研究生電氣技術(shù)創(chuàng)新試驗(yàn)室課件

1、應(yīng)變測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(三)曹建安 博士/副教授2013.3.183.1 概述1 定義 眾多環(huán)節(jié)組成的對被測物理量進(jìn)行檢測、調(diào)理、變換、顯示或記錄的完整系統(tǒng)。2 組成 傳感器調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)CPU顯示現(xiàn)代測試系統(tǒng)方框圖簡單系統(tǒng)：測量系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)：激勵（excitation）：測量系統(tǒng)的輸入量。響應(yīng)（response）： 測量系統(tǒng)的輸出量。失真：測量系統(tǒng)的響應(yīng)與激勵的不一致性。理想的系統(tǒng)：測量系統(tǒng)的響應(yīng)能真實(shí)地再現(xiàn)輸入的變化，或者是 測量系統(tǒng)的響應(yīng)是激勵的相似量。 3 基本特性 是指測量系統(tǒng)與輸入、輸出的關(guān)系 。4 研究測量系統(tǒng)的目的（1）已知Y, H(S) X(被測量)靜態(tài)特性動態(tài)特性輸入信號

2、x(t)不隨時間變化的X-Y之間的關(guān)系 輸入信號x(t) 隨時間變化的X-Y之間的關(guān)系 應(yīng)用測量系統(tǒng)測量未知物理量（2）已知X, H(S) Y(輸出量)根據(jù)對被測量的測量進(jìn)行測量系統(tǒng)組建用于系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)、制作（3）已知X, Y H(S) (一般用數(shù)學(xué)表達(dá)式) 3.2 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1 定義 測量系統(tǒng)的輸入不隨時間變化的測量系統(tǒng)輸入與輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系。2 表達(dá)式 理想測量系統(tǒng):線性特性 y=S0+S1x 實(shí)際的測量系統(tǒng)：非線性特性 y=S0+S1x+S2x2+ 又稱“刻度特性”、“標(biāo)準(zhǔn)曲線”或“校準(zhǔn)曲線” S0，S1，S2，Sn常量； y輸出量； x輸入量。3.2.1 靜態(tài)特性的獲得 在

3、規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件下 對一個測量系統(tǒng)，必須在使用前進(jìn)行標(biāo)定或定期進(jìn)行校驗(yàn) 規(guī)定溫度范圍、大氣壓力、濕度等 測量系統(tǒng)XiYi高精度輸入量發(fā)生器一系列數(shù)值已知的、準(zhǔn)確的、不隨時間變化的輸入量高精度測量儀器 根據(jù)Xi與Yi的關(guān)系數(shù)表繪制曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式靜態(tài)特性 靜態(tài)標(biāo)定：就是將原始基準(zhǔn)器，或比被標(biāo)定系統(tǒng)準(zhǔn)確度高的各級標(biāo)準(zhǔn)器或已知輸入源作用于測量系統(tǒng)，得出測量系統(tǒng)的激勵響應(yīng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)操作。 要求：標(biāo)定時，一般應(yīng)在全量程范圍內(nèi)均勻地取定5個或5個以上的標(biāo)定點(diǎn)（包括零點(diǎn)） 正行程：從零點(diǎn)開始，由低至高，逐次輸入預(yù)定的標(biāo)定值此稱標(biāo)定的正行程。 反行程：再倒序依次輸入預(yù)定的標(biāo)定值，直至返回零點(diǎn)，此稱反行程。靜態(tài)

4、標(biāo)定確定儀器或測量系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，賦予儀器或測量系統(tǒng)分度值；確定儀器或測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)；消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或測量系統(tǒng)的正確度 靜態(tài)標(biāo)定的主要作用測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性：通過靜態(tài)標(biāo)定，可得到測量系統(tǒng)的響應(yīng)值yi和激勵值xi之間的一一對應(yīng)關(guān)系，稱為測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以用一個多項(xiàng)式方程表示，即 稱為測量系統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型3.2.2 靜態(tài)特性的基本參數(shù)1 零位（零點(diǎn)）當(dāng)輸入量為零x=0時，測量 系統(tǒng)的輸出量不為零的數(shù)值零位值為 零位值應(yīng)設(shè)法從測量結(jié)果中消除。例如可以通過測量系統(tǒng)的調(diào)零機(jī)構(gòu)或者由軟件自動扣除。3.2.2 靜態(tài)特性的基本參數(shù)2 靈敏度描

