測(cè)量的基本概念課件

1、測(cè)量的基本概念PPT課件第1章 測(cè)量的基本概念測(cè)量的基本概念PPT課件第1章 測(cè)量的基本概念1.1 測(cè)量的概念和定義1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性1.4 測(cè)量方法測(cè)量的基本概念PPT課件1.1 測(cè)量的概念和定義 在自然界中，對(duì)任何不同的研究對(duì)象，如要從數(shù)量方面對(duì)它進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，都是通過(guò)測(cè)量代表其特性的物理量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1.1.1 測(cè)量的基本方程測(cè)量的基本方程 測(cè)量是以同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量（也稱為單位量）與被測(cè)量比較，并確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。 設(shè)被測(cè)量為 ，單位量為 ，測(cè)量結(jié)果的數(shù)值 為： 換算因數(shù)： 例如：1安培1000毫安，1000就是換算因數(shù)。0 xxxA

2、 0 xxxA測(cè)量的基本概念PPT課件1.1 測(cè)量的概念和定義 1.1.2 單位制和單位單位制和單位 為了對(duì)同一被測(cè)量在不同的時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，能得到相同的結(jié)果，必須采用公認(rèn)的而且固定不變的單位。為了有利于各國(guó)之間的科學(xué)文化交流，測(cè)量單位的確定和統(tǒng)一是非常重要的。 單位制的種類很多，由于國(guó)際單位制（代號(hào)SI）具有嚴(yán)格的統(tǒng)一性、突出的簡(jiǎn)明性與廣泛的實(shí)用性，是生產(chǎn)、科研、文教、貿(mào)易和人民生活中廣泛應(yīng)用的統(tǒng)一單位。我國(guó)采用國(guó)際單位制及其單位。測(cè)量的基本概念PPT課件1.1 測(cè)量的概念和定義 1.1.3 測(cè)量?jī)x表的基本功能測(cè)量?jī)x表的基本功能 測(cè)量過(guò)程實(shí)際上是能量的變換、傳遞、比較和顯示的過(guò)程。 測(cè)量

3、儀表應(yīng)具有變換、選擇、比較和顯示四種功能。 變換功能變換功能變換是指把被測(cè)量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)變成便于傳輸或處理的另一種物理量的過(guò)程。 選擇功能選擇功能 測(cè)量?jī)x表應(yīng)具有選擇有用信號(hào)，抑制其它一切無(wú)用信號(hào)的功能。 比較功能比較功能 要確定被測(cè)量 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量 的倍數(shù) ，比較功能是必不可少的。 顯示功能顯示功能 顯示功能是測(cè)量?jī)x表的基本功能之一。測(cè)量的基本概念PPT課件1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能1.2.1 儀表的基本性能儀表的基本性能 評(píng)價(jià)儀表的品質(zhì)指標(biāo)是多方面的，作為儀表的基本性能，主要是衡量?jī)x表測(cè)量能力的那些指標(biāo)，如精確度、穩(wěn)定性、測(cè)量范圍、輸入輸出特性等。1.2.1.1 精確度精確度 說(shuō)明

4、精確度的指標(biāo)有三個(gè)：精密度、準(zhǔn)確度和精確度。 精密度精密度 精密度表示儀表指示值的分散程度。 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度是指儀表的指示值（簡(jiǎn)稱示值）偏離被測(cè)量真正值的程度。 精確度（簡(jiǎn)稱精度）精確度（簡(jiǎn)稱精度） 精確度是精密度和準(zhǔn)確度的綜合反映。測(cè)量的基本概念PPT課件1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能1.2.1.2穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定度穩(wěn)定度 穩(wěn)定度是由于儀表內(nèi)部某些隨機(jī)變化的因素引起的。例如儀表內(nèi)部某些因素作周期性變化、飄移或機(jī)械部分的摩擦力變化等引起儀表的示值變化。通常它以精密度的數(shù)值和時(shí)間長(zhǎng)短一起來(lái)表示。 環(huán)境影響環(huán)境影響 使用儀表時(shí)的周圍環(huán)境（如室溫、濕度、大氣壓、震動(dòng)等）條件變化引起儀表示

