new傳感器項(xiàng)目1

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)技能目標(biāo) 能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理 能根據(jù)實(shí)際使用條件選擇適合的傳感器知識(shí)目標(biāo) 掌握測(cè)量誤差的分類(lèi)及一般計(jì)算方法 掌握傳感器的定義及組成 理解傳感器的基本特性及相應(yīng)指標(biāo) 了解傳感器未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)項(xiàng)目1 傳感器誤差與特性分析任務(wù)1 檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)整理 測(cè)量是人們借助專(zhuān)門(mén)的技術(shù)和設(shè)備，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，把被測(cè)量與作為單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以確定被測(cè)量是標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍數(shù)的過(guò)程。所得的倍數(shù)就是測(cè)量值，其大小可以用數(shù)字、曲線(xiàn)或圖形表示，測(cè)量結(jié)果包括數(shù)值大小和測(cè)量單位兩部分。1.1.1 測(cè)量與測(cè)量方法知識(shí)鏈接 在自動(dòng)化領(lǐng)域中，檢測(cè)的任務(wù)不僅是對(duì)成品或半成品的檢驗(yàn)和測(cè)量，而且為了檢查、監(jiān)督和控制某個(gè)生產(chǎn)

2、過(guò)程或運(yùn)動(dòng)對(duì)象并使之處于給定的最佳狀態(tài)，需要隨時(shí)檢查和測(cè)量各種參量的大小和變化等情況。 圖1.1 電爐控制系統(tǒng)1電測(cè)法和非電測(cè)法 電測(cè)法在現(xiàn)代測(cè)量中被廣泛采用。電測(cè)法是指在檢測(cè)回路中含有測(cè)量信息的電信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可以將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。 電測(cè)法可以獲得很高的靈敏度和精確度，輸出信號(hào)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化。 2直接測(cè)量和間接測(cè)量 直接測(cè)量是用預(yù)先標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x表直接讀取被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果。如用萬(wàn)用表測(cè)量電壓、電流、電阻等，簡(jiǎn)單且快速。間接測(cè)量則需要先測(cè)出中間量，利用被測(cè)量與中間量的函數(shù)關(guān)系再計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值，過(guò)程較為復(fù)雜。 3靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量 根

3、據(jù)被測(cè)量是否隨時(shí)間變化，將測(cè)量方法分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量是測(cè)量不隨時(shí)間變化或變化很緩慢的物理量；動(dòng)態(tài)測(cè)量則是測(cè)量隨時(shí)間變化的物理量。4.接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量 根據(jù)測(cè)量時(shí)是否與被測(cè)對(duì)象相互接觸而劃分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。5.模擬式測(cè)量和數(shù)字式測(cè)量 模擬式測(cè)量是指測(cè)量結(jié)果可根據(jù)儀表指針在標(biāo)尺上的定位進(jìn)行連續(xù)讀取的方法；數(shù)字式測(cè)量是指測(cè)量結(jié)果以數(shù)字的形式直接給出的方法。 1絕對(duì)誤差 絕對(duì)誤差x是指測(cè)量值x與真值L0之間的差值。 1.1.2 測(cè)量誤差及其表示方法 實(shí)際真值L代替，即用被測(cè)量多次測(cè)量的平均值或上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器的測(cè)量值。（1.1） （1.2） 絕對(duì)誤差是一個(gè)有符號(hào)、大小、

4、量綱的物理量，它只表示測(cè)量值與真值之間的偏離程度和方向，而不能說(shuō)明測(cè)量質(zhì)量的好壞。2相對(duì)誤差（1.3） 相對(duì)誤差常用百分比來(lái)表示，一般多取正值。相對(duì)誤差可分為實(shí)際相對(duì)誤差、示值（標(biāo)稱(chēng)）相對(duì)誤差和最大引用（相對(duì)）誤差等。（1）實(shí)際相對(duì)誤差 實(shí)際相對(duì)誤差是用測(cè)量值的絕對(duì)誤差x與其實(shí)際真值L的百分比來(lái)表示的相對(duì)誤差，即（1.4） （2）示值（標(biāo)稱(chēng)）相對(duì)誤差 示值（標(biāo)稱(chēng)）相對(duì)誤差是用測(cè)量值的絕對(duì)誤差x與測(cè)量值x的百分比來(lái)表示的相對(duì)誤差，即（3）引用（相對(duì)）誤差 引用（相對(duì)）誤差是指測(cè)量值的絕對(duì)誤差x與儀器量程Am的百分比。引用誤差的最大值叫做最大引用（相對(duì)）誤差，即=（1.5） 最大引用誤差又稱(chēng)滿(mǎn)度（

