期性信号 。 共二十六页2.2 静态(jngti)、稳态和动态测量（续）2.静态、稳态和动态测量的基本方法静态（直流）测试技术测量原理、方法、手段最简单，测量过程不受时间限制，测量系统的输出与输入

4、二者之间有着简单的一一对应的关系和理想的特性，而测量精度也最高。稳态（交流）测试技术：正弦测试技术 用幅值随时间按正弦规律变化的电信号（最简单的周期性信号）作被测系统的激励，然后观测在此激励下的输出响应，以频率(pnl)为变量对被测线性系统进行测量。正弦测试技术可以测线性系统的稳态参数，线性系统的稳态参量是指系统的阻抗、增益或损耗、相移、群延迟和非线性失真度，以及这些参量随频率变化的情况 共二十六页2.2 静态(jngti)、稳态和动态测量动态（脉冲）测试技术，自然界存在大量瞬变冲激(chn j)的物理现象，如力学中的爆炸、冲击、碰撞等，电学中的放电、闪电、雷击等，对这类随时间瞬变对象进行测量

5、，称为动态测量和瞬态测量。 瞬态测试技术有两种方式：一种是测量有源量（信号参量），测量幅值随时间呈非周期形变化（突变、瞬变）的电信号；另一种是测量无源量（系统或元器件参量），是以最典型的脉冲或阶跃信号作被测系统的激励，观察系统的输出响应（随时间的变化关系），即研究被测系统的瞬态特性。 共二十六页2.3 测试系统的静态(jngti)特性2.3.1 测试系统的静态特性和动态特性概述 测量系统的基本特性可由其输入、输出的关系来表征，它是测量系统所呈现出的外部特性，并由其内部参数也即系统本身的固有属性所决定。 测量系统的基本特性可分为两类：一类被测量是静止不变或变化极缓慢的情况(qngkung)，此时

6、工作在静止状态下的测量系统，其输入与输出量间的函数关系，称为测量系统的静态特性；另一类是被测量不断变化的情况，此时，工作在动态下的测量系统其输入量与输出量间的函数关系称为测量系统的动态特性。 共二十六页2.3.2 测量(cling)系统的静态特性指标1.静态(jngti)特性的数学模型非线性时：获得静态特性的方法： 对一个测量系统进行标定或定期进行校准。 非线性共二十六页2.3.2 测量系统的静态(jngti)特性指标（续）2.静态特性的基本参数（1）零位（零点）当输入量为零x=0时，测量 系统的输出量不为零的数值(shz)零位值为 零位值应设法从测量结果中消除。例如可以通过测量系统的调零机构

7、或者由软件扣除。共二十六页2.3.2 测量系统的静态特性(txng)指标（续）（2）灵敏度是描述测量系统对输入量变化反应的能力。灵敏度：当静态特性(txng)为一直线时，直线的斜率即为灵敏度，且为一常数 共二十六页2.3.2 测量系统(xtng)的静态特性指标（续）多级测量系统的灵敏度若测量系统是由灵敏度分别为S1，S2，S3等多个相互独立(dl)的环节组成时，测量系统的总灵敏度S为共二十六页2.3.2 测量系统的静态特性(txng)指标（续）（3）分辨力又称灵敏度阈，它表征测量系统有效辨别输入量的最小变化量的能力。对模拟式测量系统，其分辨力一般为最小分度值的1/21/5。对具有数字显示器的测

8、量系统，其分辨力是当最小有效数字增加一个字时相应示值的改变量，也即相当于一个分度值。对于一般测量仪表(ybio)的要求是：灵敏度应该大而分辨力应该小. 共二十六页2.3.2 测量系统的静态特性(txng)指标（续）（4）测量范围、量程测量(cling)范围测量(cling)系统所能测量(cling)到的最小被测量(cling)（输入量）与最大被测量(cling)（输入量）之间的范围。量程测量系统在某一测量设置下，能测到的被测量的上限值与下限值之差的模即称为量程。例如一温度测量系统的测量范围是60+1200C，那么它的量程为1800C 共二十六页2.3.2 测量(cling)系统的静态特性指标（