5、值變化，以及電源電壓、波形、頻率等工作條件變化引起儀表示值變化，統(tǒng)稱為環(huán)境影響，用影響系數(shù)表示。 測(cè)量的基本概念PPT課件1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能 1.2.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu) 測(cè)量?jī)x表（測(cè)量系統(tǒng)、傳感器等）由若干環(huán)節(jié)組成。根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)（或變換元件）的聯(lián)接方式不同，儀表就有不同的組成結(jié)構(gòu)。 1.2.2.1 直接變換型結(jié)構(gòu)直接變換型結(jié)構(gòu) 1.2.2.2 平衡變換型結(jié)構(gòu)平衡變換型結(jié)構(gòu) 1.2.2.3 差動(dòng)變換型結(jié)構(gòu)差動(dòng)變換型結(jié)構(gòu)測(cè)量的基本概念PPT課件1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能 1.2.2.1 直接變換型結(jié)構(gòu)直接變換型結(jié)構(gòu) 直接變換型儀表由幾個(gè)組成環(huán)節(jié)串聯(lián)連接而成，信

6、息的變換只沿一個(gè)方向進(jìn)行，是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，見(jiàn)圖。 設(shè)各組成環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)為 ，整個(gè)系統(tǒng)的傳遞系數(shù) 為： nkkk,21kinikk1圖1-2 直接變換型結(jié)構(gòu)測(cè)量的基本概念PPT課件1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能 1.2.2.2 平衡變換型結(jié)構(gòu)平衡變換型結(jié)構(gòu) 平衡變換型結(jié)構(gòu)有兩個(gè)變換回路，見(jiàn)圖。 由圖可見(jiàn)，平衡變換型結(jié)構(gòu)的儀表形成一個(gè)深度負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。a)平衡變換型結(jié)構(gòu) b)等效簡(jiǎn)化電路圖1-3 平衡變換型結(jié)構(gòu)測(cè)量的基本概念PPT課件1.2 測(cè)量?jī)x表的結(jié)構(gòu)及其基本性能 1.2.2.3 差動(dòng)變換型結(jié)構(gòu)差動(dòng)變換型結(jié)構(gòu) 差動(dòng)變換型結(jié)構(gòu)由 、 和 三個(gè)回路組成，見(jiàn)圖1-4。 差動(dòng)變換型儀表的靈敏

7、度較高。圖1-4 差動(dòng)變換型結(jié)構(gòu)1k2k3k測(cè)量的基本概念PPT課件1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性1.3.1 靜態(tài)特性及其性能指標(biāo)靜態(tài)特性及其性能指標(biāo)1.3.1.1 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 在測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)輸入信號(hào) 不隨時(shí)間變化（ ），或者 隨時(shí)間變化很緩慢時(shí)，輸出信號(hào) 與輸入信號(hào) 之間的函數(shù)關(guān)系稱為儀表的靜態(tài)特性。儀表的靜態(tài)特性可用高階多項(xiàng)式代數(shù)方程表示： 式中， 為輸入信號(hào)； 為輸出信號(hào)； 為零位輸出或零點(diǎn)遷移量； 為儀表的靈敏度； 為非線性項(xiàng)的待定系數(shù)。0/dtdxxxxynnxaxaxaay2210 xy0a1anaaa,32測(cè)量的基本概念PPT課件1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性1.3.1.

8、2 靜態(tài)性能指標(biāo)表征儀表靜態(tài)特性的指標(biāo)有靈敏度、線性度、重復(fù)性和滯環(huán)四個(gè)指標(biāo)。1.靈敏度靈敏度 靈敏度是指測(cè)量?jī)x表在穩(wěn)態(tài)下，輸出的變化量對(duì)輸入變化量之比，即： （1-10）它是儀表靜態(tài)特性曲線上各點(diǎn)的斜率。測(cè)量?jī)x表的靈敏度可分為三種情況：（1）靈敏度為常數(shù)；（2）靈敏度隨被測(cè)量 的增加而增加；（3）靈敏度隨被測(cè)量 的增加而減??；dxdyk/xx測(cè)量的基本概念PPT課件1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性 2.線性度線性度 線性度是指儀表的實(shí)際靜態(tài)特性曲線偏離其理論擬合直的程度。由下圖可見(jiàn)，儀表非線性誤差的大小與理論擬合直線有關(guān)，對(duì)同一條靜態(tài)特性曲線，若理論擬合直線不同，計(jì)算所得的非線性誤差會(huì)差別很大

