程试验理论和现代测量技术 程晓舫 中国科学技术大学 工程科学学院 热科学和能源工程系
1 工程试验理论和现代测量技术 程晓舫 中国科学技术大学 工程科学学院 热科学和能源工程系
内容 6第一章:仪表性能及其标定 6第二章:传感器 6第三章:信号的调理和运算 6第四章:信号的传输 6第五章:信号的指示和记录
2 内容 第一章：仪表性能及其标定 第二章：传感器 第三章：信号的调理和运算 第四章：信号的传输 第五章：信号的指示和记录
学习目的 6了解测量的物理概念 6掌握传感器的基本类型(数学描述) 6掌握信号传输的基本方式(数学描述) 6掌握信号处理的基本技术(数学描述) 6了解信号指示和记录的基本工具
3 学习目的 了解测量的物理概念 掌握传感器的基本类型（数学描述） 掌握信号传输的基本方式（数学描述） 掌握信号处理的基本技术（数学描述） 了解信号指示和记录的基本工具
第一章:测量、化表及其标定 第一节测量的物理概念 测量的外在表现 输入量被测物理量 测量信号输出量 名量化物理量 测量的物理实现 仪表 测量的数学表述 传递函数 测量信号的标度 测量的标定 测量本质:对被测物理量进行“取样”,并定量 “读出
4 第一章：测量、仪表及其标定 第一节 测量的物理概念 测量本质：对被测物理量进行“取样”，并定量 “读出” 同 名 量 化 物 理 量 被测物理量 测量信号 传递函数 仪表 测量的外在表现 测量的物理实现 测量的数学表述 测 量 信 号 的 标 度 测量的标定 输入量 输出量
第一章:测量、化表及其标定 6仪表的使用方法 零测法 通过采用与被测量所产生的相反作用,努力维持 偏差为零。 偏差测量法 被测量的某种物理作用(输入量),使得仪表的 作用元件产生一相似但相反的作用,这一相反的 作用和某一物理变量(输出量)有密切关系,当 两者达到平衡时,在此平衡下,仪表中的作用元 件偏离了原位,称之为“偏差
5 第一章：测量、仪表及其标定 仪表的使用方法 零测法 • 通过采用与被测量所产生的相反作用，努力维持 偏差为零。 偏差测量法 • 被测量的某种物理作用（输入量），使得仪表的 作用元件产生一相似但相反的作用，这一相反的 作用和某一物理变量（输出量）有密切关系，当 两者达到平衡时，在此平衡下，仪表中的作用元 件偏离了原位，称之为“偏差”
第一章:测量、仪表及其标定 第二节测量的表现 6测量的外在表现 接触式测量 非接触式测量 6测量的物理表现 仪表构成 ·传感:将一种物理变量转成另一种更合适的物理量 ·调理:按某种确定的规律改变信号的数值,但却保留变量 的物理本质 ·显示:将信息转变成人的五官之一所能辨认的形式
6 第一章：测量、仪表及其标定 第二节 测量的表现 测量的外在表现 接触式测量 非接触式测量 测量的物理表现 仪表构成 • 传感：将一种物理变量转成另一种更合适的物理量 • 调理：按某种确定的规律改变信号的数值，但却保留变量 的物理本质 • 显示：将信息转变成人的五官之一所能辨认的形式
第一章:测量、化表及其标定 第三节测量的数学表述 6测量系统的广义数学模型 常系数线性常微分方程 任何一个具体的输入量和输出量之间的关系都可以写成下列数学 形式 taol b +b。x dt y:输出量;X:输入量;t:时间 它有n个初始条件,其中n=>m。 7
7 第一章：测量、仪表及其标定 第三节 测量的数学表述 测量系统的广义数学模型 常系数线性常微分方程 – 任何一个具体的输入量和输出量之间的关系都可以写成下列数学 形式 – y：输出量；x：输入量；t：时间 – 它有n个初始条件，其中n=>m。 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) b x(t) dt dx t b dt d x t b dt d x t b a y t dt dy t a dt d y t a dt d y t a m m m m m m n n n n n n 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 = + + + + + + + + − − − − − −
第一章:测量、化表及其标定 6传递函数 D 定义微分算子 dt 测的5数学摸码为+a1D+a) nD+bnDn1+…+bD+bnk 输入量 输出量 bD"+6 Dm-1+ +b,d+b 传递函数X1aD+a1D+…+aD+4y
8 第一章：测量、仪表及其标定 传递函数 定义微分算子 测量的广义数学模型为 传递函数 ( ) (b D b D b D b )x a D a D a D a y m m m m n n n n 1 0 1 1 1 0 1 1 = + + + + + + + + − − − − dt d D = 1 0 1 1 1 0 1 1 a D a D a D a b D b D b D b n n n n m m m m + + + + + + + + − − − − x y 输入量 输出量
第一章:测量、化表及其标定 6仪表的输入-输出构成方式 输入量 ·有用输入FD:代表仪表所要测的量 干扰输入F1:代表仪表并非有意要感受的量 修改输入FrFb:能使有用输入和干扰输入的输 入-输出关系发生变化
9 第一章：测量、仪表及其标定 仪表的输入-输出构成方式 输入量 • 有用输入FD：代表仪表所要测的量 • 干扰输入FI ：代表仪表并非有意要感受的量 • 修改输入FI、FD ：能使有用输入和干扰输入的输 入-输出关系发生变化
第一章:测量、仪表及其标定 第四节几种常见的测量仪表 6零阶仪表 6一阶仪表 数爷表流x 数学表述 a,+aoy 传递函数 传递函数K D=K (D) X D+1 K:静态灵敏度 K:静态灵敏度 时间常数
10 第一章：测量、仪表及其标定 零阶仪表 数学表述 传递函数 K：静态灵敏度 一阶仪表 数学表述 传递函数 K：静态灵敏度 ：时间常数 a y b x 0 = 0 ( ) 0 0 a b D K x y = = a y b x dt dy a1 + 0 = 0 ( ) + 1 = D K D x y 0 1 a a = 第四节 几种常见的测量仪表