第3章 测量装置基本特性PPT讲稿.ppt
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1、第3章 测量装置基本特性第1页,共43页,编辑于2022年,星期一 测测量量装装置置作作为为系系统统看看待待。简简化化为为处处理理输输入入量量x(t)、系统传输特性系统传输特性h(t)和输出和输出y(t)之间关系之间关系x(t)h(t)y(t)3)输入和系统特性已知,推断系统输出量输入和系统特性已知,推断系统输出量(预测预测)1)输入、输出已知,推断系统的传输特性输入、输出已知,推断系统的传输特性(系统辨识系统辨识)2)系统特性已知,输出可测量,推断输入量系统特性已知,输出可测量,推断输入量(反求反求)第三章第三章 测量装置基本特性测量装置基本特性 物理量传感器传感器变换装置变换装置显示记录装
2、置第2页,共43页,编辑于2022年,星期一一、静态测试和动态测试一、静态测试和动态测试 1静态测试静态测试 输入量不随时间变化输入量不随时间变化 2 动态测试动态测试 输入和输出都是随时间变化的信号输入和输出都是随时间变化的信号 第三章第三章 测量装置基本特性测量装置基本特性 第3页,共43页,编辑于2022年,星期一二、测试系统基本要求二、测试系统基本要求 理想测试系统:理想测试系统:具有单值的、确定的输入输出关系。具有单值的、确定的输入输出关系。对于每一输入量都只有单一的输出量与之对应。对于每一输入量都只有单一的输出量与之对应。以输出和输入成线性关系最佳。以输出和输入成线性关系最佳。xy
3、线性线性xy线性线性xy非线性非线性第三章第三章 测量装置基本特性测量装置基本特性 第4页,共43页,编辑于2022年,星期一第三章第三章 测量装置基本特性测量装置基本特性 四、测量装置数学模型四、测量装置数学模型 常系数线性微分方程常系数线性微分方程第5页,共43页,编辑于2022年,星期一 时不变线性系统性质时不变线性系统性质:1)叠加原理叠加原理2)比例特性比例特性第三章第三章 测量装置基本特性测量装置基本特性 3)频率不变原理频率不变原理(频率保持性频率保持性)输出信号频率等于输入输出信号频率。输出信号频率等于输入输出信号频率。第6页,共43页,编辑于2022年,星期一第二节第二节 测
4、量装置静态特性测量装置静态特性静态测量微分方程式静态测量微分方程式 静态测量:静态测量:测量装置的输入、输出信号不随时间而变化测量装置的输入、输出信号不随时间而变化 静态测量时,测试装置表现出的响应特性静态测量时,测试装置表现出的响应特性静态响应特性静态响应特性 参数:参数:线性度、滞后、重复度、灵敏度线性度、滞后、重复度、灵敏度第三章第三章 测量装置基本特性测量装置基本特性 第7页,共43页,编辑于2022年,星期一一、线性度一、线性度 标定曲线与拟合直线的偏离程度标定曲线与拟合直线的偏离程度 若若在在标标称称(全全量量程程)输输出出范范围围A内内,标标定定曲曲线线偏偏离离拟拟合合曲曲线线的
5、最大偏差为的最大偏差为B 非线性度非线性度=B/A100%二、滞后二、滞后(回程误差、迟滞、滞环回程误差、迟滞、滞环)滞后产生原因:滞后产生原因:1)机械结构中存在摩擦和游隙机械结构中存在摩擦和游隙2)测试系统中有吸收能量的元件测试系统中有吸收能量的元件(滞后特性滞后特性)第二节第二节 测量装置静态特性测量装置静态特性第8页,共43页,编辑于2022年,星期一 增益、放大倍数增益、放大倍数 注意:注意:灵敏度越高,测量范围越窄,合理选择灵敏度。灵敏度越高,测量范围越窄,合理选择灵敏度。三、灵敏度三、灵敏度 当当测测试试装装置置的的输输入入x有有一一增增量量x,引引起起输输出出y发发生生相相应应
6、的的变化变化y时,时,定义定义:S=y/x 系统灵敏度系统灵敏度 第二节第二节 测量装置静态特性测量装置静态特性xy第9页,共43页,编辑于2022年,星期一四、重复性四、重复性 在相同测量条件下,对同一被测量进行连续多次在相同测量条件下,对同一被测量进行连续多次测量时,其测量结果间不一致的程度测量时,其测量结果间不一致的程度第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性 测量装置动态特性测量装置动态特性测量装置对随时间变化的输入量的响应特性。测量装置对随时间变化的输入量的响应特性。x(t)h(t)y(t)第二节第二节 测量装置静态特性测量装置静态特性第10页,共43页,编辑于2022年,星期
7、一目的:目的:1)根据信号频率范围及测量误差要求确定测量装置;根据信号频率范围及测量误差要求确定测量装置;2)已知测量装置动态特性,估算可测量信号的频率范围与对已知测量装置动态特性,估算可测量信号的频率范围与对应的动态误差。应的动态误差。第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性一、传递函数一、传递函数 初始条件为零时,系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变初始条件为零时,系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。换之比。第11页,共43页,编辑于2022年,星期一在初始条件为零的条件下,系统输出在初始条件为零的条件下,系统输出y(t)的傅氏变换的傅氏变换Y(j)与输入量与输入量x(t)的傅氏变换