5、引用）相對(duì)誤差或儀表的基本誤差，是儀表的主要質(zhì)量指標(biāo)。 基本誤差去掉百分號(hào)（%）后的數(shù)值定義為儀表的精度等級(jí)，規(guī)定取一系列標(biāo)準(zhǔn)值，通常用阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)在儀表的刻度盤(pán)上，等級(jí)數(shù)字外有一圓圈。 精度等級(jí)數(shù)值越小，測(cè)量精確度越高，儀表價(jià)格越貴。 表1.1 儀表的精度等級(jí)和基本誤差精 度 等 級(jí)0.10.20.51.01.52.54.05.0基 本 誤 差0.1%0.2%0.5%1.0%1.5%2.5%4.0%5.0%【例1】某溫度計(jì)的量程范圍為0500，校驗(yàn)時(shí)該表的最大絕對(duì)誤差為6，試確定該儀表的精度等級(jí)。 解：根據(jù)題意知 6， 500，代入式中 該溫度計(jì)的基本誤差介于1.0%與1.5%之間， 從表1

6、.1中可知，因此該表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.5級(jí)?！纠?】工藝要求檢測(cè)溫度指標(biāo)（3006），現(xiàn)擬用一臺(tái)0500溫度表測(cè)量，試選擇該表的精度等級(jí)。解：根據(jù)式（1.5）得 若選擇1.5級(jí)的溫度表，對(duì)應(yīng)的|x|m=7.5，顯然不能滿(mǎn)足工藝要求，因此這里選擇1.0級(jí)的溫度表。 通過(guò)上述兩例可以看出，校驗(yàn)儀表時(shí)確定精度等級(jí)與根據(jù)工藝要求選擇儀表精度等級(jí)是有區(qū)別的，在實(shí)際中應(yīng)注意。1.1.3 測(cè)量誤差的分類(lèi)及來(lái)源 按誤差表現(xiàn)的規(guī)律劃分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差和緩變誤差。 1.系統(tǒng)誤差： 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差固定不變或者按照一定規(guī)律變化，這種誤差稱(chēng)為系統(tǒng)誤差。（1）系統(tǒng)誤差的分類(lèi) 按照所

7、表現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律，通常把系統(tǒng)誤差劃分為四類(lèi)。 固定不變的系統(tǒng)誤差：指在重復(fù)測(cè)量中，數(shù)值大小和符號(hào)均不變的系統(tǒng)誤差。 線(xiàn)性變化的系統(tǒng)誤差：是指隨著測(cè)量次數(shù)或時(shí)間的增加，數(shù)值按照一定比例而不斷增加（或減少）的系統(tǒng)誤差。 周期性變化的系統(tǒng)誤差：是指數(shù)值和符號(hào)循環(huán)交替、重復(fù)變化的系統(tǒng)誤差。 復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差：是指既不隨時(shí)間做線(xiàn)性變化，也不做周期性變化，而是按照復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。 線(xiàn)性、周期性或復(fù)雜規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差統(tǒng)稱(chēng)為變值系統(tǒng)誤差。（2）系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)比對(duì)法。 用多臺(tái)同類(lèi)或相近的儀表對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)分析測(cè)量結(jié)果的差異來(lái)判斷系統(tǒng)誤差是否存在。 殘余誤差觀(guān)察法。 將一個(gè)測(cè)量列的