9、。圖 1-5 不同理論擬合直線所對(duì)應(yīng)的線性度(a)理論線性度 (b)端基線性度測(cè)量的基本概念PPT課件1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性 幾種理論擬合直線的方法： 理論線性度、獨(dú)立線性度、端基線性度、平均選點(diǎn)線性度和最小二乘法性度等；（1）理論線性度 理論線性度又稱為絕對(duì)線性度；（2）端基線性度 把儀表多次測(cè)量同一值的實(shí)際數(shù)據(jù)的零點(diǎn)輸出平均值和滿度輸出平均值連成的直線作為理論擬合直線；（3）最小二乘法線性度 ；最小二乘法線性度的擬合精度最高，但其計(jì)算也最煩瑣，在測(cè)試數(shù)據(jù)較多時(shí)，最好用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。測(cè)量的基本概念PPT課件1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性 3.滯環(huán)滯環(huán) 滯環(huán)表示儀表的正向（上升）和反

10、向（下降）特性曲線的不一致程度，用滯環(huán)誤差來(lái)表示，見(jiàn)圖1-6。 滯環(huán)誤差主要由于儀表內(nèi)部的彈性元件、磁性元件和機(jī)械部件的摩擦、間隙以及積塵等原因而產(chǎn)生。圖1-6 滯環(huán)誤差測(cè)量的基本概念PPT課件1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性 4.重復(fù)性重復(fù)性 重復(fù)性是指儀表在輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次測(cè)量時(shí)所得到的靜態(tài)特性曲線的不一致程度，也用重復(fù)性誤差表示，見(jiàn)圖1-7。特性曲線一致，重復(fù)性好，重復(fù)性誤差小。圖 1-7 重復(fù)性誤差測(cè)量的基本概念PPT課件1.3.2 測(cè)量?jī)x表的動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)輸入量是時(shí)間的函數(shù)時(shí)，儀表的輸出量與輸入量之間的函數(shù)關(guān)系稱為儀表的動(dòng)態(tài)特性。 任何儀表都有時(shí)間常數(shù) 和時(shí)延 ，可用一階

11、或二階加時(shí)延環(huán)節(jié)的特性來(lái)描述儀表的動(dòng)態(tài)特性。因此，當(dāng)儀表的輸入量隨時(shí)間變化很快時(shí)，其輸出量跟不上輸入量的變化而存在較大的偏差。 儀表輸出量隨時(shí)間變化的曲線與輸入量隨同一時(shí)間變化的曲線之偏差稱為儀表的動(dòng)態(tài)誤差。 理論研究和實(shí)踐表明，由于時(shí)間常數(shù) 和時(shí)延 引起儀表的動(dòng)態(tài)誤差是比較大的。 為提高測(cè)量精度，減小動(dòng)態(tài)誤差，應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率選擇儀表的動(dòng)態(tài)特性。 mTmmTm1.3 測(cè)量?jī)x表的輸入輸出特性測(cè)量的基本概念PPT課件1.4 測(cè)量方法1.4.1 概述概述 測(cè)量方法的正確與否是十分重要的。要根據(jù)測(cè)量任務(wù)提出的精度要求和其它技術(shù)指標(biāo)，認(rèn)真進(jìn)行分析和研究，找出切實(shí)可行的測(cè)量方法，選擇合適的測(cè)量?jī)x表、

12、儀器或裝置，然后進(jìn)行測(cè)量。 測(cè)量方法的分類是多種多樣的。根據(jù)測(cè)量時(shí)被測(cè)量是否隨時(shí)間變化可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量；根據(jù)測(cè)量條件可分為等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量；根據(jù)測(cè)量元件是否與被測(cè)介質(zhì)接觸可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量；根據(jù)測(cè)量方法來(lái)分為直線測(cè)量、間接測(cè)量和組合測(cè)量；根據(jù)測(cè)量方式來(lái)分可分為直讀式測(cè)量、平衡式測(cè)量和微差式測(cè)量。下面根據(jù)后兩種分類方法對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行研究。測(cè)量的基本概念PPT課件1.4 測(cè)量方法1.4.2 按測(cè)量方法分按測(cè)量方法分1.直接測(cè)量直接測(cè)量 用預(yù)先按標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)定好的儀表對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量或用標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量進(jìn)行比較。從而得出被測(cè)量之值，叫做直接測(cè)量。2.間接測(cè)量間接測(cè)量 用直接

