电气与电子测量技术——测量基本概念-测量系统的基本特性.pptx

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1测量系统的基本特性测量系统的基本特性2n测量系统一般定义测量系统一般定义众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显众多环节组成的对被测物理量进行检测、调理、变换、显示或记录的完整系统。

示或记录的完整系统。

测量系统的基本知识测量系统的基本知识n广义测量系统广义测量系统指单台的测量仪器，和由多台仪器及设备等组成的完整指单台的测量仪器，和由多台仪器及设备等组成的完整测试系统，也可指组成测量系统中的某一环节或单元。

测试系统，也可指组成测量系统中的某一环节或单元。

3测量系统的基本知识测量系统的基本知识n测量系统的基本特性测量系统的基本特性系统的系统的输入输入与与输出输出之间的关系之间的关系H（t）。

）。

n测量系统三要素：

测量系统三要素：

输入、输出、基本特性输入、输出、基本特性4测量系统的基本知识测量系统的基本知识例：

输电线路运行状态监测系统例：

输电线路运行状态监测系统5测量系统的基本知识测量系统的基本知识张力传感器技术指标张力传感器技术指标技术参数技术参数单位单位技术指标技术指标测量范围t0-5输出电压mV/V2.0精确度%F.S0.05重复性%F.S0.03零点输出%F.S45o）幅值衰减幅值衰减相位滞后相位滞后1/点称为转折频率。

点称为转折频率。

是反映一阶系统特性的最重要参数，是反映一阶系统特性的最重要参数，决定了测试系统适应的工作频率范围。

决定了测试系统适应的工作频率范围。

1/时：

时：

42【例例】已知一热电偶近似一阶系统时间常数已知一热电偶近似一阶系统时间常数10s,如果用它来测量一台炉子的温度，炉内如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在温度在540和和500之间按近似正弦曲线之间按近似正弦曲线波动，周期为波动，周期为80s，静态灵敏度，静态灵敏度k=1，试求，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。

与输出信号之间的相位差和滞后时间。

43一阶系统阶跃响应特性一阶系统阶跃响应特性当系统输入阶跃信号当系统输入阶跃信号x（t）x（t）：

0.95A动态响应特性主要取决于时间常数动态响应特性主要取决于时间常数；值越大响应慢；值越大响应慢；值越小系统响应速度快。

值越小系统响应速度快。

一阶系统响应一阶系统响应y（t）：

44典型测量系统典型测量系统二阶系统二阶系统uoo【例例】+Cii二阶电路二阶电路UUii+SR0：

系系统固有角固有角频率率：

阻尼比阻尼比K：

直流放大倍数：

直流放大倍数（静（静态灵敏度）灵敏度）一般型式：

一般型式：

标准型式：

标准型式：

45二阶系统的频率响应特性二阶系统的频率响应特性微分方程：

微分方程：

为系统固有角频率为系统固有角频率，为阻尼比。

为阻尼比。

传递函数：

传递函数：

频率特性：

频率特性：

46二阶系统的频率响应特性二阶系统的频率响应特性相频特性相频特性幅频特性幅频特性对数幅频特性对数幅频特性二阶系统频率特性的重要二阶系统频率特性的重要参数是参数是,。

（令K=1时）47幅频特性幅频特性相频特性相频特性48二阶系统的阶跃响应特性二阶系统的阶跃响应特性输入：

输入：

当当1时：

时：

当当01时：

时：

无过冲，无震荡，为无过冲，无震荡，为过阻尼情况。

过阻尼情况。

产生衰减震荡产生衰减震荡为为欠阻尼欠阻尼情况情况。

输出响应：

输出响应：

其振荡角频率（阻尼振荡角频率）为其振荡角频率（阻尼振荡角频率）为d，幅值按指数衰减。

，幅值按指数衰减。

越大，即阻尼越大，衰减越快。

越大，即阻尼越大，衰减越快。

49二阶系统的阶跃响应特性二阶系统的阶跃响应特性当当=1时时：

为为临界阻尼情况。

临界阻尼情况。

输出量以指数规律逼近稳态值，是欠阻尼状态到输出量以指数规律逼近稳态值，是欠阻尼状态到过阻尼状态的转折点。

过阻尼状态的转折点。

一般取一般取=0.60.8输出响应：

输出响应：

当当=0时时：

为无阻尼情况。

为无阻尼情况。

输出量输出量y（t）围绕稳态值围绕稳态值A作等幅振作等幅振荡，振，振荡频率是系率是系统的固有的固有频率率0。

50动态误差动态误差一个测量系统的频率特性为一个测量系统的频率特性为W（j）W（j），它所要执行的功能用理想频率特，它所要执行的功能用理想频率特性表示为性表示为WWNN（jj），二者之间存在的误差。

