传感器的一般特性4

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1、第1章传感器的一般特性1传感器的基本特性即输出—输入关系特性，即系统输出信号y(t)与输入信号x(t)之间的关系。静态特性：y=f(x)；动态特性：y(t)=fx(t)。图1-1传感器系统研究传感器的基本特性的意义：测量传感器作为测量系统，由输出y推求输入x；传感器的研究、设计与系统建立。传感器的基本特性是外特性，但由其内部结构参数决定。2本章主要内容1.1传感器的静态特性1.2传感器的动态特性1.3传感器动态特性分析1.4传感器无失真测试条件1.5机电模拟和变量分类31.1传感器的静态特性1.1.1线性度(非线性误差)(Linearity)传感器的线

2、性度是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想输出—输入线性特性传感器（系统）优点：简化传感器理论分析和设计计算；方便传感器的标定和数据处理；显示仪表刻度均匀，易于制作、安装、调试，提高测量精度；避免非线性补偿环节。实际传感器输出—输入特性一般为非线性，即y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn式中，a0----零位输出，零点漂移（零漂）；a1----传感器线性灵敏度，常用K表示；a2、a3、、an-----待定系数。41.1传感器的静态特性线性度(非线性误差)(Linearity)(1)理想线性：y=a1x，灵敏度Sn=y/x=a1=常数（

3、K）(2)具有偶次项非线性：y=a1x+a2x2+a4x4+‥‥(3)具有奇次项非线性：y=a1x+a3x3+a5x5+‥‥(4)普遍情况：y=a1x+a2x2+a3x3+a4x4+‥‥图1-2传感器的静态特性51.1传感器的静态特性传感器非线性特性的线性化—直线拟合:理论拟合；端基拟合；独立拟合；最小二乘法拟合；等图1-3传感器静态特性的非线性非线性误差（线性度）—实际静态特性曲线与拟合直线之间的偏差。（属系统误差）式中，max—最大非线性绝对误差；yFS—输出满量程。61.1传感器的静态特性1.1.2灵敏度(Sensitivity)灵敏度是指传感器在稳态

4、下的输出变化与输入变化的比值，用Sn表示，即具有输出/输入量纲。图1-4灵敏度定义(a)线性传感器;(b)非线性传感器对于线性传感器，灵敏度常表为K=y/x。71.1传感器的静态特性1.1.3分辨率和分辩力（Resolution）分辨率和分辩力都是表示传感器能检测被测量的最小值的性能指标。分辨率是以满量程的百分数来表示，无量纲；分辩力是以最小量程的单位值来表示，有量纲。（也称为阈值、灵敏度界限、灵敏阈、门槛灵敏度）81.1传感器的静态特性1.1.4迟滞（滞环）（Hysteresis)迟滞现象对于同一大小的输入信号，传感器的正、反行程的输出信号大小不相等的现象。迟滞

5、误差（属系统误差）图1-5滞环特性示意图91.1传感器的静态特性1.1.5重复性（Repeatability)重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。不重复性误差(属随机误差）：标准差表示：其中：图1-6重复性101.1传感器的静态特性1.1.6精度（Accuracy)传感器的精度是指其测量结果的可靠程度，它由其量程范围内的最大基本误差与满量程之比的百分数表示。基本误差由系统误差和随机误差两部分组成，故传感器的精度用精度等级a表示，如0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5等。传感器偏离规定的正常工作条件还存在附加

6、误差测量时应考虑。111.1传感器的静态特性稳定性零点漂移温度漂移121.2传感器的动态特性动态特性是指传感器对于随时间变化的输入信号x(t)的响应特性。Y(t)=fx(t)理想传感器：Y(t)与x(t)的时间函数表达式相同；实际传感器：Y(t)与x(t)的时间函数在一定条件下基本保持一致动态特性的描述方法：时间域微分方程；复频域传递函数H(s)；频率域频率特性H(j)图1-9传感器的输出—输入关系（a）时域；（b）复频域；（c）频域131.2传感器的动态特性1.2.1动态参数测试的特殊问题线性传感器测静态信号：xy；测动态信号：xy动态测试存在动态误差。动

7、态测试实例：热电偶测阶跃变化温度,如图所示。？图1-7热电偶测温过程曲线141.2传感器的动态特性1.2.2研究传感器动态特性的方法及其指标方法：瞬态响应法；频率响应法指标：1．瞬态响应法—阶跃输入信号研究时域动态特性：上升时间tr响应时间ts超调量ym(p)衰减度图1-8阶跃响应特性151.2传感器的动态特性1.2.2研究传感器动态特性的方法及其指标2．频率响应法—正弦输入信号研究频域动态特性：幅频特性；相频特性；频带宽度（带宽）161.2传感器的动态特性1.2.3传感器的数学模型（微分方程）工程实用的传感器是线性定常系统，其数学模型为高阶常

8、系数线性微