5、述測量系統(tǒng)對輸入量變化反應(yīng)的能力。靈敏度：當(dāng)靜態(tài)特性為一直線時，直線的斜率即為靈敏度，且為一常數(shù) 3.2.2 靜態(tài)特性的基本參數(shù)多級測量系統(tǒng)的靈敏度 若測量系統(tǒng)是由靈敏度分別為S1，S2，S3等多個相互獨(dú)立的環(huán)節(jié)組成時，測量系統(tǒng)的總靈敏度S為3.2.2 靜態(tài)特性的基本參數(shù)3 分辨力又稱靈敏度閾 表征測量系統(tǒng)有效辨別輸入量最小變化量的能力。對模擬式測量系統(tǒng)，其分辨力一般為最小分度值的1/21/5; 對具有數(shù)字顯示器的測量系統(tǒng)，其分辨力是當(dāng)最小有效數(shù)字增加一個字時相應(yīng)示值的改變量，也即相當(dāng)于一個分度值;對于一般測量儀表的要求是：靈敏度應(yīng)該大而分辨力應(yīng)該小. 3.2.2 靜態(tài)特性的基本參數(shù)4 測量范

6、圍、量程 測量范圍測量系統(tǒng)所能測量到的最小被測量（輸入量）與最大被測量（輸入量）之間的范圍;量程測量系統(tǒng)示值范圍的上限值與下限值之差的模即稱為量程。量程又稱滿度值，表征測量系統(tǒng)能夠承受最大輸入量的能力。例如:一溫度測量系統(tǒng)的測量范圍是60+1200C，那么它的量程為1800C。 測量范圍和量程測量范圍測量下限測量上限 量程=測量上限值測量下限值量程還與準(zhǔn)確度及儀表選用有關(guān) 3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)1 遲滯亦稱“滯后”或“滯后量”、“滯環(huán)” 表征測量系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi)，輸入量由小到大（正行程）或由大小到（反行程）兩者靜態(tài)特性不一致的程度。輸入值輸出值正行程反行程 同一被測量在上升和下降時輸

7、出值間的最大誤差3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)2 重復(fù)性表征測量系統(tǒng)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時，靜態(tài)特性不一致的程度。 重復(fù)性誤差為隨機(jī)誤差，引用誤差表示形式為:R同一激勵量對應(yīng)多次循環(huán)的同向 行程響應(yīng)量的極差 重復(fù)性是指標(biāo)定值的分散性，是一種隨機(jī)誤差，也可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差來計(jì)算R :子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差 K置信因子，K=2時，置信度為95%; K=3時，置信度為99.73%。標(biāo)定循環(huán)次數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)偏差按貝塞爾公式計(jì)算 ,即、 、 正、反行程各標(biāo)定點(diǎn)響應(yīng)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差 正、反行程各標(biāo)定點(diǎn)的響應(yīng)量的平均值 j標(biāo)定點(diǎn)序號，j1、2、3、m；i標(biāo)定的循環(huán)次數(shù)，i1、2、3、n； yjiD、yjiI正、反

8、行程各標(biāo)定點(diǎn)輸出值再取jD 、jI的均方值為子樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差,則3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)3 線性度測量系統(tǒng)的輸出輸入關(guān)系應(yīng)當(dāng)具有直線特性；線性度（又稱非線性誤差）說明輸出量與輸入量的實(shí)際關(guān)系曲線偏離其擬合直線的程度選定的擬合直線不同，計(jì)算所得的線性度數(shù)值也就不同 a)理論擬合直線 b)端基擬合直線 參考直線由0點(diǎn)和滿量程輸出點(diǎn)確定。參考直線由0點(diǎn)和滿量程輸出點(diǎn)確定。最小二乘法擬合設(shè)擬合直線方程：y=kx+b若實(shí)際校準(zhǔn)測試點(diǎn)有n個，則第i個校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上響應(yīng)值之間的殘差為i=yi-(kxi+b)x0yyiy=kx+bxI最小二乘擬合法 對k和b一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，求出a和k的表達(dá)式最小二