），二者之间存在的误差。

动态幅值误差表达式为：

动态幅值误差表达式为：

相位误差表达式为：

相位误差表达式为：

51定定义对数幅数幅频特性特性A（）的值不超过理的值不超过理想幅频特性值的想幅频特性值的3dB时所对应的频率范围，时所对应的频率范围，即即:

频带宽频带宽工作频带工作频带定义定义频域动态幅值相对误差小于所规定的允许频域动态幅值相对误差小于所规定的允许值值（1%、5%或或10%等等）所对应的频率范所对应的频率范围。

即围。

即:

带宽频率和工作频带带宽频率和工作频带（通频带）（通频带）52一阶系统的动态误差一阶系统的动态误差通频带通频带（00）用转折频率表征。

）用转折频率表征。

当信号频率等于转折频率时，动态幅值误差已达当信号频率等于转折频率时，动态幅值误差已达-29.3%-29.3%，即幅，即幅值已衰减值已衰减3dB3dB。

工作频带工作频带一般测量仪器、系统的一般测量仪器、系统的工作频带工作频带是指动态幅值误差是指动态幅值误差或或1010的信号频率范围，这时一阶系统允许频率比的信号频率范围，这时一阶系统允许频率比f/ff/f=0.3=0.3或或0.50.5，这时相位误差已达，这时相位误差已达16.716.7或或26.626.6。

例：

例：

电气测量系统的主要技术指标电气测量系统的主要技术指标n应用范围应用范围n分辨率分辨率n精度和误差精度和误差n灵敏度灵敏度n线性线性n失调和漂移失调和漂移n动态范围动态范围n可靠性可靠性n环境条件环境条件测量系统的主要技术指标测量系统的主要技术指标56张力传感器技术指标张力传感器技术指标技术参数技术参数单位单位技术指标技术指标测量范围t0-5输出电压mV/V2.0精确度%F.S0.05重复性%F.S0.03零点输出%F.S1零点温漂%F.S/0.005绝缘电阻M5000供桥电压VDC10工作温度-20-70允许过载%F.S150备注可设计成12V或24V供电，05V或420mA信号输出

（1）用用10V电源满量程时电源满量程时输出电压及灵敏度？

输出电压及灵敏度？

（2）当分辨力当分辨力50N时，对时，对应输出最小可分辨电压电应输出最小可分辨电压电压？

压？

测量系统的主要技术指标测量系统的主要技术指标57v测量基本概念测量基本概念v测量方法分类（直接测量和间接测量等）测量方法分类（直接测量和间接测量等）v现代测量系统的基本组成现代测量系统的基本组成v测量系统（仪器）的基本特性和技术指标测量系统（仪器）的基本特性和技术指标本章小节本章小节58本章小节本章小节n测量系统的静态特性和指标测量系统的静态特性和指标（11）测测量量系系统统的的静静态态特特性性的的获获得得方方法法和和表表示示方法方法（22）主要静态特性和指标）主要静态特性和指标灵灵敏敏度度（放放大大倍倍数数）、线线性性度度、回回程程误误差差、重复性、重复性、测量范围测量范围、分辨力、分辨力、零位、精度等。

零位、精度等。

59本章小节本章小节n测量系统的动态特性和指标测量系统的动态特性和指标（11）典典型型的的动动态态测测量量的的信信号号：

正正弦弦信信号号用用于于频频域域测测试试，得得到到频频率率特特性性;阶阶跃跃信信号号用用于于时域测试，得到阶跃响应。

时域测试，得到阶跃响应。

（22）典型动态系统：

）典型动态系统：

一阶系统，二阶系统一阶系统，二阶系统；（33）频频域域特特性性和和特特征征参参数数：

相相频频特特性性、（对对数数）幅幅频频特特性性；一一阶阶系系统统转转折折频频率率；二二阶阶系系统统阻阻尼尼比比和固有角频率；频带宽、工作频带；和固有角频率；频带宽、工作频带；（33）时时域域特特性性和和特特征征参参数数：

时时间间常常数数；响响应应时时间间；上升时间；超调量；衰减比等；上升时间；超调量；衰减比等；