測量系統(tǒng)基本特性課件

第一節(jié)測量系統(tǒng)靜態(tài)特性第二節(jié)測量系統(tǒng)動態(tài)特性第三節(jié)測量系統(tǒng)的校準第三章思考題

第三章測量系統(tǒng)基本特性第一節(jié)測量系統(tǒng)靜態(tài)特性一、測量系統(tǒng)基本靜態(tài)特性

一般情況下，測量系統(tǒng)的基本靜態(tài)特性可以用下述的代數(shù)方程來描述：

式中：y為輸出量；x為系統(tǒng)輸入量；為零位輸出；為系統(tǒng)靈敏度；為非線性項的待定系數(shù)，i=1,2,…n。

對于理想測量系統(tǒng)，要求其靜態(tài)特性曲線應該是線性的，在這種情況下，，由此得到。二、測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標

儀表的質(zhì)量，可以用它的技術(shù)性能指標來衡量，選擇和使用檢測儀表，也要用技術(shù)性能指標作依據(jù)，因此需要了解儀表的技術(shù)性能指標。

1、量程

測量系統(tǒng)所能給出的被測量值的集合稱為測量范圍。其能測量的最大輸入量和最小輸入量分別稱為測量上限和測量下限。測量上限和測量下限代數(shù)差的模稱為測量系統(tǒng)的量程。

2、儀表的基本誤差

儀表的基本誤差是指在規(guī)定的技術(shù)條件下（所有影響量在規(guī)定值范圍內(nèi)），儀表全量程指示值中的最大引用相對誤差，即式中△Xmax——儀表全量程指示值中的最大絕對誤差值。

3、儀表的準確度（精度）等級根據(jù)儀表設計和制造的需要，廠家對出廠的儀表規(guī)定了其基本誤差不得超過某一允許值，這個規(guī)定的允許值稱為儀表的允許誤差。

儀表允許誤差的大小表明了保證該儀表的示值所能達到的精確程度。因此，一般儀表的精度等級就是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分的，即用儀表允許誤差去掉百分號后的數(shù)字表示儀表的準確度等級。

例如，精度等級為0.5級的儀表，其允許誤差為±0.5％，即該儀表各點示值的絕對誤差均不得超過儀表量程的±0.5％。我國儀表工業(yè)目前采用的準確度等級序列為：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。

對確定了準確度等級的儀表，測量值絕對誤差最大值與該儀表量程有關(guān)，因此儀表量程不能選擇過大。

儀表的選用原則：

假設儀表的精度等級為s，儀表的量程為0～xn，測量點為x，則儀表在x點鄰近處的示值誤差為：

一般x≤

xn，因此x越接近xn，測量準確度越高，即被測量越靠近測量上限，測量相對誤差越小。

因此，儀表量程不能選擇過大，為保證實際測量的精確度及考慮到使用上的安全，一般檢測儀表的經(jīng)常工作點（測量示值）應在儀表量程的

2/3～3/4處，對壓力表應有較大的安全系數(shù)，可經(jīng)常工作在儀表量程的1/2～2/3處。

4、儀表的變差（遲滯誤差）

在規(guī)定的條件下，用同一儀表對被測量進行正、反行程的測量，即采用單方向逐漸增大和逐漸減小被測量的方法，使儀表從不同的方向反映同一被測量的示值。對某一測量點所得到的正、反行程兩次示值之差稱為該測量點上的遲滯差值。

遲滯誤差用全量程中最大的遲滯差值△yHmax與滿量程輸出值之比的百分數(shù)表示：

遲滯誤差是由于系統(tǒng)內(nèi)部部件存在著摩擦、間隙等原因而造成死區(qū)所致。它是反映精密度的一個指標。

5、儀表的靈敏度

儀表輸出信號的變化量△y和引起這個輸出變化量的被測量變化量△x比值，稱為儀表的靈敏度，即

對于線性測量系統(tǒng)，其靈敏度為一常數(shù)；而對非線性測量系統(tǒng)，靈敏度是隨輸入量的變化而變化的。靈敏度特性（a）線性測量系統(tǒng)（b）非線性測量系統(tǒng)