9、乘法擬合直線的原理就是使 為最小值，即即得到k和b的表達(dá)式：將k和b代入擬合直線方程，即可得到擬合直線，然后求出殘差的最大值Lmax即為非線性誤差。3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)4 準(zhǔn)確度測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，俗稱精度用準(zhǔn)確度等級指數(shù)來表征： 準(zhǔn)確度等級指數(shù)a的百分?jǐn)?shù)a%所表示的相對值是代表允許誤差的大小；用不確定度來表征：在規(guī)定條件下系統(tǒng)或裝置用于測量時所得測量結(jié)果的不確定度。與精確度有關(guān)指標(biāo)：精密度、準(zhǔn)確度和精確度(精度)準(zhǔn)確度：說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。如,某流量傳感器的準(zhǔn)確度為0.3m3/s，表示該傳感器的輸出值與真值偏離0.3m3/s。準(zhǔn)確度是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志，準(zhǔn)確度高意味著系

10、統(tǒng)誤差小。同樣，準(zhǔn)確度高不一定精密度高。精密度：說明測量傳感器輸出值的分散性，即對某一穩(wěn)定的被測量，由同一個測量者，用同一個傳感器，在相當(dāng)短的時間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次，其測量結(jié)果的分散程度。例如，某測溫傳感器的精密度為0.5。精密度是隨即誤差大小的標(biāo)志，精密度高，意味著隨機(jī)誤差小。注意：精密度高不一定準(zhǔn)確度高。精確度：是精密度與準(zhǔn)確度兩者的總和，精確度高表示精密度和準(zhǔn)確度都比較高。在最簡單的情況下，可取兩者的代數(shù)和。機(jī)器的常以測量誤差的相對值表示。 （a）準(zhǔn)確度高而精密度低 （b）準(zhǔn)確度低而精密度高 （c）精確度高在測量中我們希望得到精確度高的結(jié)果。 3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)5 可靠性平均

11、無故障時間MTBF在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下不間斷地工作，直到發(fā)生故障而失去工作能力的時間稱作為無故障時間。可信任概率P表示儀表誤差在給定時間內(nèi)仍然保持在技術(shù)條件規(guī)定限度以內(nèi)的概率。故障率或失效率平均無故障時間MTBFF的倒數(shù)。有效度或可用度 3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)6 穩(wěn)定性和影響系數(shù) 穩(wěn)定性指在規(guī)定工作條件范圍之內(nèi)，在規(guī)定時間內(nèi)系統(tǒng)或儀器性能保持不變的能力。如：2.1mV8h， 一年不超過1滿量程輸出。 影響系數(shù)指示值變化與影響量變化量的比值一般儀器都有給定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件，例如環(huán)境溫度20oC、相對濕度60%、大氣壓力10133kPa、電源電壓220V等。又規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)工作條件的允許變化范圍：

12、環(huán)境溫度(202)oC、相對濕度6015、電源電壓(2205)V等。 如：電源電壓變化10引起示值變化1(相對誤差)； 溫度變化1oC引起示值變化3.110-3(引用誤差)3.2.3 靜態(tài)特性的質(zhì)量指標(biāo)7 輸入電阻與輸出電阻 輸入電阻與輸出電阻值對于組成測量系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)而言甚為重要。 前一環(huán)節(jié)的輸出電阻R01相當(dāng)于后面環(huán)節(jié)的信號源內(nèi)阻，所以輸出電阻理想值應(yīng)為零。 后一環(huán)節(jié)的輸入電阻Ri2相當(dāng)于前面環(huán)節(jié)的負(fù)載；輸入電阻理想值為無窮大。 一個大的系統(tǒng)往往可以分解成一些小系統(tǒng)的組合，這些小系統(tǒng)可分為零階系統(tǒng)，一階系統(tǒng)，二階系統(tǒng)。其他高階系統(tǒng)可由這三個理想化的小系統(tǒng)組合而成。因此只需要對這三個環(huán)節(jié)的動

