传感器的一般特性2

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1、第二章传感器的一般特性一、传感器的静态模型在静态信号(不随时间变化的输入信号）情况下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系。传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示：y=a0+a1x+a2x2+……+anxn式中:a0——输入量x为零时的输出量;a1——传感器线性灵敏度；a2,…,an——非线性项系数。被测量（非电量）敏感元件转换元件信号调理转换电路辅助电源（非电量）（电量）输出信号【输入信号】二、传感器的静态特性1、测量范围（YFS)2、线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间的实际关系曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差。①非线性误差的

2、数学描述：－输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差；－输出满量程值。②几种直线拟合方法理论拟合过零旋转拟合端点连线拟合端点平移拟合3、迟滞性传感器在正向（输入量增大）行程和反向（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞。迟滞性的数学描述yxXFSYFSydyiΔmaxΔmax——正反行程输出值间的最大差值。4、重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度(波动性）。①重复性用极限误差表示的数学描述－输出最大不重复误差；－输出满量程值。xyXFSYFS②重复性用最大偏差表示的数学描

3、述：标准偏差的估计值5、灵敏度(S)灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值①灵敏度的数学描述：②线性传感器：S为常量，灵敏度就是它的静态特性的斜率。③非线性传感器:S为变量，灵敏度就是它某一工作点切线的斜率。6、分辨力描述传感器可以感受到的被测量最小变化的能力。YX传感器分辨力可用表示。或者7、温度稳定性传感器对于某一设定的输入量，当环境温度变化时，输出量会发生变化，这种变化体现了传感器的温度不稳定性。温度稳定性用温度系数表示的数学描述：Y1和Y2表示温度为T1和T2的输出值。三、传感器的动态模型在动态信号(随时

4、间变化的输入信号）作用下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系。1、用微分方程描述的动态模型2、用传递函数描述的动态模型拉氏变换四、传感器的动态特性：传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。1、动态特性的时域分析－瞬态响应法①关于激励信号阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。最常以传感器的单位阶跃响应来评价传感器的动态性能指标。单位阶跃信号0t≤01t>0x(t)=XtA②一阶传感器的单位阶跃响应微分方程一阶传感器的传递函数：传感器输出的拉氏变换为一阶传感器的单位阶跃响应信号：最大偏离量：延滞时间：上升时间：峰值时间：响应时间阶跃

5、响应2、动态特性的频域分析－频率响应法（稳态响应法）①关于激励信号通常利用正弦函数。②一阶传感器的频率响应频率特性表达式幅频特性相频特性微分方程传递函数二阶传感器的频率响应——传感器的固有频率——传感器的阻尼比五、传感器的无失真测试条件1、一阶传感器无失真测试条件一阶传感器输出与输入满足下列关系或者一阶传感器的传递函数满足引起的失真——幅值失真不是线性关系引起的失真——相位失真2、二阶传感器无失真测试条件对于正弦输入，阻尼比时，幅值比在比较宽的范围内保持不变；，传感器的接近于直线，产生的相位失真很小。六、传感器的标定1、传感器的标定的种类静态标定

6、静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。动态标定一阶传感器主要有一个时间常数τ，二阶传感器则主要有固定频率ωn和阻尼比ζ两个参数。2、传感器的静态特性标定静态标准条件传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量）及环境温度一般为室温（20土5°C）、相对湿度不大于85％，大气压力为101土8kPa的情况。标定仪器设备的精度等级的确定对传感器进行标定，是根据试

7、验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。所以在标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。静态特性标定的方法对传感器进行静态特性标定，首先是创造一个静态标准条件。其次是选择与被标定传感器的精度要求相适应一定等级的标定用的仪器设备。然后才能开始对传感器进行静态特性标定。标定过程步骤：（1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点；（2）根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点的输入标准量值，并记录下与各输入相对应的输出值；（3）将输入值由大到小一点一点的减少下来，同时记录下与个输入值相对应的

8、输出值；（4）按（2）（3）所述过程，对传感器进行正、反过程往复循环多次测试，将得到的输出－输入测试数据用表