傳感器基本特性

傳感器基本特性第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六靜態(tài)特性曲線可實(shí)際測試獲得。在獲得特性曲線之后，可以說問題已經(jīng)得到解決。但是為了標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理的方便，希望得到線性關(guān)系。這時可采用各種方法，其中也包括硬件或軟件補(bǔ)償，進(jìn)行線性化處理。一、靜態(tài)特性技術(shù)指標(biāo)1．傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器的輸出輸入關(guān)系或多或少地存在非線性。在不考慮遲滯、不穩(wěn)定性等因素的情況下，其靜態(tài)特性可用下列多項式代數(shù)方程表示：式中：y—輸出量；x—輸入量；a0—零點(diǎn)輸出；a1—理論靈敏度；a2、a3、…、an—非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同，決定了特性曲線的不同形式。y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六2、傳感器的靜態(tài)標(biāo)定利用一定準(zhǔn)確度的標(biāo)定設(shè)備產(chǎn)生已知標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)量，作傳感器的輸入量，對傳感器多次測量，繪制靜態(tài)特性曲線，以確定傳感器的靜態(tài)特性。標(biāo)定設(shè)備要求（1）如系統(tǒng)誤差較小，只考慮隨機(jī)誤差。（2）如隨機(jī)誤差較小，只考慮系統(tǒng)誤差。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六3、傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)1、線性度線性度是指傳感器的輸出量y與輸入量x之間能否保持理想線性的一種量度。傳感器在全流程范圍內(nèi)靜態(tài)標(biāo)定曲線與擬合直線的接近程度。叫線性度。在采用直線擬合線性化時，輸出輸入的校正曲線與其擬合曲線之間的最大偏差，就稱為非線性誤差或線性度。第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六

非線性誤差通常用相對誤差γL表示：ΔLmax一最大非線性誤差；yFS—滿量程輸出。非線性誤差的大小是以一定的擬合直線為基準(zhǔn)直線而得出來的。擬合直線不同，非線性誤差也不同。所以，選擇擬合直線的原則，是獲得最小的非線性誤差，另外，還應(yīng)考慮使用是否方便，計算是否簡便。最小二乘法確定擬合直線，選定合適的直線方程系數(shù)，使靜態(tài)標(biāo)定曲線與擬合直線偏差的平方和為最小。擬合精度高，計算繁瑣。

γL=±(ΔLmax/yFS)×100%第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六擬合直線方法過零旋轉(zhuǎn)擬合、端點(diǎn)連線擬合、端點(diǎn)連線平移擬合。擬合精度低。平均法，將測量得到的n個檢測點(diǎn)分成數(shù)目相等的兩組，求出兩個點(diǎn)系中心，通過兩個點(diǎn)系中心的直線，就是要求的擬合直線。斜率、截距可求得。擬合精度較高，計算較簡便。第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六直線擬合方法b)過零旋轉(zhuǎn)擬合c)端點(diǎn)連線擬合d)端點(diǎn)連線平移擬合第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六2．靈敏度可見，傳感器特性曲線的斜率就是其靈敏度。對線性特性的傳感器，其特性曲線的斜率處處相同。靈敏度也存在誤差，相對誤差：S=Δy/Δx靈敏度是傳感器對被測量變化的反應(yīng)能力，是傳感器的基本指標(biāo)。傳感器輸出的變化量Δy與引起該變化量的輸入變化量Δ

x之比即為其靜態(tài)靈敏度，其表達(dá)式為第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六3．遲滯（回程誤差）0yx⊿HmaxyFS遲滯特性式中△Hmax—正反行程間輸出的最大差值。遲滯是由于傳感器敏感元件材料的物理特性引起的，如磁滯回線。傳感器在正(輸入量增大)反（輸入量減小）行程中輸出輸入曲線不重合稱為遲滯。遲滯特性如圖所示，它一般是由實(shí)驗方法測得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示,即第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六4．重復(fù)性yx0⊿Rmax2⊿Rmax1重復(fù)性誤差可用正反行程的最大偏差表示，即重復(fù)性是指傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度?！鱎max1正行程的最大重復(fù)性偏差，△Rmax2反行程的最大重復(fù)性偏差。重復(fù)性反映隨機(jī)誤差的大小。第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六5、精度（精確度）精度反映傳感器測量結(jié)果與真值的接近程度，用相對誤差大小表示精度高低。傳感器的精度常用線性度、靈敏度、滯后量、重復(fù)性誤差的方和根表示：第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六傳感器準(zhǔn)確度等級工程應(yīng)用上，傳感器的精度常用引用誤差表示：第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六6．分辨率

分辨率表示傳感器能檢測到輸入量的最小變化能力。有些傳感器,當(dāng)輸入量緩慢變化,超過某一增量時，傳感器才能檢測到輸入量的變化，這個輸入量的增量稱為傳感器的分辨率。

7.穩(wěn)定性穩(wěn)定性表示在較長時間內(nèi)傳感器對于大小相同的輸入量，其輸出量發(fā)生變化的程度，一般在室溫條件下，經(jīng)過規(guī)定的時間間隔后傳感器輸出的差值稱為穩(wěn)定性誤差。8．漂移漂移是指在外界干擾時，在一定的時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量與輸入量無關(guān)的變化程度。第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六被測量隨時間變化的形式可能是各種各樣的，只要輸入量是時間的函數(shù)，則其輸出量也將是時間的函數(shù)。通常研究動態(tài)特性是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來考慮傳感器的響應(yīng)特性。

二、傳感器的動態(tài)特性動態(tài)特性指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性，當(dāng)輸入量隨時間較快地變化時，這一關(guān)系稱為動態(tài)特性。第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六二、傳感器的動態(tài)特性標(biāo)準(zhǔn)輸入有三種：正弦變化的輸入階躍變化的輸入線性輸入傳感器輸出與輸入關(guān)系可用微分方程來描述，傳感器的靜態(tài)特性只是動態(tài)特性的一個特例。第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六1．?dāng)?shù)學(xué)模型與傳遞函數(shù)

分析傳感器動態(tài)特性，必須建立數(shù)學(xué)模型。對線性系統(tǒng)動態(tài)特性的研究，主要是分析數(shù)學(xué)模型的輸入量x與輸出量y之間的關(guān)系，通過對微分方程求解，得出動態(tài)性能指標(biāo)。

在使用傳感器時，應(yīng)根據(jù)輸入量的頻率范圍，合理選用頻率特性合適傳感器，一般要求在被測量的頻率范圍內(nèi)，輸出幅值的變化限制在10%以內(nèi)，相位的偏移不超過3~6度。返回2返回1第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六一、與測量條件有關(guān)的因素(1)測量的目的；(2)測量范圍；(3)輸入信號的幅值，頻帶寬度；(4)精度要求；(5)測量所需要的時間。傳感器的選用原則第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六二、與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)

(1)靈敏度；(2)穩(wěn)定度；(3)響應(yīng)特性；(4)模擬量與數(shù)字量；(5)輸出幅值；(6)對被測物體產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)；(7)對過大的輸入信號保護(hù)。

第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六

三、與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素

(1)安裝現(xiàn)場條件及情況；(2)環(huán)境條件(濕度、溫度、振動等)；(3)信號傳輸距離；(4)所需現(xiàn)場提供的功率容量。第十九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其他指標(biāo)量程指標(biāo)：量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)：靈敏度、分辨力、滿量程輸出等精度有關(guān)指標(biāo)：精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性

動態(tài)性能指標(biāo)：固定頻率、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間等。

溫度指標(biāo)：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等

抗沖振指標(biāo)：允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差