13、態(tài)特性有所了解，對高階系統(tǒng)的性能分析也是可能的。 N階系統(tǒng)3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性1 定義： 輸入信號x(t)是隨時間t變化的X-Y的特性。 反映其測量動態(tài)信號的能力。 2 數(shù)學(xué)描述： 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性用數(shù)學(xué)模型來描述，主要有三種形式： 時域中的微分方程； 復(fù)頻域中的傳遞函數(shù)； 頻域中的頻率特性。時域中的微分方程復(fù)頻域中的傳遞函數(shù)拉氏變換 傳遞函數(shù)有以下特點(diǎn)：H(S)和輸入x(t)無關(guān)，它只反映測量系統(tǒng)本身固有的特性H(S)反映系統(tǒng)的響應(yīng)特性，包含瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)的時間響應(yīng)和頻率響應(yīng)的全部信息，而與具體的物理結(jié)構(gòu)無關(guān)。不同的物理系統(tǒng)可以有相同的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)與微分方程等價。頻域中的頻率特性對

14、于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，可用傅里葉變換代替拉氏變換3 研究動態(tài)特性的目的： 根據(jù)信號頻率范圍及測量誤差的要求確立測量系統(tǒng)； 已知測量系統(tǒng)的動態(tài)特性，估算可測量信號的頻率范圍與對應(yīng)的動態(tài)誤差。3.3.2常用測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型幅頻特性和相頻特性 幅頻特性當(dāng)輸入正弦信號的頻率改變時，輸出、輸入正弦信號的振幅之比隨頻率的變化 相頻特性輸出、輸入正弦信號的相位差隨頻率的變化溫度酒精濕度1 .一階系統(tǒng)特征：測量滯后階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)一階系統(tǒng)時間常數(shù)測量：階躍響應(yīng)0.631 .一階系統(tǒng) 時間常數(shù) 令K=1傳遞函數(shù)：頻率特性：時間常數(shù) 越小，系統(tǒng)的頻率特性越好微分方程：幅頻特性 相頻特性負(fù)號表示相位滯后一階系統(tǒng)

15、頻率特性的特點(diǎn)：當(dāng) 時，當(dāng) 時， ，輸入輸出幅值幾乎相等，當(dāng) 時， 點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)折頻率。反映一階系統(tǒng)特性的重要參數(shù)。一階系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性2 二階系統(tǒng)加速度特征：震蕩脈沖響應(yīng) 2. 二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 微分方程 為系統(tǒng)固有角頻率， 為阻尼比 傳遞函數(shù) 頻率特性 二階系統(tǒng)的頻率特性 相頻特性幅頻特性對數(shù)幅頻特性 二階系統(tǒng)頻率特性的重要參數(shù)是,。 （當(dāng)K=1時）幅頻特性相頻特性測量系統(tǒng)動態(tài)特性的評價指標(biāo)及其測量測量系統(tǒng)的動態(tài)特性可用動態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行評價可采用兩種方法：階躍信號作為系統(tǒng)輸入量：獲得系統(tǒng)對階躍響應(yīng)的過渡過程曲線；在時域中描述系統(tǒng)動態(tài)特性的指標(biāo)；正弦信號作為系統(tǒng)輸入量：獲得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性

16、；在頻域中描述系統(tǒng)動態(tài)特性的指標(biāo)。2 評價系統(tǒng)動態(tài)特性的頻域指標(biāo)評價系統(tǒng)頻域動態(tài)特性時，常用幅頻特性與相頻特性，一般希望幅頻特性平直段長，相頻特性的相位差與頻率成線性關(guān)系； 用帶寬、帶寬內(nèi)幅值誤差以及帶寬內(nèi)相位差等指標(biāo)來比較完整地評價系統(tǒng)的動態(tài)特性。 3 測量系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)的測定 動態(tài)特性指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)測量方法有時域測定法和頻域測定法。（1）時域測定法 通過測量系統(tǒng)對單位階躍信號的響應(yīng)來確定其動態(tài)特性參數(shù)。 求一階系統(tǒng)時間常數(shù)方法1：以單位階躍激勵一階測試系統(tǒng)，得到系統(tǒng)對單位階躍的響應(yīng)，取輸出值達(dá)到最終值（穩(wěn)定值）的63.2%時所經(jīng)歷的時間作為時間常數(shù)。方法2：采用觀測響應(yīng)全過程的方法來確定時

