传感器基本性能分析

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1、传感器基本性能分析摘要在检测和自动控制系统中，传感器的作用相当于人的五官。显然，自动化的程度越高，系统对传感器的依赖性越大，传感器对系统的功能起决定性作用。因此，要利用传感器设计开发高性能的测量或控制系统，必须了解传感器的性能，根据系统要求，选择合适的传感器，并设计精确可靠的信号处理电路。传感器的基本性能主要包括以下方面：1．精确度说明精确度的指标有精密度、正确度和精确度。(1)精密度：它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象(被测量)由同一测量者用同一传感器在相当短的时间内连续重复测量多次(等精度测量)其测量结果的分散程度。越小，则测量越精密。(2)正确度：它说明测量结

2、果偏离真值的程度。亦指所测数值与真值的符合程度。(3)精确度：它含有精密度与正确度两者之和的意思，即测量的综合优良程度。在最简单的场合下可取两者的代数和，即。精确度也简称精度。通常精度最终是以测量误差的相对值来表示的。传感器的精确度表示传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分数，可表示为1000/0（1）式中，A为传感器的精确度；为测量范围内允许的最大绝对误差；YF•S为满量程输出。工程技术中为简化传感器的精度的表示方法，引用了精度等级概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。如压力传感器的精度等级分别为0.05，0.1，0.2，0.3

3、，0.5，1.0，1.5，2.0等。传感器设计和出厂检验时，其精度等级代表的误差指传感器测量的最大允许误差。2．稳定性(1)稳定度：一般指时间上的稳定性。它是由传感器和测量仪表中随机性变动、周期性变动、漂移等引起示值的变化程度。一般以精度的数值和时间长短一起表示。例如电压波动引起每8小时变化1.3mV，则写成稳定度＝1.3mV／8h。（2）环境影响：室温、大气压、振动等外部环境状态变化给予传感器和测量仪表示值的影响，以及电源电压、频率等仪表工作条件变化给示值的影响统称环境影响，用影响系数来表示。环境温度变化引起的示值变化可用温度系数(示值变化／温度变化)来表示。如运算放大器

4、的失调电压温度系数。电源电压变化引起示值的影响可以用电源电压系数(示值变化／电源电压变化)来表示。例如电源电压每变化10％引起示值变化0.01mV时，可写成＝0.01mV／10％。3．输入输出特性(1)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之比，用S表示，即。它是静态特性曲线上各点的斜率。见图1中曲线a。线性特性(如图中虚线)的传感器中灵敏度S是常数。非线性特性的传感器中灵敏度S在整个量程范围内不是常数。(2)分辨率：是指传感器示值发生可察觉的极微小变化时所需被测量的最小变化值，用表示。(3)线性度(也称非线性误差)：线性度用来说明输出

5、量与输入量的实际关系曲线偏离直线的程度。通常用如下的最简单的线性度表示法。首先校正测量装置的零点和对应于最大输入量。的最大示值点，得0点及M点。将连接0点和M点的直线作为基准直线也称理论直线，如图2所示。然后在图上求出实际特性曲线与基准线之间的最大偏差值，于是，线性度定义为1000/0（2）如果把理想的直线关系作为测量装置的实际特性，则El就成为非线性误差。对于理论直线的线性度称为绝对线性度，一般我们要求线性度满足某个指标，即传感器的测量数据对一条较理想的直线的线性度满足(等于或小于)这个指标，这条较理想的直线的斜率并不一定与理论直线的斜率一样，只要在公差带内就可以了。若传

6、感器在满量程的70％～80％间使用时，则不用在实际零点与满足端点间作理想直线，而用实际零点与70％～80％满量程端点连线作理想直线(参考校准直线)，也有用5％～95％满量程端点连线作理想直线。(4)重复性：重复性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到特性曲线的不一致性。重复性所反映的是测量结果的偶然误差的大小，而不表示与真值之间的差别。有时重复性虽然很好，但可能远离真值。(5)滞环：它说明一个传感器的正向(上升)特性和反向(下降)特性不一致的程度。如图3所示，被测量x连续增加时读得的输出yc，与被测量连续减小时读得的输出yd之间的差值叫滞环误

7、差，用表示，则有(3)在整个测量范围内的最大滞环误差以表示，它与被测示值的最大值ymax之比以Ehm表示：1000/0=1000/0（4）滞环并非一定是测量仪表的不足之处，数字仪表经常利用滞环特性如施密特触发器的回差以提高其抗干扰性能。(6)动态特性：动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。传感器所检测的非电量信号大多数是时间函数，为了使传感器输出信号和输入信号随时间的变化曲线一致或相近，就要求传感器不仅应有良好的静态特性，而且还应有良好的动态特性。传感器动态特性是传感器的输出值能够真实地再现变化着的输