传感器基本特性

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1、传感器与测试技术什么是传感器？课前回顾自动系统传感器是将被测量转换为电信号的装置。第二章传感器的基本特性从系统角度看，一种传感器就是一种系统。而一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入的关系和特性，从而，用这种关系指导对传感器的设计、制造、校正和使用。通常从传感器的静态输入-输出关系和动态输入-输出关系两方面建立数学模型。传感器的数学模型概述一、静态模型静态模型是指在输入信号不随时间变化的情况下，描述传感器的输出与输入量的一种函数关系。如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感器的静态模型一般可用

2、多项式来表示：1.灵敏度（在静态情况下）K为常数可带来如下便利：①简化传感器的理论分析和计算；②便于传感器的标定和数据处理；③有利于安装调试，确保测量精度。当传感器的灵敏度为常数时，输出—输入关系为：式中k——为灵敏度a0、k确定了传感器的所有输出—输入关系。常称这类传感器为线性传感器。2.1静态特性灵敏度的解释由图可知灵敏度k是特性曲线上某点的切线斜率。如果特性曲线是直线，则k为常数；如果特性曲线是非线性的，则k是变化的。——最大非线性误差；——传感器的满量程输出值。当满足使用误差的要求时，就可以用线性代替非线性。2.线性度:输出量-

3、-输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的最大偏差，称非线性误差或线性度。可用相对误差表示:理论线性度以零点（0％）为起始点，满量程输出（100％）为终止点，连接这两点的直线（y=kx）即为理论直线。由此计算出的线性度——称为理论线性度（绝对线性度）。理论直线最大误差实际曲线理论线性度拟合直线：端基线性度以零点输出的平均值为起始点，满量程输出平均值为终止点，连接这两点的直线（y=a0+kx）即为端基拟合直线。由此计算出的线性度——称为端基线性度。拟合直线：a0——被测量为零时的传感器输出值。端基线性度平均选点线性度将标定出的全部数据分成近

4、似相等的两组，分别求其点系中心坐标为：连接两点得拟合直线。式中：平均选点线性度独立线性度作两条与端基直线平行的直线，使之恰好包围所有的标定点，然后在这一对平行线之间作一条等距直线，使实际输出特性相对于所选拟合直线的最大偏差值和最小偏差值相等。也称端基平行直线。独立线性度分段线性化这种方法被称为折线逼近法，通常用精密折点电路实现，也可在具有CPU的测量装置中非常方便的用软件实现。分段线性化的线性度则分段按端基线性度计算，取其最大者。3．分辨率与阈值：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变化量。阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被

5、测输入量值，即零点附近的分辨力。4.迟滞（滞环）传感器在正向（被测量增大）和反向（被测量减小）时，输出特性曲线不重合的程度，称为迟滞（滞环）。迟滞：产生迟滞现象的主要原因有传感器机械部分存在不可避免的缺陷，如轴承摩擦、间隙、紧固件松动、材料的内摩擦、积尘等，以及磁滞和电元件的单向特性等等。被测量增大被测量减小最大误差5.重复性：输入量按同一方向作全程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。图2-4重复性yx0Rmax2Rmax1传感器的其他性能指标1．稳定性：表示传感器维持其性能参数（如灵敏度、线性度等）长时间不变化的能力。如在某条件

6、和环境下用“个月不超过%满量程输出”给传感器标定的有效期，超过稳定期限，传感器应重新标定其主要的性能参数。否则，测量误差将会超出允许范围，造成测量结果的不精确。2．零漂：表示在零输入状态下传感器的输出漂移，通常有两种情况。（1）时间零漂：指在规定时间内，规定的使用条件下传感器的零输出漂移。（2）温漂：指在其它规定使用条件不变的情况下，温度每增加10C，传感器的零输出漂移。零漂可以用变化值本身来表示，也可以用变化值与满量程输出的百分比来表示。3．输入特性：在测量过程中，传感器成为被测对象的负载时，将产生“载荷”效应。如测力传感器测量运动机

7、械的动态力时，由于传感器存在质量M和刚性K，必然要吸收运动机械的部分能量转换成动能和弹性势能。因而，使得被测对象偏离了其本来的工作状态，会给测量结果带来误差。“载荷”效应产生的原因主要是传感器的输入“阻抗”。在测量静态变量（如力、压力等），就象电学中测量电压和电势一样，希望传感器的输入“阻抗”越大越好，这样在单位时间内吸收被测对象的能量就少；相反，测量动态变量（如速度、加速度、流量等），就象电学里测电流，希望传感器的输入“阻抗”越小越好。4．输出特性：传感器的输出端都要与一些后续的处理电路、传输电路或仪表等相连接。因此，存在传感器的输出

8、阻抗与后续装置输入的匹配问题。选择传感器时，要了解传感器的输出电量的形式和输出阻抗值。5．可靠性：指规定的工作条件和工作时间内传感器保持原有性能指标的能力。传感器在有效的寿命期内，如不超过规定的工作条件，其