儀表的靈敏度是表示儀表對被測量值反應能力的指標，儀表的靈敏度越高，其示值的位數(shù)越多，能反應的被測量值也越小。

但是儀表的靈敏度應與儀表的允許誤差相適應，如果不適當?shù)靥岣邇x表的靈敏度，反而可能導致其精確度的下降。而且，把示值位數(shù)增多至小于儀表允許誤差的精確程度也是毫無意義的。

因此，通常規(guī)定儀表刻度標尺上的分格值不應小于允許誤差的絕對值。

6、儀表的靈敏限（分辨力）

儀表響應輸入量微小變化的能力稱為儀表的分辨力。分辨力是指能引起儀表指示器發(fā)生可見變化的被測量的最小變化量。

儀表的分辨力不足將引起分辨誤差，即在被測量變化到到某一數(shù)值時，儀表示值仍不變化，這個不能引起輸出變化的的輸入信號的最大幅度，稱為儀表的不靈敏區(qū)（或死區(qū)）。

分辨力與靈敏度都與儀表的量程有關(guān)，并和儀表的精度等級相適應。一般儀表的分辨力不大于儀表允許絕對誤差的二分之一。

7、線性度

在理想情況下，測量系統(tǒng)的輸出與輸入之間關(guān)系是一條直線，而實際是一條曲線。該曲線通過靜態(tài)校準獲得，故也稱為校準曲線。測量系統(tǒng)的線性度就是衡量這條校準曲線和理論直線不吻合程度的，常以相對誤差形式表示。

線性度用全量程范圍內(nèi)測量系統(tǒng)實際校準曲線和線性理論曲線之間的最大偏差絕對值與該系統(tǒng)滿量程輸出值之比值的百分數(shù)來表征，為

儀表的線性示意圖（a）儀表輸入輸出實際特性曲線（b）理論特性曲線

8、重復性誤差

在相同的測量條件下，對應同一個輸入量進行多次重復測量，其輸出量不一致，這種差值稱為重復差值。

重復性誤差是在全部正、反行程中用全量程的最大重復差值與滿量程輸出值之比的百分數(shù)表示，即

重復性誤差的大小表示了測量值的離散程度，它是衡量隨機誤差（精密度）的指標，所以采用標準誤差σ來代替△yRmax較合理。

9、漂移

在一定的環(huán)境和工作條件下，測量系統(tǒng)的輸入量固定不變時，其輸出量卻發(fā)生變化，這種變化稱為漂移。

漂移往往是由于測量系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化或零（元）件性能不穩(wěn)定而引起的。漂移是衡量測量系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標。第三章思考題1、測量系統(tǒng)的主要性能指標及各項指標的含義是什么？2、對一量程范圍為（0～100）×105Pa，精度等級為1.5級的壓力表進行檢定，測得數(shù)據(jù)如下（單位：×105Pa）標準表：020406080100被檢表：（正）0.120.140.560.882102被檢表：（反）0.119.639.86081101試計算被檢表的變差并判斷該表是否合格?3、根據(jù)GB50423－2002《通風與空調(diào)工程施工及驗收規(guī)范》中規(guī)定風管系統(tǒng)的工作壓力大于500Pa且小于1500Pa時為中壓系統(tǒng)?，F(xiàn)有一中壓（1200Pa）風管系統(tǒng)，為了監(jiān)控此系統(tǒng)工作壓力的情況，需要配置測壓儀表，要求測量的絕對誤差為±10Pa，根據(jù)你所學的知識按測量要求選擇最合適的儀表。4、0.1級10A電流表經(jīng)過檢定后，最大示值誤差在3A處為＋3mA，問此表是否合格？5、1.0級的儀表就是保證測量范圍內(nèi)的示值誤差不超過示值的1％，這種說法對嗎？為什么？

6、某管道內(nèi)蒸汽溫度為500℃，測量儀表顯示值為502℃，該溫度計為1.0級，測量范圍是0～