8、的傅氏变换X(j)之比之比二、频率响应特性二、频率响应特性第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第12页,共43页,编辑于2022年,星期一 实验求传递函数原理实验求传递函数原理 依次用不同频率依次用不同频率fi的简谐信号去激励被测系统,同时测出激的简谐信号去激励被测系统,同时测出激励和系统的稳态输出的幅值、相位,得到幅值比励和系统的稳态输出的幅值、相位,得到幅值比Ai、相位差、相位差i,绘制得到系统的幅频和相频特性曲线。绘制得到系统的幅频和相频特性曲线。依据:频率保持性依据:频率保持性 若若 x(t)=Asin(t+x)则则 y(t)=Bsin(t+y)第三节第三节 测试装置动态特性
9、测试装置动态特性第13页,共43页,编辑于2022年,星期一优点:优点:简单简单缺点:缺点:效率低效率低 第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第14页,共43页,编辑于2022年,星期一1.一一阶阶系系统统惯惯性性环环节节(非非周周期期环节环节)三、三、常用测试装置传递函数常用测试装置传递函数温度温度 湿度湿度 酒酒精精液柱式温度计、液柱式温度计、RC低通滤波器、弹簧低通滤波器、弹簧-阻尼系统等阻尼系统等(1)一阶系统微分方程一阶系统微分方程弹簧弹簧-阻尼系统阻尼系统kc y(t)x(t)令令时间常数,结构参数决定时间常数,结构参数决定 第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性
10、第15页,共43页,编辑于2022年,星期一(2)一阶系统传递函数一阶系统传递函数 (3)一阶系统频率特性一阶系统频率特性 传递函数传递函数幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第16页,共43页,编辑于2022年,星期一2.二阶系统二阶系统振荡环节振荡环节质量质量-弹簧弹簧-阻尼系统、阻尼系统、RLC电路、动圈式仪表电路、动圈式仪表系统的静态灵敏度系统的静态灵敏度 阻尼率;阻尼率;系统的固有频率;系统的固有频率;kc y(t)x(t)m(1)二阶系统微分方程二阶系统微分方程质量质量-弹簧弹簧-阻尼系统阻尼系统第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动
11、态特性弹弹簧簧秤秤第17页,共43页,编辑于2022年,星期一(2)(2)二阶系统传递函数二阶系统传递函数二阶系统传递函数二阶系统传递函数(3)二阶系统频率特性二阶系统频率特性 二阶系统动态特性参数:固有频率二阶系统动态特性参数:固有频率 和阻尼率和阻尼率 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第18页,共43页,编辑于2022年,星期一四、环节串联和并联四、环节串联和并联1.串联串联X(s)H(s)Z(s)H1(s)H2(s)Y(s)第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第19页,共43页,编辑于2022年,星期一2.并联并联H2(s)H1
12、(s)H(s)X(s)Y(s)第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第20页,共43页,编辑于2022年,星期一五、对测量装置要求:五、对测量装置要求:频率特性好,灵敏度高,响应快,时间滞后小频率特性好,灵敏度高,响应快,时间滞后小 设测试系统的输出设测试系统的输出y(t)与输入与输入x(t)满足:满足:y(t)=A0 x(t-0)第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性y(t)=A0 x(t-0)y(t)=A0 x(t)0第21页,共43页,编辑于2022年,星期一y(t)=A0 x(t-0)傅立叶变换傅立叶变换 测量系统频率响应测量系统频率响应 波形不失真,波形不失真,满足:
13、满足:幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第22页,共43页,编辑于2022年,星期一一、阶跃响应一、阶跃响应1.1.一阶系统阶跃响应一阶系统阶跃响应当当A=1时,输入为单位阶跃信号时,输入为单位阶跃信号(函数函数)微分方程的解为微分方程的解为(令令S=1)若系统输入信号为单位阶跃信号,即若系统输入信号为单位阶跃信号,即x(t)=u(t),则,则X(s)=1/s,Y(s)=H(s)/s输入阶跃信号输入阶跃信号第三节第三节 测试装置动态特性测试装置动态特性第23页,共43页,编辑于2022年,星期一0t ty(t)为指数曲线;为指数曲线;y(0)=0
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