理论教育 静态特性参数简介

静态特性参数简介

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:定度曲线接近拟合直线的程度,称为测试系统的线性度。图2.6线性度回程误差实际的测试系统,由于内部的弹性元件的弹性滞后、磁性元件的磁滞现象以及机械摩擦、材料受力变形、间隙等原因,使得相同的测试条件下,在输入量由小增大和由大减小的测试过程中,对应于同一输入量所得到的输出量往往存在差值,这种现象称为迟滞。图2.8重复性特性曲线重复性误差为随机误差,用正反行程中最大偏差Δmax与满量程输出Ymax的比值的百分数表示,即

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(1)灵敏度

灵敏度是指测试系统在静态测量时,输出量的增量与输入量的增量之比的极限值(见图2.5),即

图2.5 灵敏度

一般情况下,灵敏度S将随输入x的变化而改变,是系统输入⁃输出特性曲线的斜率。反映测试系统对输入信号变化的敏感程度。若灵敏度越高,系统的稳定性越差,测量范围也越小。

对于线性系统,则

灵敏度的量纲由输出和输入的量纲决定。当测试系统的输出与输入的量纲相同时,灵敏度为无量纲的形式,习惯上常将这类灵敏度称为“增益”或“放大倍数”。

(2)分辨力

分辨力指的是测试系统能检测出来的输入量的最小变化量。通常用最小单位输出量所对应的输入量来表示。测试系统的分辨力越高,则它能检测出的输入量的最小变化量值越小。

(3)线性度

线性度是指测试系统输出、输入之间保持常值比例关系的程度。实际的测试系统输出与输入之间,并非是严格的线性关系。为了使用简便,约定用直线关系代替实际关系,即用某种拟合直线代替定度曲线(校准曲线或标定曲线)作为测试系统的静态特性曲线。定度曲线接近拟合直线的程度,称为测试系统的线性度。在系统标称输出范围内,以实际输出对拟合直线的最大偏差ΔLmax与满量程输出A的比值的百分率为线性度的指标,即

拟合直线的确定方法常用以下两种:

1)端基直线法

端基直线法也称两点连线法,是在测得的定度曲线上,把通过零点和满量程输出点的连线作为拟合直线,如图2.6(a)所示。这种方法简单,但由于与数据的分布无关,因此,拟合精度较低,主要用于描述以系统误差为主的系统。

2)最小二乘法

最小二乘法的拟合直线通过坐标原点,使它与定度曲线输出量偏差的平方和为最小,这种方法计算复杂,但它保证了所有测量值最接近拟合直线、有很高的拟合精度,如图2.6(b)所示。

图2.6 线性度

(4)回程误差

实际的测试系统,由于内部的弹性元件的弹性滞后、磁性元件的磁滞现象以及机械摩擦、材料受力变形、间隙等原因,使得相同的测试条件下,在输入量由小增大和由大减小的测试过程中,对应于同一输入量所得到的输出量往往存在差值,这种现象称为迟滞。对于测试系统的迟滞的程度,用回程误差来描述。定义测试系统的回程误差是在相同的测试条件下,全量程范围内的最大迟滞差值hmax与标称满量程输出Ymax的比值的百分率,(见图2.7),则(www.daowen.com)

图2.7 回程误差

(5)稳定性

稳定性指的是测试系统在一定的工作条件下,即使保持输入信号不变,其输出信号也可能随时间或温度的变化而发生缓慢变化的特性。测试系统的稳定性有两种指标:一是时间上的稳定性,以稳定度表示;二是测试仪器外部环境和工作条件变化所引起的示值的不稳定性,以各种影响系数表示。

1)稳定度

稳定度是指在规定的工作条件下,测试系统的某些性能随时间变化的程度。它是由测试系统内部存在的随机性变动、周期性变动和漂移等原因所引起的示值变化。一般用示值的波动范围与时间之比δs来表示。例如,示值的电压在24h内的波动幅度为2.1mV,则系统的稳定度为

2)环境影响

室温、大气压等外界环境的状态变化对测试系统示值的影响,以及电源电压、频率等工作条件的变化对示值的影响,用影响系数β表示。例如,周围介质温度变化所引起的示值的变化,可用温度系数βt表示;电源电压变化所引起的示值变化,可用电源电压系数βv(示值变化/电压变化率)表示。如某应变仪的指示应变在温度变化1℃时,读数变化0.015με,则其温度系数为

βt=0.015με/℃

3)漂移与零漂

测试系统在正常使用的条件下,系统的输入量不发生任何变化,而系统的输出量在经过一段时间后却发生了改变,这种现象称为漂移,以输出量的变化表示。当输入量为零时,测试系统也有一定的输出,习惯上称这种现象为零漂。零漂中既含有直流成分,也含有交流成分,环境条件的影响较为突出,特别是湿度和温度的影响,其变化趋势较为缓慢。工程上常在零输入时,对漂移进行观测和度量。测量时,只需将输入端对地短接,再测量其输出,即可得到零漂值,并以此修正测试系统的输出零点,减小零漂对测试精度的影响。漂移主要由仪器的内部温度变化和元件的不稳定性引起。

(6)精确度

精确度是指测试系统的指示值与被测量值真值的符合程度。精确度是由非线性、迟滞、温度变化、漂移等一系列因素所导致的不确定度之和。

(7)可靠性

可靠性是指测试系统无故障工作时间的长短,特别要考虑到工作环境对测试系统的影响。

(8)重复性

重复性指的是测试系统在同一工作条件下,按同一方向进行全量程多次(3次以上)测量时,对于同一个输入量其输出量的不一致程度,如图2.8所示。

图2.8 重复性特性曲线

重复性误差为随机误差,用正反行程中最大偏差Δmax与满量程输出Ymax的比值的百分数表示,即

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