17、間常數(shù)。測得各時刻t對應(yīng)的y(t)值，作曲線，時間常數(shù)為： 3 一階系統(tǒng)特性參數(shù)的求?。?、A的求取） 當(dāng)系統(tǒng)輸入階躍信號x(t)時,響應(yīng)為y(t) 0.95A3 一階系統(tǒng)特性參數(shù)的求?。ā的求?。?0.95A在0至的時間范圍內(nèi)，輸出值 與最終值y()A總存在著誤差，稱為過渡過程動態(tài)誤差。 初始值y(0)=0 t y(t)t= y()=A值反映系統(tǒng)的響應(yīng)速度值越大響應(yīng)慢；值越小系統(tǒng)響應(yīng)速度快。a.的測量與一階系統(tǒng)的判定 兩邊取對數(shù)式中由動態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)i =0，1，2，3，作出Z-t曲線。 Z-t的作用 求； 判斷一階系統(tǒng)。 b.輸出最終值y()的實(shí)時快速測定三點(diǎn)計(jì)算法 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 二

18、階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的特性參數(shù) 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系任何一個測量系統(tǒng)，在執(zhí)行其功能時，如傳遞信號或?qū)π盘栠M(jìn)行某種運(yùn)算，不可能絕對準(zhǔn)確，都存在著動態(tài)誤差，這種動態(tài)誤差與信號頻率有關(guān)、與系統(tǒng)特性參數(shù)有關(guān)。 1 廣義動態(tài)誤差 一個測量系統(tǒng)的頻率特性為W(j)，它所要執(zhí)行的功能用理想頻率特性表示為WN（j），二者之間存在的誤差。動態(tài)幅值誤差表達(dá)式為：動態(tài)幅值誤差表達(dá)式為：相位誤差表達(dá)式為：測量系統(tǒng)頻率特性的模；理想頻率特性的模。（)測量系統(tǒng)相頻特性；N()理想相頻特性。2 典型環(huán)節(jié)的動態(tài)誤差 一階系統(tǒng)的動態(tài)誤差 一階系統(tǒng)動態(tài)幅值誤差表達(dá)式為： 相位誤差的表達(dá)式： 一階系統(tǒng)的時

19、間常數(shù)； 一階系統(tǒng)的轉(zhuǎn)折角頻率；信號角頻率。（負(fù)值，幅值誤差增大）信號頻率與一階系統(tǒng)轉(zhuǎn)折頻率之比與動態(tài)幅值誤差的關(guān)系通頻帶（0）用轉(zhuǎn)折頻率表征。當(dāng)信號頻率等于轉(zhuǎn)折頻率時，動態(tài)幅值誤差已達(dá)-29.3%，即幅值已衰減3dB。一般測量儀器、系統(tǒng)的工作頻帶是指動態(tài)幅值誤差或10的信號頻率范圍，這時允許頻率比f/f=0.3或0.5，這時相位誤差已達(dá)16.7或26.6。 （2） 二階系統(tǒng)的動態(tài)誤差 二階系統(tǒng)動態(tài)幅值誤差表達(dá)式為： 對于執(zhí)行傳遞信號功能的二階系統(tǒng)其理想頻率特性的模為：相位誤差的表達(dá)式就是二階系統(tǒng)的相頻特性： 二階系統(tǒng)無阻尼振蕩固有角頻率；阻尼比。測量系統(tǒng)特征參數(shù)，與信號頻率、動態(tài)誤差的關(guān)系

20、（3）微分器的動態(tài)誤差（4）積分器的動態(tài)誤差3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則基本原則： 使測量系統(tǒng)的基本參數(shù)、靜態(tài)性能及動態(tài)性能均達(dá)到預(yù)先規(guī)定的要求 。 根據(jù)對測量系統(tǒng)規(guī)定的要求，選擇與確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)(傳感器、調(diào)理電路、數(shù)采系統(tǒng))。如果確定的環(huán)節(jié)性能過好，雖然能滿足系統(tǒng)性能的要求，但會使成本費(fèi)用過高；反之，若確定的環(huán)節(jié)性能過低，將導(dǎo)致系統(tǒng)性能達(dá)不到規(guī)定的要求，甚至?xí)斐筛蟮睦速M(fèi)。正確的預(yù)估表現(xiàn)在：根據(jù)預(yù)估確定的環(huán)節(jié)組成測量系統(tǒng)后，經(jīng)過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能評定達(dá)到了規(guī)定的要求。預(yù)估過程是一個反復(fù)設(shè)定、權(quán)衡調(diào)整直至最后確定的過程，屬于誤差分配問題。 3.4 測試系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)原則與步驟 現(xiàn)代測試系統(tǒng)的