9、续）3.静态特性的质量指标（1）迟滞亦称“滞后”或“回差”，表征测量系统(xtng)在全量程范围内，输入量由小到大（正行程）或由大小到（反行程）两者静态特性不一致的程度。共二十六页2.3.2 测量(cling)系统的静态特性指标（续）（2）重复性表征测量系统输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，静态(jngti)特性不一致的程度重复性是指标定值的分散性，是一种随机误差，可以根据标准偏差来计算 S子样标准偏差； K置信因子。共二十六页2.3.2 测量系统的静态特性(txng)指标（续）（3）线性度测量系统的输出输入关系应当具有直线(zhxin)特性，线性度（又称非线性误差）说明输出量与输入量的

10、实际关系曲线偏离其拟合直线的程度选定的拟合直线不同，计算所得的线性度数值也就不同 共二十六页2.3.2 测量系统的静态特性(txng)指标（续）（4）精确度 测量系统的精确度，俗称精度，衡量测量结果偏离被测量真值多少的指标。（5）可靠性平均无故障时间MTBF在标准工作条件下不间断地工作，直到发生故障而失去工作能力的时间称作为无故障时间。可信任概率P表示仪表误差在给定(i dn)时间内仍然保持在技术条件规定限度以内的概率。故障率或失效率平均无故障时间MTBFF的倒数。有效度或可用度 共二十六页2.3.2 测量系统的静态(jngti)特性指标（续）（6）稳定性和影响系数稳定性稳定性是指在规定工作条

11、件范围之内，在规定时间(shjin)内系统或仪器性能保持不变的能力。影响系数指示值变化与影响量变化量的比值一般仪器都有给定的标准工作条件，例如环境温度20oC、相对湿度60%、大气压力10133kPa、电源电压220V等。又规定一个标准工作条件的允许变化范围：环境温度(202)oC、相对湿度6015、电源电压(2205)V等。如电源电压变化10引起示值变化1(相对误差)； 温度变化1oC引起示值变化3.110-3(引用误差)共二十六页2.3.2 测量系统的静态特性(txng)指标（续）(7)输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻值对于组成(z chn)测量系统的各环节而言甚为重要。前一环节的输出

12、电阻R01相当于后面环节的信号源内阻，所以输出电阻理想值应为零。后一环节的输入电阻Ri2相当于前面环节的负载；输入电阻理想值为无穷大。共二十六页2.4 测量系统的动态特性(txng)2.4.1 测试系统动态特性的描述数学模型测量(cling)系统的特性用数学模型来描述，主要有三种形式： 时域中的微分方程； 复频域中的传递函数； 频域中的频率特性。1.微分方程共二十六页2.4.1 测试系统动态特性(txng)的描述数学模型（续）2.传递函数传递函数其表达式为在初始条件为零时，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。3.频率响应函数(hnsh) 对于稳定的常系数线性系统，可用傅里叶变换代替拉氏

13、变换共二十六页2.4.1 测试(csh)系统动态特性的描述数学模型（续）（1）幅频特性和相频特性幅频特性当输入正弦信号的频率改变(gibin)时，输出、输入正弦信号的振幅之比随频率的变化相频特性输出、输入正弦信号的相位差随频率的变化共二十六页测试(csh)系统的动态数学模型和动态特性（续）常见测量(cling)系统的数学模型幅频特性：相频特性： 时间常数共二十六页测试系统(xtng)的动态数学模型和动态特性（续）一阶系统(xtng)的阶跃响应特性与特性参数 当系统输入阶跃信号x(t)时,响应为y(t) 0.95A共二十六页内容摘要第2章 测量方法与测量系统。稳态（交流）测试技术：正弦测试技术。一种是测量有源量（信号参量），测量幅值随时间呈非周期形变化（突变、瞬变）的电信号。（1）零位（零点）。当静态特性为一直线时，直线的斜率即为灵