8、殘余誤差pi（測(cè)量值與測(cè)量值平均值之差）在pin坐標(biāo)中依次連接后，通過(guò)觀(guān)察誤差曲線(xiàn)即可以判斷有無(wú)系統(tǒng)誤差的存在。 準(zhǔn)則判別法。 有許多準(zhǔn)則可以方便地判斷出系統(tǒng)誤差的存在，如馬利科夫準(zhǔn)則可以判斷測(cè)量列中是否存在線(xiàn)性變化系統(tǒng)誤差；阿貝-赫梅特準(zhǔn)則可以判斷測(cè)量列中是否存在周期性變化系統(tǒng)誤差等。圖1.2 pin示意圖（3）系統(tǒng)誤差的減小和消除方法 替代法。在測(cè)量條件不變的基礎(chǔ)上，用標(biāo)準(zhǔn)量替代被測(cè)量，實(shí)現(xiàn)相同的測(cè)量效果，從而用標(biāo)準(zhǔn)量確定被測(cè)量。此法能有效地消除檢測(cè)裝置的系統(tǒng)誤差。 零位式測(cè)量法。測(cè)量時(shí)將被測(cè)量x與其已知的標(biāo)準(zhǔn)量A進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量使兩者的效應(yīng)相抵消，系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，被測(cè)量等于標(biāo)準(zhǔn)量。

9、補(bǔ)償法。在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常選用在同一干擾變量作用下所產(chǎn)生的誤差數(shù)值相等而符號(hào)相反的零部件或元器件作為補(bǔ)償元件。例如熱電偶冷端溫度補(bǔ)償器的銅電阻。 修正法。儀表的修正值已知時(shí)，將測(cè)量結(jié)果的指示值加上修正值，就可以得到被測(cè)量的實(shí)際值。此法可削弱測(cè)量中的系統(tǒng)誤差。 對(duì)稱(chēng)觀(guān)測(cè)法（交叉讀數(shù)法）。許多復(fù)雜變化的系統(tǒng)誤差，在短時(shí)間內(nèi)可近似看做線(xiàn)性系統(tǒng)誤差。在測(cè)量過(guò)程中，合理設(shè)計(jì)測(cè)量步驟以獲取對(duì)稱(chēng)的數(shù)據(jù)，配以相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序，從而得到與該影響無(wú)關(guān)的測(cè)量結(jié)果。這是消除線(xiàn)性系統(tǒng)誤差的有效方法。 半周期偶數(shù)觀(guān)測(cè)法。周期性系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是每隔半個(gè)周期所產(chǎn)生的誤差大小相等、符號(hào)相反。 2隨機(jī)誤差 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)

10、行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，若誤差的大小隨機(jī)變化、不可預(yù)知，這種誤差稱(chēng)為隨機(jī)誤差。（1）隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特性 隨機(jī)誤差就單次測(cè)量而言是無(wú)規(guī)律的，其大小、方向均不可預(yù)知，既不能用實(shí)驗(yàn)的方法消除，也不能修正，但當(dāng)測(cè)量次數(shù)無(wú)限增加時(shí)，該測(cè)量列中的各個(gè)測(cè)量誤差出現(xiàn)的概率密度分布服從正態(tài)分布，即圖1.1 隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線(xiàn)（1.6） 正態(tài)分布的隨機(jī)誤差具有：對(duì)稱(chēng)性、單峰性、有界性、抵償性等特征。（2）隨機(jī)誤差的估計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)誤差 貝塞爾公式 （1.7） （1.9） 算術(shù)平均值 （1.8） 置信區(qū)間或置信限：k,k，置信系數(shù)為k，誤差落在確定區(qū)間 k,k 的置信概率P 。 k=1時(shí)，P|x|=68.62% k=2時(shí)，

