非電量電測技術(shù)的基本知識

1、非電量電測技術(shù)的基本知識第1頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四1-1測量的概念及其測量方法 借助專門的設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)的方法，對被側(cè)對象收集信息，取得數(shù)量概念的過程。實(shí)驗(yàn)方法信息收集示差、平衡非電量電量比較：被測量同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量一、測量的概念和定義專門設(shè)備取得數(shù)量讀數(shù)一切測量過程包括：比較、示差、平衡和讀數(shù)，核心是比較。結(jié)論傳感器：第2頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四測試結(jié)果： 被測量數(shù)值(大小及符號) 單位直接測量:二、測量方法簡單測量：當(dāng)選用適當(dāng)?shù)膬x表，即可直接測得被測量的大小。只包括一項(xiàng)簡單測量和根據(jù)一些已知數(shù)據(jù)，對被測結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算就可以得到被

2、測物理量的大小。被測量簡單測量已知數(shù)據(jù)第3頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四間接測量：對于幾個(gè)與被測量有確定關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測量，然后通過代表該函數(shù)關(guān)系的公式、曲線或表格求出未知量。例如：被測量扭矩軸轉(zhuǎn)速一般：被測量二個(gè)或二個(gè)以上的簡單測量確定的函數(shù)關(guān)系第4頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四偏差法：當(dāng)測量儀表用指針相對刻度線的位移（偏差）來直接表示被測量的大小。零位法：在測量時(shí)，被測量的作用效應(yīng)用已知量的效應(yīng)來平衡，結(jié)果是相互的作用縮小到零。 例 ：指針式儀表例：用電位差計(jì)測量電壓等。微差法：被測量的大部分用零位法測量（此時(shí)，大部分的被測量已與已

3、知的標(biāo)準(zhǔn)量相抵消，其余部分再用偏差法來測量。偏差法、零位法、微差法例：用不平衡電橋測量電阻。第5頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四1-2測量誤差及其分類 一、誤差分類(一)按誤差的表示方法：1.絕對誤差：測量值（示值）真值，約定真值修正值：第6頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四2.相對誤差：(1)實(shí)際相對誤差(2)示值相對誤差儀器示值(3)滿度相對誤差（引用誤差）儀器的滿度值被測量的實(shí)際值第7頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四1.系統(tǒng)誤差 定義：指服從一定規(guī)律變化的誤差。 特征：出現(xiàn)規(guī)律性、產(chǎn)生原因可知性 表征：測量準(zhǔn)確度 2.

4、隨機(jī)誤差 定義：指服從大數(shù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的誤差。 表征：測量的精密度(分散性)及重復(fù)性 (二)按誤差的性質(zhì)第8頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四精密度：反映測量結(jié)果分散性大小、即重復(fù)性一致的程度。準(zhǔn)確度：反映測量結(jié)果與真值之差大小的程度。精確度精密度準(zhǔn)確度精(確)度：第9頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四(三)按誤差與被測量的關(guān)系2.積累誤差(倍率誤差)式中為比例系數(shù)yx定值誤差 1.定值誤差(零位誤差)(附加誤差)o第10頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四(四)按被測量與時(shí)間的關(guān)系1.靜態(tài)誤差：被測量穩(wěn)定不變時(shí)的測量誤差。2.動(dòng)態(tài)誤

5、差：被測量隨時(shí)間變化過程中，進(jìn)行 測量時(shí)所產(chǎn)生的附加誤差。第11頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四1-3測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性靜態(tài)特性：表示測量儀表在被測量處于穩(wěn)定 狀態(tài)時(shí)的輸出-輸入關(guān)系。衡量測量儀表靜態(tài)特性的性能指標(biāo)是：線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性、量程第12頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四一、線性度(非線性誤差)端基線性度平均選點(diǎn)法線性度最小二乘法線性度第13頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四端基線性度：端點(diǎn)直線。端點(diǎn)指與量程的上下限值對應(yīng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)點(diǎn)。通常取零點(diǎn)作為端點(diǎn)直線的起始點(diǎn)；滿量程的輸出100作為終止點(diǎn)，通

6、過兩點(diǎn)的直線稱為“端點(diǎn)直線”。實(shí)際曲線與端點(diǎn)直線的最大誤差就是“端基線性度”。第14頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四平均選點(diǎn)法線性度：作兩條與端點(diǎn)直線平行的直線，使之恰好包圍所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)。然后在這一對平行線之間作一條正、負(fù)距離相等的直線，并使實(shí)際輸出特性相對與所選的直線的最大正偏差等于最小負(fù)偏差。第15頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四最小二乘法線性度：找一條直線，使各實(shí)際數(shù)據(jù)點(diǎn)與該直線的垂直偏差的平方和最小。即：第16頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四二、靈敏度(傳遞系數(shù))三、分辨率與分辨力第17頁，共46頁，2022年，5

