第二章測(cè)量技術(shù)

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性第四節(jié)第四節(jié) 測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響第五節(jié)第五節(jié) 實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)量裝置的靜態(tài)特性測(cè)量裝置的靜態(tài)特性第六節(jié)第六節(jié) 測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量第七節(jié)第七節(jié) 負(fù)載效應(yīng)負(fù)載效應(yīng)第八節(jié)第八節(jié) 測(cè)量裝置的抗干擾測(cè)量裝置的抗干擾1.測(cè)量裝置的靜態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 概述概述測(cè)量裝置的靜態(tài)特性是通過(guò)某種意義的靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程來(lái)確定的。靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程如圖2-1所示。圖圖2-1測(cè)量裝置的靜態(tài)標(biāo)定如圖2-2所示。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述圖圖2-22. 標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)傳遞第一

2、節(jié)第一節(jié) 概述概述用來(lái)定量變量的儀器和技術(shù)統(tǒng)稱為標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)傳遞如圖2-3所示。圖圖2-33. 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 概述概述4. 測(cè)量裝置的負(fù)載特性當(dāng)被測(cè)量即輸入量隨時(shí)間快速變化時(shí)，測(cè)量輸入與相應(yīng)輸出之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述。測(cè)量裝置或測(cè)量系統(tǒng)：是由傳感器、測(cè)量電路、前置放大、信號(hào)調(diào)理、直到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或顯示等環(huán)節(jié)組成。當(dāng)傳感器安裝到被測(cè)物體上或進(jìn)入被測(cè)介質(zhì)：要從物體與介質(zhì)中吸收能量或產(chǎn)生干擾，使被測(cè)物理量偏離原有的數(shù)值，從而不可能實(shí)現(xiàn)理想的測(cè)量，這種現(xiàn)象稱為負(fù)載效應(yīng)。5.測(cè)量裝置的抗干擾性測(cè)量裝置在測(cè)量過(guò)程中要受到各種干擾：包括電源干擾、環(huán)境干擾和信道干擾。線性度是指測(cè)量裝置輸入、輸出之

3、間的關(guān)系與理想比例關(guān)系的偏離程度。如圖2-4a、b所示。第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)量裝置的靜態(tài)特性測(cè)量裝置的靜態(tài)特性一、線性度一、線性度圖圖2-4靈敏度定義為單位輸入變化所引起的輸出的變化，通常使用理想直線的斜率作為測(cè)量裝置的靈敏度值，如圖2-4b所示。第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)量裝置的靜態(tài)特性測(cè)量裝置的靜態(tài)特性二、靈敏度二、靈敏度圖圖2-4回程誤差也稱為遲滯，是描述測(cè)量裝置同輸入變化方向有關(guān)的輸出特性。如圖2-5中曲線所示。第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)量裝置的靜態(tài)特性測(cè)量裝置的靜態(tài)特性三、回程誤差三、回程誤差圖圖2-5第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)量裝置的靜態(tài)特性測(cè)量裝置的靜態(tài)特性四、分辨力四、分辨力引起測(cè)量裝置的輸出值產(chǎn)生一個(gè)可察覺(jué)變

4、化的最小輸入量變化值稱為分辨力。零點(diǎn)漂移是測(cè)量裝置的輸出偏離原始零點(diǎn)的距離，如圖2-6所示。第二節(jié)第二節(jié) 測(cè)量裝置的靜態(tài)特性測(cè)量裝置的靜態(tài)特性五、零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移五、零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移圖圖2-61. 傳遞函數(shù)（3） 對(duì)于實(shí)際的物理系統(tǒng)，輸入x(t) 和輸出y (t)都具有各自的量綱第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述（1） H（s）與輸入x(t)及系統(tǒng)的初始狀態(tài)無(wú)關(guān)，它只表達(dá)系統(tǒng)的傳輸特性傳遞函數(shù)的特點(diǎn)（2） H（s）是物理系統(tǒng)的微分方程 （4） H（s）中的分母取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。2. 頻率響應(yīng)函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)可視為系統(tǒng)特性的時(shí)域描述。第三節(jié) 測(cè)量裝置的

5、動(dòng)態(tài)特性而傳遞函數(shù)是在復(fù)數(shù)域中來(lái)描述系統(tǒng)的特性，比在時(shí)域中用微分方程來(lái)描述系統(tǒng)特性有許多優(yōu)點(diǎn)。頻率響應(yīng)函數(shù)是在頻率域中描述系統(tǒng)特性。3. 脈沖響應(yīng)函數(shù)一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述一、動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述1. 一階系統(tǒng)第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖2-9所示的三種裝置分屬于力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)范疇的裝置，但它們均屬于一階系統(tǒng)，均可用一階微分方程來(lái)描述。 一階系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系用一階微分方程來(lái)描述。圖圖2-9一階系統(tǒng)的伯德圖如圖2-10所示。第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖圖2-10奈奎斯特圖如圖2-11所示。第三節(jié)

6、測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖圖2-11以無(wú)量綱系數(shù)為橫坐標(biāo)所繪制的幅、相頻率特性曲線如圖2-12所示。第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖圖2-12一階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)如圖2-13所示。第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖圖2-132. 二階系統(tǒng)第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二階系統(tǒng)可用二階微分方程式來(lái)描述。圖2-14為二階系統(tǒng)的三種實(shí)例。二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖圖2-14二階系統(tǒng)的幅頻、相頻特性曲線如圖2-15所示。第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階

7、、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性圖圖2-15右圖為伯德圖。第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性右圖為奈奎斯特圖所示。第三節(jié) 測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性二、一階、二階系統(tǒng)的特性工程控制學(xué)指出：輸出y（t）等于輸入x（t）和系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）的卷積。即y（t）=x（t）*h（t）第四節(jié) 測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響一、系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng)一、系統(tǒng)對(duì)任意輸入的響應(yīng)一、 二階系統(tǒng)在單位階躍輸入（圖2-19）第四節(jié) 測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)圖圖2-19一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如下圖所示

8、第四節(jié) 測(cè)試裝置對(duì)任意輸入的影響二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)二、系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（1s者，稱為過(guò)壓和欠壓噪聲。供電電壓跳變的持續(xù)時(shí)間t1ms者稱為尖峰噪聲。2. 供電系統(tǒng)的抗干擾第八節(jié) 測(cè)量裝置的抗干擾二、供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾二、供電系統(tǒng)干擾及其抗干擾供電系統(tǒng)常采用的幾種抗干擾措施：（1） 交流穩(wěn)壓器（2） 隔離穩(wěn)壓器（3） 低通濾波器（4） 獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電。合理的供電系如下所示。1. 信道干擾的種類(lèi)第八節(jié) 測(cè)量裝置的抗干擾三、信道通道的干擾及其抗干擾三、信道通道的干擾及其抗干擾（1） 信道通道元器件噪聲干擾（2） 信號(hào)通道中信號(hào)的竄擾（3） 長(zhǎng)線傳輸干擾2. 信道通道的抗干擾措施（1） 合理選用元器件和設(shè)計(jì)方案（2） 印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)元器件排放要合理（ 3） 在有一定傳輸長(zhǎng)度的信號(hào)輸出中，尤其是數(shù)字信號(hào)的傳輸可采用 光耦合隔離技術(shù)、雙絞線傳輸。1. 單點(diǎn)接地第八節(jié) 測(cè)量裝置的抗干擾四、接地設(shè)計(jì)四、接地設(shè)計(jì)單點(diǎn)接地如圖2-30所示圖圖2-302. 串聯(lián)接地第八節(jié) 測(cè)量裝置的抗干擾串