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1、第7章 测量仪器特性评价,一、概述 测量仪器特性评定的型式包括型式评价和检定。我国对测量仪器特性的评定一般包括型式评价、检定、校准。有时也采用比对和期间检查的型式对测量仪仪器特性进行评定。1、型式评价和型式批准 型式评价：又称定型鉴定，是由国务院计量行政部门授权的法定计量技术机构，按照“计量器具型式评价和型式批准规范”和“计量器具型式评价大纲编写原则”的要求，对测量仪器新产品、进口测量仪器样机进行全面性能试验，对其技术资料进行全面审查，并出具型式评价报告，以确定测量仪器的是否符合型式批准的计量法制管理及技术要求。,型式批准：承认测量仪器的型式符合法定要求的决定。测量仪器的型式：指某一测量仪器的
2、样机及其技术文件。型式批准程序：申请、资料审查、型式评价、型式批准。2、型式评价的依据评价依据：检定规程、校准规范、技术标准及其它相关技术文件。如果测量仪器没有给出具体评定依据，可依照JJF1094-2002规范制定的方法。,二、测量仪器的静态特性定义：在规定条件下，当输入信号和输出信号不随时间变化时，输 出与输入关系的描述。静态特性：准确度、重复性、灵敏度、分辨力、稳定性、漂移等。1、准确度与准确度等级1）准确度准确度：指测量仪器给出接近于真值的能力。准确度等级：测量仪器符合一定的计量要求，使其误差保持在规定 极限以内的级别。,依测量仪器的使用形式，其准确度的评定分两种情况：根据测量仪器最大
3、允许误差进行评定(电流表引用误差定等级)以实际值的测量不确定度来评定。2）准确度等级测量仪器的等别：指测量仪器，特别是标准计量器具的实际值的扩展不确定度档次，使用这些仪器要按实际值或示值误差评定结果对示值进行修正。测量仪器的级别：依据计量器具的最大示值允许误差大小的档次划分，使用时不需要直接以示值表示结果。,2、重复性测量仪器的重复性：指其测量结果在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。测量仪器的重复性是测量仪器误差分量的表现，用实验标准偏差定量表示。1）实验标准偏差 实验标准偏差一般用贝塞尔公式计算，即2）重复性测量的条件 几次测量的测量程序、人员、仪器、环境等不
4、变。测量仪器的重复性的评定方法还有最大残差法和极差法，适用于正态分布的观测数据或测量次数受到限制时。,3、静态响应特性 测试系统的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测量系统与理想线性时不变系统的接近程度。此时，测试系统的输入x(t)和输出y(t)都是不随时间变化的常量(或变化极慢，在所观察的时间间隔内可忽略其变化而视作常量)，因此 通过表格、曲线或运算获得输出与输入的函数表达式的过程就是静态特性评定过程。,4、灵敏度定义：灵敏度表征的是测试系统对输入信号变化的一种反应能力。一般情况下，当系统的输入x有一个微小增量 时，将引起系 统的输出也发生相应的微量变化，则定义该系统的灵敏 度为S，对于静
5、态测量，若系统的输入/输出特性为线性关系，则有。,在选择测试系统的灵敏度时，要充分考虑其合理性。因为系统的灵敏度和系统的量程及固有频率等是相互制约的，一般说来，系统的灵敏度越高，则其测量范围往往越窄，稳定性也往往越差5、分辨力和鉴别力1）分辨力 分辨力是指测量仪器显示装置能有效辨别的最小的示值差。测量仪器的分辨力的高低必须用高分辨力的仪器来评定。,2）鉴别力 又称灵敏度阈，它表征测量系统有效辨别输入量最小变化量的能力。它不仅与指示装置有关，还决定于测量系统的结构。6、漂移和稳定性1）时漂 当测试系统的输入和环境温度不变时，输出量随时间变化的现象就是漂移，又称时漂。它是测试系统内部各个环节性能不
6、稳定或由于内部温度变化引起的，反映了测试系统的稳定性指标。通常考察测试系统时漂的时间范围可以是一个小时、一天、一个月、半年或一年。,2）温漂由外界环境温度变化引起的输出量变化的现象称为温漂。温漂可以从两个方面来考察。一方面是零点漂移，即测试系统零点处的温漂，反映了温度变化引起的测试系统特性平移而斜率不变的漂移；另一方面是灵敏度温漂，即引起测试系统特性斜率变化的漂移。,3）稳定性稳定性是指在规定工作条件范围之内，在规定时间内系统或仪器性能保持不变的能力。评定方法：当测量仪器特性变化到某一规定值时，变化量与所经历的时间间隔的比值即为测量仪器的稳定性。通过测量标准定期观测仪器特性随时间变化，以观测期
7、间仪器特性的变化量除以变化所经历的时间间隔。,三、测量仪器的动态特性测试系统的动态特性是指输入量随时间作快速变化时，系统的输出随输入而变化的关系。在输入变化时，人们所观察到的输出量不仅受到研究对象动态特性的影响，也受到测试系统动态特性的影响。例如，人们都知道在测量人的体温时，必须将体温计放在口腔(或腋下)保持足够的时间，才能把体温计的读数当作人体的温度，否则，若将体温计一接触口腔(或腋下)就拿出来读数，其结果必然与人体实际温度有很大差异，其原因是温度计这种测试系统本身的特性造成了输出滞后于输入，这说明测量结果的正确与否与人们是否了解测量装置(这里指体温计)的动态特性有很大的关系。,1、频率响应
8、 频率响应函数是描述系统的简谐输入和其稳态输出的关系，在测量系统频率响应函数时，必须在系统响应达到稳态阶段时才测量。频率响应函数是复数，因此可以改写为 H()=A()ej()式中：A()系统的幅频特性；()系统的相频特性系统的频率响应函数H()或其幅频特性A()、相频特性()，都是简谐输入频率的函数。,2、响应时间 响应时间是反映测量仪器对阶跃输入响应特性的参数之一，它是指仪器受到节跃激励，输出达到并保持在其规定最终稳态值的瞬间的时间间隔。时间响应分析的目的在时间域，研究在一定的输入信号作用下，系统输出随时间变化的情况，以分析和研究系统的控制性能。稳定性（稳定性）系统的分析包括三个方面：误差（准确性）动态特性（快速性）响应时间就反映系统的动态特性，即快速性。,控制系统的性能指标是评价系统动态品质的定量指标，是定量分析的基础。其往往用上升时间tr、峰值时间tp、最大超调量Mp、调整时间ts，以及振荡次数N等特征量来表示。响应的快速性由上升时间tr和峰值时间tp度量。实际响应和阶跃输入的匹配程度常用超调量和调整时间ts，来度量。,