7、月20日，3點(diǎn)32分，星期四四、遲滯（滯環(huán)）第18頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四五、重復(fù)性第19頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四1-4測量系統(tǒng)的靜態(tài)誤差一.串聯(lián)開環(huán)系統(tǒng)K1K2Kn系統(tǒng)靜態(tài)特性：系統(tǒng)靈敏度：第20頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四每個(gè)環(huán)節(jié)誤差對總誤差的影響（絕對誤差） ：假定各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差為：y1, y2， yn則：第1個(gè)環(huán)節(jié)的誤差對系統(tǒng)的產(chǎn)生的誤差第1個(gè)環(huán)節(jié)的誤差代入上式：第21頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四同理：第22頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四系統(tǒng)

8、總誤差：（121）第23頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四每個(gè)環(huán)節(jié)誤差對總誤差的影響（相對誤差）：系統(tǒng)總相對誤差：假定每個(gè)環(huán)節(jié)的相對誤差為：前已導(dǎo)出：第24頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四每個(gè)環(huán)節(jié)誤差對總誤差的影響（相對誤差）：同理：意義：每個(gè)環(huán)節(jié)的相對誤差對系統(tǒng)總的相對誤差的影響等于該環(huán)節(jié)的相對誤差的本身。系統(tǒng)總相對誤差：第25頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四二反饋系統(tǒng)（閉環(huán)系統(tǒng)）前向通道：反饋通道：則反饋系統(tǒng)傳遞系數(shù)：前向通道反饋通道第26頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四設(shè)閉環(huán)系統(tǒng)：反饋系統(tǒng)的傳遞

9、函數(shù)第27頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)證明：對正向通道：對反向通道：另外：第28頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四反饋系統(tǒng)的誤差（絕對誤差） ：正向通道各個(gè)環(huán)節(jié)誤差 對輸出端的影響：反向通道各個(gè)環(huán)節(jié)誤差 對輸出端的影響：正向通道產(chǎn)生的誤差又作為反饋系統(tǒng)的輸入信號而對輸出端產(chǎn)生的影響：反饋系統(tǒng)的輸出：（由串聯(lián)系統(tǒng)推導(dǎo)得）前向通道中第I+1個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)第I+1個(gè)反饋環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)第29頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四反饋系統(tǒng)的誤差（絕對誤差）：（130）前向通道各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差在輸出端引起的誤差反饋系統(tǒng)的

10、誤差在輸出端引起的誤差第30頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四反饋系統(tǒng)的誤差(相對誤差）：假定反饋環(huán)節(jié)為線性的，即：則：式中為系統(tǒng)總相對誤差,為前向環(huán)節(jié)總相對誤差,為反饋環(huán)節(jié)總相對誤差（131）第31頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四反饋系統(tǒng)的誤差(相對誤差）：討論1、引入負(fù)反饋環(huán)節(jié)，即能減小誤差的影響；2、設(shè)法增加正向環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)KI，即：系統(tǒng)的誤差僅由反饋通道的基本誤差決定；3、反饋系統(tǒng)比開環(huán)系統(tǒng)的精度高，但是傳遞系數(shù)較??；4、對前向通道KI只要求足夠大，穩(wěn)定性要求可以放寬。；第32頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四1-5

11、 測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性：就是指測量系統(tǒng)對隨時(shí)間 而變化的輸入量 的響應(yīng)特性。一、線性系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)模型x(t)_輸入信號；y(t)_輸出信號;ai，bi_由傳感器某些物理參數(shù)定。第33頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四對于傳感器而言，一般：常見的傳感器，其物理模型通?？梢院喕癁椋毫汶A模型：一階模型：二階模型：第34頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四2、傳遞函數(shù)二、傳遞函數(shù)1、拉普拉茲變換：第35頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四三、正弦輸入時(shí)的頻率響應(yīng)（一）零階系統(tǒng)傳遞函數(shù)：（二）一階系統(tǒng)則：傳遞函數(shù)：常系數(shù)線性微分方程：

12、第36頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四頻率響應(yīng)：幅頻特性和相頻特性在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸入和輸出的幅值比B/A和相位角隨頻率的變化的波形，分別稱為：幅頻特性：相頻特性：第37頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四mF(t)阻尼系數(shù)c彈簧剛度k位移y(t)作用力F(t)（三）二階系統(tǒng)引入：阻尼比系數(shù)；固有頻率；靜態(tài)靈敏度；第38頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四拉斯變換：則：傳遞函數(shù)：頻率特性：第39頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四幅頻特性：相頻特性：第40頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四討論近似于零階系統(tǒng)；第41頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四四、階躍輸入時(shí)的響應(yīng)（一）一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)01一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：解方程：第42頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四反變換：1討論1、響應(yīng)曲線隨著時(shí)間的增加而趨于K；2、當(dāng) ；3、系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)越小，相應(yīng)越快。第43頁，共46頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)32分，星期四（二）二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)已知：二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：特