13、測(cè)量方法測(cè)量幾個(gè)與被測(cè)量有確切函數(shù)關(guān)系的物理量，然后通過(guò)函數(shù)關(guān)系式求出被測(cè)量之值，叫做間接測(cè)量。3.組合測(cè)量組合測(cè)量 在測(cè)量中，使各個(gè)未知量以不同的形式組合（或改變測(cè)量條件來(lái)獲得這種不同的組合），通過(guò)直接測(cè)量和間接測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)，然后求解一組聯(lián)合方程而求得被測(cè)量的數(shù)值，叫做組合測(cè)量。通常在實(shí)驗(yàn)室中使用。測(cè)量的基本概念PPT課件1.4 測(cè)量方法1.4.3 按測(cè)量方式分按測(cè)量方式分 1.直讀式測(cè)量直讀式測(cè)量 直讀式測(cè)量是根據(jù)儀表（儀器）的讀數(shù)來(lái)判斷被測(cè)量的大小，而作為單位的標(biāo)準(zhǔn)量具并不參與比較。 2.零位式測(cè)量零位式測(cè)量 零位式（又稱補(bǔ)償式或平衡式）測(cè)量法，在測(cè)量過(guò)程中，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)

14、量比較，若有差值用零儀表來(lái)指示，當(dāng)指零儀表指在零位時(shí)，說(shuō)明被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量，然后用標(biāo)準(zhǔn)量之值決定被測(cè)量之值。 用這種測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)量具裝在儀表內(nèi)，在測(cè)量過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量進(jìn)行比較。例如用電位差計(jì)測(cè)量被測(cè)電動(dòng)勢(shì)就是這種測(cè)量方法。測(cè)量的基本概念PPT課件1.4 測(cè)量方法直流電位差計(jì)測(cè)量原理直流電位差計(jì)測(cè)量原理電位差計(jì)的簡(jiǎn)化電路見(jiàn)圖1-8 。圖中，RP1 調(diào)整工作電流用， 是工作電源電動(dòng)勢(shì)， 是標(biāo)準(zhǔn)電阻， 是標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)，RP2是工作電位器， 其阻值為 ，P是高靈敏度檢零儀表。圖1-8 直流電位差計(jì)原理圖ENRNEKR測(cè)量的基本概念PPT課件直流電位差計(jì)測(cè)量原理直流電位差計(jì)測(cè)量原理

15、 第一步：校準(zhǔn)工作電流 將開(kāi)關(guān)K合在“N”的位置上，然后調(diào)節(jié)工作回路的電位器 ，使檢流計(jì)P的指示為零，此時(shí)工作電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻 上的電壓降與標(biāo)準(zhǔn)電池電勢(shì) 相等， 因?yàn)?為標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)， 為標(biāo)準(zhǔn)電阻，兩個(gè)都是已知標(biāo)準(zhǔn)值，所以此時(shí)的電流為儀表刻度的規(guī)定值。1PRNNIRENNREI NRNENENR測(cè)量的基本概念PPT課件直流電位差計(jì)測(cè)量原理直流電位差計(jì)測(cè)量原理 第二步：測(cè)量未知熱電勢(shì) 工作電流校準(zhǔn)以后，就可以將開(kāi)關(guān)K合到“X”位置上，這時(shí)校準(zhǔn)回路斷開(kāi)，測(cè)量回路接通，移動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn)A的位置，直至檢流計(jì)也指示為零，此時(shí)便得： 于是被測(cè)熱電勢(shì)得到準(zhǔn)確的測(cè)定，即由A點(diǎn)位置來(lái)確定 。XKNNKKERREIRUX

16、E測(cè)量的基本概念PPT課件直流電位差計(jì)測(cè)量的特點(diǎn)直流電位差計(jì)測(cè)量的特點(diǎn)直流電位差計(jì)測(cè)量直流電位差計(jì)測(cè)量的特點(diǎn)： 被測(cè)電動(dòng)勢(shì)用 、 和 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量來(lái)表示，而這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量的精確度都可做得很高，故這種測(cè)量方法的測(cè)量精度高。 讀數(shù)時(shí)指零儀表P指零，說(shuō)明指零儀表P支路電流 。也就是說(shuō)，讀數(shù)時(shí)，不向被測(cè)電路吸取能量，不影響被測(cè)電路的工作狀態(tài)。所以不會(huì)因?yàn)閮x表的輸入電阻不高而引起誤差。 由于測(cè)量過(guò)程中要進(jìn)行平衡操作，其反應(yīng)速度較慢，故不適合測(cè)量迅速變化的信號(hào)，只適用于測(cè)量緩慢變化的信號(hào)。 這種測(cè)量方法在實(shí)驗(yàn)室和工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。 NRNEKR0PI測(cè)量的基本概念PPT課件1.4 測(cè)量方法3. 微差式測(cè)量微差式測(cè)量