非電量電測(cè)技術(shù)的PPT演示幻燈片

1、1,第一章 非電量電測(cè)技術(shù)的基本知識(shí),2,1-1測(cè)量的概念及其測(cè)量方法,借助專門的設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)被側(cè)對(duì)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(cè)量,同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量,一、測(cè)量的概念和定義,專門設(shè)備,取得數(shù)量,讀數(shù),一切測(cè)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：,3,測(cè)試結(jié)果： 被測(cè)量數(shù)值(大小及符號(hào)) 單位,直接測(cè)量:,二、測(cè)量方法,簡(jiǎn)單測(cè)量：當(dāng)選用適當(dāng)?shù)膬x表，即可直接測(cè)得被測(cè)量的大小。,只包括一項(xiàng)簡(jiǎn)單測(cè)量和根據(jù)一些已知數(shù)據(jù)，對(duì)被測(cè)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算就可以得到被測(cè)物理量的大小。,被測(cè)量,簡(jiǎn)單測(cè)量,已知數(shù)據(jù),4,間接測(cè)量

2、：,對(duì)于幾個(gè)與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測(cè)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(cè)量,扭矩,軸轉(zhuǎn)速,一般：,被測(cè)量,二個(gè)或二個(gè)以上的簡(jiǎn)單測(cè)量,確定的函數(shù)關(guān)系,5,偏差法：當(dāng)測(cè)量?jī)x表用指針相對(duì)刻度線的位移（偏差）來(lái)直接表示被測(cè)量的大小。,零位法：在測(cè)量時(shí)，被測(cè)量的作用效應(yīng)用已知量的效應(yīng)來(lái)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(cè)量電壓等。,微差法：被測(cè)量的大部分用零位法測(cè)量（此時(shí)，大部分的被測(cè)量已與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相抵消，其余部分再用偏差法來(lái)測(cè)量。,偏差法、零位法、微差法,例：用不平衡電橋測(cè)量電阻。,6,1-2測(cè)量誤差及其分類,一、誤差分

3、類 (一)按誤差的表示方法： 1.絕對(duì)誤差：,測(cè)量值（示值）,真值，約定真值,修正值：,7,2.相對(duì)誤差：,(1)實(shí)際相對(duì)誤差,(2)示值相對(duì)誤差,儀器示值,(3)滿度相對(duì)誤差（引用誤差）,儀器的滿度值,被測(cè)量的實(shí)際值,8,1.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(cè)量準(zhǔn)確度 2.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(cè)量的精密度(分散性)及重復(fù)性,(二)按誤差的性質(zhì),9,精密度：反映測(cè)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(cè)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A：,10,(三)按誤差與被測(cè)量的關(guān)系

4、,2.積累誤差(倍率誤差),式中,為比例系數(shù),y,x,定值誤差,1.定值誤差(零位誤差)(附加誤差)o,11,(四)按被測(cè)量與時(shí)間的關(guān)系,1.靜態(tài)誤差：被測(cè)量穩(wěn)定不變時(shí)的測(cè)量誤差。 2.動(dòng)態(tài)誤差：被測(cè)量隨時(shí)間變化過程中，進(jìn)行 測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的附加誤差。,12,1-3測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性,靜態(tài)特性：表示測(cè)量?jī)x表在被測(cè)量處于穩(wěn)定 狀態(tài)時(shí)的輸出-輸入關(guān)系。 衡量測(cè)量?jī)x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,13,一、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,14,端基線性度：,端點(diǎn)直線。 端點(diǎn)指與量程的上下限值對(duì)應(yīng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)點(diǎn)。通常取零點(diǎn)作為端點(diǎn)

5、直線的起始點(diǎn)；滿量程的輸出100作為終止點(diǎn)，通過兩點(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”。,15,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(duì)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(duì)與所選的直線的最大正偏差等于最小負(fù)偏差。,16,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：,17,二、靈敏度(傳遞系數(shù)),三、分辨率與分辨力,18,四、遲滯（滯環(huán)）,19,五、重復(fù)性,20,1-4測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)誤差,一.串聯(lián)開環(huán)系統(tǒng),K1,K2,Kn,系統(tǒng)靜態(tài)特性：,系統(tǒng)靈敏度：,

6、21,每個(gè)環(huán)節(jié)誤差對(duì)總誤差的影響（絕對(duì)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(duì)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：,22,同理：,23,系統(tǒng)總誤差：,（121）,24,每個(gè)環(huán)節(jié)誤差對(duì)總誤差的影響（相對(duì)誤差）：,系統(tǒng)總相對(duì)誤差：,假定每個(gè)環(huán)節(jié)的相對(duì)誤差為：,前已導(dǎo)出：,25,每個(gè)環(huán)節(jié)誤差對(duì)總誤差的影響（相對(duì)誤差）：,同理：,意義： 每個(gè)環(huán)節(jié)的相對(duì)誤差對(duì)系統(tǒng)總的相對(duì)誤差的影響等于該環(huán)節(jié)的相對(duì)誤差的本身。,系統(tǒng)總相對(duì)誤差：,26,二反饋系統(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,27,設(shè)閉環(huán)系統(tǒng)：,反饋系統(tǒng)的傳

7、遞函數(shù),28,反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù),證明：,對(duì)正向通道：,對(duì)反向通道：,另外：,29,反饋系統(tǒng)的誤差（絕對(duì)誤差） ：,正向通道各個(gè)環(huán)節(jié)誤差 對(duì)輸出端的影響：,反向通道各個(gè)環(huán)節(jié)誤差 對(duì)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(hào)而對(duì)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),30,反饋系統(tǒng)的誤差（絕對(duì)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)的誤差在輸出端引起的誤差,31,反饋系統(tǒng)的誤差(相對(duì)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(duì)誤差,為前向環(huán)節(jié)總相

8、對(duì)誤差,為反饋環(huán)節(jié)總相對(duì)誤差,（131）,32,反饋系統(tǒng)的誤差(相對(duì)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(duì)前向通道KI只要求足夠大，穩(wěn)定性要求可以放寬。；,33,1-5 測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,動(dòng)態(tài)特性：就是指測(cè)量系統(tǒng)對(duì)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(hào)； y(t)_輸出信號(hào); ai，bi_由傳感器某些物理參數(shù)定。,34,對(duì)于傳感器而言，一般：,常見的傳感器，其物理模型通常可以簡(jiǎn)化為： 零階模型： 一階模型： 二階模型：,35,2、傳遞函數(shù),二、傳遞函數(shù),1、拉普拉茲變換：,36,三、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：,37,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