11、P|x|2=95.44% k=3時(shí)，P|x|3=99.73%。 算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差 對(duì)于一個(gè)等精度的、獨(dú)立的、有限的測(cè)量列來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有系統(tǒng)誤差和粗差的的情況下，它的測(cè)量結(jié)果通常表示為：（1.11） （1.12） 3粗大誤差 測(cè)量結(jié)果明顯偏離其實(shí)際值時(shí)所對(duì)應(yīng)的誤差稱(chēng)為粗大誤差或疏忽誤差，又叫過(guò)失誤差。含有粗大誤差的測(cè)量值稱(chēng)為壞值。 誤差理論剔除壞值的基本方法是首先給定一個(gè)置信概率并確定一個(gè)置信區(qū)間，凡超出此區(qū)間的誤差即認(rèn)為它不屬于隨機(jī)誤差而是粗大誤差，應(yīng)將該粗大誤差所對(duì)應(yīng)的壞值予以剔除。常用的拉依達(dá)準(zhǔn)則（3準(zhǔn)則）規(guī)定：凡是隨機(jī)誤差大于3的測(cè)量值都認(rèn)為是壞值，應(yīng)予以剔除。 4緩變誤差 數(shù)值隨時(shí)間

12、而緩慢變化的誤差稱(chēng)為緩變誤差，主要是由于測(cè)量?jī)x表零件老化、失效、變形等原因造成的。這種誤差在短時(shí)間內(nèi)不易察覺(jué)，但在較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)顯露出來(lái)。通?？梢圆捎枚ㄆ谛ｒ?yàn)的方法及時(shí)修正緩變誤差。任務(wù)與實(shí)施 【任務(wù)】用溫度傳感器對(duì)某溫度進(jìn)行12次等精度測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)（）如下：20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51 要求對(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并列寫(xiě)出最后的測(cè)量結(jié)果。 【實(shí)施方案】數(shù)據(jù)處理一般采取的步驟如下：1.記錄填表將測(cè)量數(shù)據(jù) xi (i = 1、2、3、n )按測(cè)量序號(hào)依次列在表格的第1、2列中，如表1

13、.2所示。2.計(jì)算 求出測(cè)量數(shù)據(jù)列的算術(shù)平均值 ，填入表1.2第1列的下面。 計(jì)算各測(cè)量值的殘余誤差 ，并相應(yīng)列入表1.2中的第3列。 當(dāng)計(jì)算無(wú)誤時(shí)，理論上有 ，但實(shí)際上，由于計(jì)算過(guò)程中四舍五入所引入的誤差，此關(guān)系式往往不能滿(mǎn)足。本例中 計(jì)算 值并列在表1.2第4列，按貝塞爾公式計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)誤差后，填入本列下面。 3.判別壞值 根據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則檢查測(cè)量數(shù)據(jù)中有無(wú)壞值。如果發(fā)現(xiàn)壞值，應(yīng)將壞值剔除，然后從第2步重新計(jì)算，直至數(shù)據(jù)列中不存在壞值。如果無(wú)壞值，則繼續(xù)步驟4。 采用拉依達(dá)準(zhǔn)則檢查壞值，因?yàn)?，而所有測(cè)量值的剩余誤差 均滿(mǎn)足 ，顯然數(shù)據(jù)中無(wú)壞值。 4.列出最后測(cè)量結(jié)果 在確定不存在壞值后，計(jì)算

14、算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差 。 寫(xiě)出最后的測(cè)量結(jié)果： ，并注明置信概率。 因此最后的測(cè)量結(jié)果寫(xiě)成 ()任務(wù)2 傳感器特性分析與傳感器選用 1傳感器的組成 傳感器就是能夠感覺(jué)外界信息，并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)的器件或裝置。 傳感器的輸入量通常指非電量，如物理量、化學(xué)量、生物量等；而輸出量是便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示的物理量，主要是電量信號(hào)。 1.2.1 傳感器的組成及其分類(lèi)知識(shí)鏈接（1）敏感元件：是傳感器中能直接感受被測(cè)量的部分，即直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量。（2）轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。（3）轉(zhuǎn)換電路：將電路