21、設(shè)計(jì)就是根據(jù)測試任務(wù)選擇組成測試系統(tǒng)的基本的硬件模塊。選擇硬件模塊的基本原則：第一，由所選擇的硬件模塊組成的測試系統(tǒng)的基本參數(shù)、靜態(tài)性能及動態(tài)性能均達(dá)到預(yù)先規(guī)定的要求。第二，技術(shù)先進(jìn)。第三，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。3.4.1 單元模塊的選擇與優(yōu)化S1S2S3xy模擬部分?jǐn)?shù)字部分()1Wjw()2WjwxDyDvDuD傳感器調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.4.2 參數(shù)的確定與預(yù)估 基本參數(shù)的確定通常按系統(tǒng)分辨力與量程的要求以及工作環(huán)境條件，先確定傳感器類型及其靈敏度值，然后再進(jìn)行放大器增益與轉(zhuǎn)換器分度值的權(quán)衡。 一般方法是先根據(jù)測試范圍和分辨力確定轉(zhuǎn)換器或數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)，再根據(jù)轉(zhuǎn)換器或數(shù)據(jù)采集卡的位數(shù)、輸

22、入電壓范圍和傳感器的靈敏確定放大器的增益。 1 基本參數(shù)的確定基本參數(shù)的確定主要是根據(jù)分辨力與量程的要求，確定各硬件模塊或環(huán)節(jié)的靈敏度。 靈敏度的表達(dá)式為： 式中： 傳感器的靈敏度；放大器的放大倍數(shù)，又稱增益；轉(zhuǎn)換器的靈敏度，它是A/D轉(zhuǎn)換器量化單位的倒數(shù)，即2動態(tài)性能的確定 根據(jù)測試信號的最高頻率，動態(tài)幅值誤差，確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動態(tài)參數(shù)。（1） 模擬部分 模擬部分的傳感器與放大器各自的頻率特性分別有： , 故模擬部分總頻率特性W（j）為： 模擬部分的動態(tài)幅值誤差為： （2）數(shù)字部分 與動態(tài)誤差有關(guān)的器件指標(biāo)是轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間以及采樣保持器的孔徑抖動時間。A/D 轉(zhuǎn)換器輸入信號的頻率最大值 與

23、 的關(guān)系 若上式得不到滿足，則應(yīng)擴(kuò)充調(diào)理電路帶寬或加采樣保持器。設(shè)采樣保持器的保持時間為TAJ(孔徑抖動時間)，則3.極限誤差估計(jì) 對于上圖所示的測量系統(tǒng)，以壓力測試系統(tǒng)為例， ， 時溫度附加誤差2.5% 傳感器信號放大調(diào)理則輸出y的表達(dá)式為：設(shè)x是恒值信號，則 傳感器信號放大調(diào)理d：1) 傳感器分項(xiàng)誤差的評定 直接由準(zhǔn)確度等級指數(shù)評定 簡易準(zhǔn)確度指標(biāo)綜合評定影響因素誤差，不是附加誤差例如則2) 數(shù)采系統(tǒng)或A/D轉(zhuǎn)換器誤差的評定查芯片手冊當(dāng)選用8位A/D時修約誤差即A/D轉(zhuǎn)換尾數(shù)的舍入誤差3）放大器誤差的限定 得： 4溫度附加誤差的估計(jì)根據(jù)整機(jī)極限誤差 2.5%5. A/D轉(zhuǎn)換器滿度輸入電壓的選擇與最小放大倍數(shù)的確定S2取決于VH和A/D分辨力(2-n)，設(shè)傳感器輸出為u據(jù)A/D最大量程VH據(jù)A/D分辨力1. 某差壓變送器的技術(shù)指標(biāo)為： 量程：12.5mm H2O柱，輸出電流為(420)mA。 試求： (1)靈敏度； (2)當(dāng)被測壓差變化P=0.1mm H2O柱時，輸出電流I=? (3)當(dāng)負(fù)載電阻RL=500時，被測壓力由0變至0.1