第1章传感器基本特性分析课件.ppt

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1、第一章传感器的基本特性静态特性和动态特性静态特性：当被测量的各个值处于稳定状态时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。借助实验的方法确定传感器静态特性的过程称为静态校准。校准得到的静态特性称为校准特性。在校准使用了规范的程序和仪器后，工程上将获得的校准曲线看作该传感器的实际特性。动态特性：当被测量随时间变化时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。注意：当测量某些随时间变化的参数时，要同时考虑传感器的静态特性和动态特性。静态特性衡量传感器的静态特性的重要指标有：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、阀值、分辨力。静态模型静态模型是指在输

2、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。如果不考虑蠕变效应和迟滞特性，传感器的静态模型一般可用多项式来表示：一般传感器的静态模型是利用校准数据确立的。在静态标准条件下，利用一定等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，得到的输出－输入曲线一般用表列出或画成曲线。通常，测出的输出－输入曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度，称为“线性度”。静态标准条件是指没有加速度、振动和冲击，环境温度一般为室温，大气压力为0.1MPa的情况。传感器的静态模型有三种有用的特殊形式：（1）理想的线性特性（2）仅有偶次非线性项（3）仅有奇次非线性项（1）（2）（3）三种形

3、式所呈现的非线性程度图1.2三种特殊形式的特性曲线1.线性度线性度：即传感器的正反行程平均校准曲线与拟合直线之间的最大偏差绝对值对满量程输出之比。（非线性误差）非线性误差（线性度）实际值与理论值之间的绝对误差的最大值满量程输出拟合直线的选取一般拟合直线是一条能反映校准数据的趋势同时又使误差绝对值为最小的直线。一般而言，拟合直线包括理论直线、端点连线、最小二乘拟合直线、最佳直线等，与之对应的有理论线性度、端点连线线性度、最小二乘线性度、独立线性度。理论直线：以传感器的理论特性直线作为拟合直线，它与实际测试值无关。优点是简单、方便，但通常很大。端点连线：是以传感器校准曲线两端点

4、间的连线作为拟合直线。特点是方便、直观，但很大。最小二乘拟合直线：按照最小二乘原理求取拟合直线，该直线保证传感器校准数据的残差平方和最小。最佳直线：能保证传感器正、反行程校准曲线对它的正、负偏差相等并且最小，由此得到的线性度称为独立线性度。此方法拟合精度最高。yx0Rmax2Rmax12.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。计算公式（P11）3.迟滞在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对某一参数进行正反行程(即逐渐由小到大和逐渐由大到小)测量时，对应于同一被测值所得的仪表示值不等，造成仪表变差的原因很多，如传动机构的间隙，运动部件的摩擦，

5、弹性元件滞后等。ΔH0xyyFSxFS迟滞特性4.精度精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。工业上仪表精度定义：测量范围中最大的绝对误差（测量值和真实值的差）与该仪表的测量范围之比的百分数。系统误差是按一定规律(如线性、多项式、周期性等函数规律)变化的误差，引起系统误差的原因是检测元件转换原理不十分精确；仪表本身材料、零部件、工艺上的缺陷；测试工作中使用仪表的方法不正确；测量者有不良的读数习惯等等。系统误差随机误差是由于某种人们尚未认识的原因或目前尚无法控制的某些因素(例如电子热噪声干扰)所引起的，或者是由于某些偶然因素所引起，其数值大小和性质都不固定，难以估计，但其

6、总体服从一定的统计规律。它不能通过校正的方法加以消除。但可从理论上估计其对检测结果的影响。随机误差例：求仪表的精度等级有一台测压仪表，其标尺范围为0~500kPa,其绝对误差最大值求仪表的精度等级。最大误差大于0.5%，而小于1，按仪表精度等级划分，该仪表的精度为1级。现根据测量的需要，仪表的测量范围改为200－400KP，仪表的绝对误差不变，此时仪表的最大相对百分误差精度等级为2.5级。仪表的绝对误差相等，测量范围大的仪表精度高，反之仪表精度低。5.灵敏度：在稳态下输出增量与输入增量的比值：对线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率：非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表

7、示传感器在某一工作点的灵敏度。6.阀值、分辨力当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加时，只有在达到了某一个最小值后才测得出输出变化，这个最小值称为传感器的阀值。分辨力是指当一个传感器的输入从非零的任意值缓慢地增加时，只有在超过某一个输入增量后输出才显示有变化，这个输入增量称为传感器的分辨力。有时用该值对满量程输入值百分数表示，则称为分辨率。7.时间漂移、零点和灵敏度温漂漂移量的大小是表征传感器稳定性的重要指标。X（输入）y（输出）零漂灵敏度漂移0计算公式动态模型动态模型是指传感器在准动态信号或动态信号作用下，描述其