15、參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電壓、電流、頻率等電量信號(hào)。圖1.4 傳感器組成框圖2傳感器的分類(lèi) 傳感器千差萬(wàn)別、種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也不盡相同，常用的分類(lèi)方法有如下幾種：（1）按被測(cè)物理量分類(lèi) 傳感器按被測(cè)物理量可分為溫度、壓力、流量、物位、位移、加速度、磁場(chǎng)、光通量等傳感器。（2）按傳感器工作原理分類(lèi) 分為電阻傳感器、電感傳感器、電容傳感器、光敏傳感器、熱敏傳感器、磁敏傳感器等。 （3）按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給形式分類(lèi) 分為能量變換型（發(fā)電型）和能量控制型（參量型）兩種。能量變換型傳感器在進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)不需另外提供能量，就可將輸入信號(hào)能量變換為另一種形式能量輸出。能量控制型傳感器工作時(shí)必須有外加電源。（4

16、）按傳感器工作機(jī)理分類(lèi) 分為結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器。結(jié)構(gòu)型傳感器是指被測(cè)量變化時(shí)引起了傳感器結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而引起輸出電量變化。物性型傳感器是利用物質(zhì)的物理或化學(xué)特性隨被測(cè)參數(shù)變化的原理構(gòu)成，一般沒(méi)有可動(dòng)結(jié)構(gòu)部分，易小型化。1.2.2 傳感器的靜態(tài)特性與指標(biāo) 傳感器的基本特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間的關(guān)系。傳感器的基本特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。 傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鬏斎胄盘?hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其輸出與輸入之間呈現(xiàn)的關(guān)系，表示為 靜態(tài)特性指標(biāo)主要有精確度、穩(wěn)定性、靈敏度、線(xiàn)性度、遲滯和可靠性等。 （1.13） 1精密度、準(zhǔn)確度和精確度 精確度是反映測(cè)量系統(tǒng)中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合評(píng)定

17、指標(biāo)。與精確度有關(guān)的指標(biāo)有精密度和準(zhǔn)確度。圖1.5 射擊例子 （1）精密度反映測(cè)量系統(tǒng)指示值的分散程度，精密度高則隨機(jī)誤差小。 （2）準(zhǔn)確度反映測(cè)量系統(tǒng)的輸出值偏離真值的程度，準(zhǔn)確度高則系統(tǒng)誤差小。 （3）精確度是準(zhǔn)確度與精密度兩者的總和，常用儀表的基本誤差表示。精確度高表示精密度和準(zhǔn)確度都高。 （2）穩(wěn)定性 穩(wěn)定度：是指在規(guī)定工作條件范圍和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，傳感器性能保持不變的能力。穩(wěn)定度一般用重復(fù)性的數(shù)值和觀(guān)測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短表示。 影響系數(shù)：是指由于外界環(huán)境變化引起傳感器輸出值變化的量。常用輸出值的變化量與影響量變化量的比值表示。（3）靈敏度 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化量與輸入變化量的比值，即

18、： 對(duì)線(xiàn)性傳感器，靈敏度為一個(gè)常數(shù)；對(duì)于非線(xiàn)性傳感器，靈敏度則為一個(gè)變量，隨著輸入量的變化而變化，如圖1.6所示。圖1.6 靈敏度定義（4）線(xiàn)性度 線(xiàn)性度 又稱(chēng)非線(xiàn)性誤差，是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際特性曲線(xiàn)與其理論擬合直線(xiàn)之間的最大偏差 與傳感器滿(mǎn)量程輸出 的百分比，如圖1.7所示。 圖1.7 傳感器線(xiàn)性度示意圖（5）遲滯 遲滯是指?jìng)鞲衅髟谡ㄝ斎肓吭龃螅⒎矗ㄝ斎肓繙p?。┬谐讨休敵銮€(xiàn)不重合的現(xiàn)象，如圖1.7所示。 遲滯 用正、反行程輸出值間的最大差值 與滿(mǎn)量程輸出 的百分比表示，即： 圖1.7 傳感器遲滯示意圖（6）可靠性 可靠性是指?jìng)鞲衅骰驒z測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的工作條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，具有正常工作性能的能

