非電量電測技術的PPT演示幻燈片

1、1,第一章 非電量電測技術的基本知識,2,1-1測量的概念及其測量方法,借助專門的設備，通過實驗的方法，對被側(cè)對象收集信息，取得數(shù)量概念的過程。,實驗方法,信息收集,示差、平衡,非電量,電量,比較：,被測量,同性質(zhì)的標準量,一、測量的概念和定義,專門設備,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：,3,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：當選用適當?shù)膬x表，即可直接測得被測量的大小。,只包括一項簡單測量和根據(jù)一些已知數(shù)據(jù)，對被測結(jié)果進行運算就可以得到被測物理量的大小。,被測量,簡單測量,已知數(shù)據(jù),4,間接測量

2、：,對于幾個與被測量有確定關系的物理量進行直接測量，然后通過代表該函數(shù)關系的公式、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,二個或二個以上的簡單測量,確定的函數(shù)關系,5,偏差法：當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，被測量的作用效應用已知量的效應來平衡，結(jié)果是相互的作用縮小到零。,例 ：指針式儀表,例：用電位差計測量電壓等。,微差法：被測量的大部分用零位法測量（此時，大部分的被測量已與已知的標準量相抵消，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。,6,1-2測量誤差及其分類,一、誤差分

3、類 (一)按誤差的表示方法： 1.絕對誤差：,測量值（示值）,真值，約定真值,修正值：,7,2.相對誤差：,(1)實際相對誤差,(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：測量準確度 2.隨機誤差 定義：指服從大數(shù)統(tǒng)計規(guī)律的誤差。 表征：測量的精密度(分散性)及重復性,(二)按誤差的性質(zhì),9,精密度：反映測量結(jié)果分散性大小、即重復性一致的程度。,準確度：反映測量結(jié)果與真值之差大小的程度。,精確度精密度準確度 精(確)度A：,10,(三)按誤差與被測量的關系

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)按被測量與時間的關系,1.靜態(tài)誤差：被測量穩(wěn)定不變時的測量誤差。 2.動態(tài)誤差：被測量隨時間變化過程中，進行 測量時所產(chǎn)生的附加誤差。,12,1-3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)時的輸出-輸入關系。 衡量測量儀表靜態(tài)特性的性能指標是： 線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復性、量程,13,一、線性度(非線性誤差),端基線性度,平均選點法線性度,最小二乘法線性度,14,端基線性度：,端點直線。 端點指與量程的上下限值對應的標定數(shù)據(jù)點。通常取零點作為端點

5、直線的起始點；滿量程的輸出100作為終止點，通過兩點的直線稱為“端點直線”。 實際曲線與端點直線的最大誤差就是“端基線性度”。,15,平均選點法線性度：,作兩條與端點直線平行的直線，使之恰好包圍所有的數(shù)據(jù)點。然后在這一對平行線之間作一條正、負距離相等的直線，并使實際輸出特性相對與所選的直線的最大正偏差等于最小負偏差。,16,最小二乘法線性度：,找一條直線，使各實際數(shù)據(jù)點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、重復性,20,1-4測量系統(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,每個環(huán)節(jié)誤差對總誤差的影響（絕對誤差） ：,假定各個環(huán)節(jié)的誤差為：y1, y2， yn,則：,第1個環(huán)節(jié)的誤差對系統(tǒng)的產(chǎn)生的誤差,第1個環(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：,假定每個環(huán)節(jié)的相對誤差為：,前已導出：,25,每個環(huán)節(jié)誤差對總誤差的影響（相對誤差）：,同理：,意義： 每個環(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：,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：,對正向通道：,對反向通道：,另外：,29,反饋系統(tǒng)的誤差（絕對誤差） ：,正向通道各個環(huán)節(jié)誤差 對輸出端的影響：,反向通道各個環(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)推導得）,前向通道中第I+1個環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù),第I+1個反饋環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù),30,反饋系統(tǒng)的誤差（絕對誤差）：,（130）,前向通道各個環(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

8、對誤差,為反饋環(huán)節(jié)總相對誤差,（131）,32,反饋系統(tǒng)的誤差(相對誤差）：,討論,1、引入負反饋環(huán)節(jié)，即能減小誤差的影響；,2、設法增加正向環(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。；,33,1-5 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性,動態(tài)特性：就是指測量系統(tǒng)對隨時間 而變化的輸入量 的響應特性。,一、線性系統(tǒng)的一般數(shù)學模型,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。,34,對于傳感器而言，一般：,常見的傳感器，其物理模型通常可以簡化為： 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、正弦輸入時的頻率響應,（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：,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