传感器的一般特性1

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1、第1章传感器的一般特性一般特性：输出与输入之间的关系特性影响因素：系统模型和输入信号形式主要内容1.1传感器的静态特性1.1.1静态特性概述1.1.2静态特性指标1.2传感器的动态特性1.2.1动态特性一般数学模型1.2.2传递函数1.2.3传感器的动态响应及其动态特性指标1.1.1静态特性概述1、静态特性的定义传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为静态特性。2、静态特性的表达式及其曲线的形式图1-1传感器4种典型静态特征1.1.1静态特性概述3、静态特性曲线的直线拟合方法(1)端基法把传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输

2、出平均值连成的直线作为传感器特性的拟合直线。方程式为图1-2端基法拟合直线1.1.1静态特性概述(2)最小二乘法设拟合直线方程为若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线值之间的差值为最小二乘法拟合直线的原理就是使∑(Δi)2为最小值，也就是使∑(Δi)2对K和a0一阶偏导数等于零。图1-3最小二乘法拟合直线Y=a0+KX1.1.1静态特性概述根据上式求出K和a0为在获得K和a0之值后代入式拟合直线方程即可得到拟合直线。1.1.2静态特性指标1、线性度在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。例1

3、已知某传感器静态特性方程为Y=（1＋X）1/2,试分别用端基法和最小二乘法在0＜X≤0.5范围内求拟合直线，并求出相应的线性度。图1-4传感器的线性度1.1.2静态特性指标解:(1)端基法设始点与终点的连线方程为y＝a0+Kx因为X=0时，Y＝1;X=0.5时，Y＝1.225，所以a0=1,k=0.225/0.5=0.45拟合直线方程为：y＝1+0.45x由d(Y-y)/dX=d((1＋X)1/2-(1+0.45x))/dX=-0.45+1/(2(1＋x)1/2)＝0得X=0.234时存在最大偏差ΔYmax=[(1＋X)1/2-(1+0.45x)]

4、X=

5、0.234=1.11-1.1053=0.0047YF.S＝1.225-1＝0.225δL端基法＝ΔYmax/YF.S*100％＝0.0047/0.225*100％＝2.09％1.1.2静态特性指标(2)最小二乘法Xi00.10.20.30.40.5Yi11.0481.0951.1401.1831.225Xi200.010.040.090.160.25XiYi00.10480.2190.3420.4730.612求和XiYi1.751Xi的和1.5Yi的和6.691Xi平方的和0.55Xi和的平方2.25xyKa*4695.00034.14695.005.

6、1506.100365.1055.0*625.2751.1*65.1*691.60034.105.168.36265.255.0*625.255.0*691.65.1*751.102+==--=--==--=--=1.1.2静态特性指标由d(Y-y)/dX=d((1＋X)1/2-(1.0034+0.4695＊x))/dX=-0.4695+1/(2(1＋X)1/2)＝0有x=1/(0.939)2-1=0.134时存在最大偏差ΔYmax=[(1＋X)1/2-(1.0034+0.4695x)]

7、x=0.134=1.065-1.066=-0.001YF.S＝0.

8、225δL二乘法＝-ΔYmax/YF.S*100％＝0.001/0.225*100％＝0.0044*100％＝0.44％1.1.2静态特性指标2、灵敏度传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。图1-5传感器灵敏度的定义1.1.2静态特性指标3、精确度(精度)1）精密度δ说明测量结果的分散性——随机误差2）正确度ε说明测量结果偏离真值大小的程度——系统误差3）精确度τ说明了测量的综合优良程度，可以简单的表示为τ＝δ＋ε1.1.2静态特性指标4、最小检测量和分辨力最小检测量是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。最小检测量越

9、小，表示传感器检测微量的能力越高。由于传感器的最小检测量易受噪声的影响，所以一般用相当于噪声电平若干倍的被测量为最小检测量，用公式表示为例2电容式压力传感器的噪声电平为0.2mV，灵敏度K为5mV/mm，若取C=2，则根据上式计算得最小检测量为0.08mm。1.1.2静态特性指标5、迟滞迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差。迟滞现象反映了传感器机械结构和制造工艺上的缺陷，如轴承摩擦、间隙、螺钉松动、元件腐蚀或碎裂及积塞灰尘等。图1-6传感器的迟滞特性1.1.2静态特性指标6、重复性重

10、复是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的