19、力。它是一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。 可靠度：傳感器在規(guī)定的使用條件和工作周期內(nèi)，達(dá)到所規(guī)定性能的概率。 平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）：指相鄰兩次故障期間傳感器正常工作時(shí)間的平均值。 平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）：指排除故障所花費(fèi)時(shí)間的平均值。失效率：是指在規(guī)定的條件下工作到某個(gè)時(shí)刻，檢測(cè)系統(tǒng)在連續(xù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。對(duì)可修復(fù)性的產(chǎn)品，又叫故障率。 失效率是時(shí)間的函數(shù)，如圖1.9所示。一般分為三個(gè)階段：早期失效期、偶然失效期和衰老失效期。圖1.9 失效率變化曲線(xiàn) 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)特性。通常希望傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)一致或相近，但實(shí)際上兩

20、者總是存在著差異，因此必須研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。 研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性首先要建立動(dòng)態(tài)模型，動(dòng)態(tài)模型有微分方程、傳遞函數(shù)和頻率響應(yīng)函數(shù)，可以分別從時(shí)域、復(fù)數(shù)域和頻域?qū)ο到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及規(guī)律進(jìn)行研究。1.2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性與指標(biāo)（1）傳感器階躍響應(yīng) 當(dāng)傳感器輸入一個(gè)單位階躍信號(hào)u(t)時(shí)，其輸出信號(hào)稱(chēng)為階躍響應(yīng)。常見(jiàn)的一階、二階傳感器階躍響應(yīng)曲線(xiàn)如圖1.10所示。（a）一階傳感器的階躍響應(yīng)曲線(xiàn) （b）二階傳感器的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)圖1.10 階躍響應(yīng)曲線(xiàn)時(shí)間常數(shù) ： 傳感器輸出 由零上升到穩(wěn)態(tài)值 的63.2%所需的時(shí)間，見(jiàn)圖1.9（a）。上升時(shí)間 ： 傳感器輸出 由穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)

21、間，見(jiàn)圖1.9（b）。 調(diào)節(jié)時(shí)間 ： 傳感器輸出 由零上升達(dá)到并一直保持在允許誤差范圍 所需的時(shí)間。 可以是2%、5%或10%，根據(jù)實(shí)際情況確定。 最大超調(diào)量 ： 輸出最大值 與輸出穩(wěn)態(tài)值 的相對(duì)誤差，即振蕩次數(shù) ： 調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)，輸出量在穩(wěn)態(tài)值附近上下波動(dòng)的次數(shù)。穩(wěn)態(tài)誤差 ： 無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間后傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出值 與目標(biāo)值 之間偏差的相對(duì)值，即（2）傳感器頻率響應(yīng) 將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號(hào)輸入到傳感器，其輸出正弦信號(hào)的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系稱(chēng)為頻率響應(yīng)特性。 幅頻特性：頻率特性 的模，即輸出與輸入的幅值比 稱(chēng)為幅頻特性。以 為自變量、 為因變量的曲線(xiàn)稱(chēng)為幅頻特性曲線(xiàn)。 相頻特性：頻率特

22、性 的相角 ，即輸出與輸入的相位差 稱(chēng)為相頻特性。以 為自變量、 為因變量的曲線(xiàn)稱(chēng)為相頻特性曲線(xiàn)。 1靜態(tài)標(biāo)定 靜態(tài)標(biāo)定是為了確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線(xiàn)性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。 標(biāo)定時(shí)首先要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)靜態(tài)標(biāo)定所要求的標(biāo)準(zhǔn)條件。其次要求標(biāo)定設(shè)備的精度至少應(yīng)比被標(biāo)定的傳感器及其系統(tǒng)高一個(gè)精度等級(jí)。1.2.4 傳感器的標(biāo)定 標(biāo)定是指用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知非電量（標(biāo)準(zhǔn)量）或用基準(zhǔn)量來(lái)確定傳感器輸出電量與非電輸入量之間關(guān)系的過(guò)程。傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。標(biāo)定步驟具體為： 將傳感器全量程（測(cè)量范圍）分成若干等間距點(diǎn)。 根據(jù)傳感器量程分點(diǎn)情況，由小到大按等間距遞增方式輸入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)量，并

23、記錄與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值。 將輸入值由大到小一點(diǎn)一點(diǎn)地遞減，同時(shí)記錄與各輸入值相對(duì)應(yīng)的輸出值。 按照（2）、（3）步驟，對(duì)傳感器進(jìn)行正、反行程往復(fù)循環(huán)多次測(cè)試，將得到的輸出/輸入測(cè)試數(shù)據(jù)用表格列出或繪制成曲線(xiàn)。 對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的整理，根據(jù)處理結(jié)果就可以確定傳感器的線(xiàn)性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。 2動(dòng)態(tài)標(biāo)定 在對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析和標(biāo)定時(shí)，為便于比較和評(píng)價(jià)，通常采用正弦變化和階躍變化的輸入信號(hào)。如前所述，采用階躍輸入信號(hào)研究傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)性能時(shí)，常用上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間和超調(diào)量等參數(shù)描述；采用正弦輸入信號(hào)研究傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能時(shí)，常采用幅頻特性和相頻特性來(lái)描述。動(dòng)態(tài)標(biāo)定所

24、采用的設(shè)備和標(biāo)定過(guò)程都要比靜態(tài)標(biāo)定復(fù)雜。 傳感器的校準(zhǔn)是指通過(guò)定期檢測(cè)傳感器基本的性能參數(shù)，確定其是否可以繼續(xù)使用。若能繼續(xù)使用，則應(yīng)對(duì)其有變化的主要性能指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，以確保傳感器的測(cè)量精度。傳感器的校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容基本相同。任務(wù)與實(shí)施 【任務(wù)】現(xiàn)有0.5級(jí)的0300和1.0級(jí)的0100的兩個(gè)溫度計(jì)，欲測(cè)量80的溫度，試問(wèn)選用哪一個(gè)溫度計(jì)好？為什么？在選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮哪些方面？ 【實(shí)施方案】1計(jì)算 0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為 1.0級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差、測(cè)量80時(shí)可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差分別為: 計(jì)算結(jié)果x1x2

25、，顯然用1.0級(jí)溫度計(jì)比0.5級(jí)溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，示值相對(duì)誤差反而小。因此在選用儀表時(shí)，不能單純追求高精度，而是應(yīng)兼顧精度等級(jí)和量程，最好使測(cè)量值落在儀表滿(mǎn)度值的2/3以上區(qū)域內(nèi)。2傳感器的選用（1）靈敏度 靈敏度高，則意味著傳感器所能感知的變化量小，即被測(cè)量稍有一微小變化時(shí)，傳感器就有較大的輸出響應(yīng)。一般講，傳感器的靈敏度越高越好。 若傳感器的靈敏度很高，即使是很微弱的干擾信號(hào)也很容易被混入，并且會(huì)伴隨著有用信號(hào)一起被電子放大系統(tǒng)放大。 傳感器的量程范圍與靈敏度有關(guān)。 當(dāng)傳感器工作在既有被測(cè)量又有較強(qiáng)干擾量的情況下，過(guò)高的靈敏度反而會(huì)縮小傳感器適用的測(cè)量范圍。（2）線(xiàn)性范圍 傳感器理想的靜態(tài)特性是在很大測(cè)量范圍內(nèi)輸出與輸入之間保持良好的線(xiàn)性關(guān)系。 實(shí)際上傳感器只能在一定范圍內(nèi)保持線(xiàn)性關(guān)系。傳感器工作在線(xiàn)性區(qū)內(nèi)是保證測(cè)量精確度的基本條件，否則就會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差。 傳感器絕對(duì)工作在線(xiàn)性區(qū)是很難保證的，也就是說(shuō)，在許可的限度內(nèi)，也可以工作在近似線(xiàn)性的區(qū)域內(nèi)。因此，在選用時(shí)必須考慮被測(cè)量的變化范圍，使其非線(xiàn)性誤差在允許范圍之內(nèi)。（3）響應(yīng)特性 通常希望傳感器的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)相一致或基本相近。 但在