5传感器及基本特性(第4章).ppt

第四章 传感器的特性 ;一、传感器的定义 ;二、传感器的组成 ;敏感元件：是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。;1-弹簧管 2-电位器;弹性敏感元件（弹簧管）;弹性敏感元件（弹簧管）;弹簧管放大图;其他各种弹性敏感元件;被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量 ; 360度圆盘形电位器; 测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。 ;二、传感器分类;第二节 传感器的静态特性;一、传感器静态特性一般知识;对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示： ; 传感器的静态特性指标主要是通过校准试验来获取的。所谓校准试验，就是在规定的试验条件下，给传感器加上标准的输入量而测出其相应的输出量。在传感器的研制过程中可以通过其已知的元部件的静特性，采用图解法或解析法而求出传感器可能具有的静态特性。;二、传感器的静态特性指标;线性度：;作图法求线性度演示 （ 1—拟合曲线 2—实际特性曲线 ）; 由于实际遇到的传感器大多为非线性。在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。 因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性，但如果传感器非线性的方次不高， 输入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。 ;直线拟合方法 a)理论拟合 b)过零旋转拟合 c)端点连线拟合 d)端点连线平移拟合;设拟合直线方程：;灵敏度 ：; 显然灵敏度表示静态特性曲线上相应点的斜率。对线性传感器，灵敏度为一个常数；对于非线性传感器，灵敏度则为一个变量，随着输入量的变化而变化，;迟滞: 传感器在输入量由小到大（正行程）及输入量由大到小（反行程）变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正???行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值 与满量程输出值之比称为迟滞误差，即 ;迟滞特性;重复性(repeatability or reproducibility, precision)： 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值ΔRmax计算，即 ;△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。;分辨力： 指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。 ;漂移： 传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面： 一是传感器自身结构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。 最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。 温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度（一般为20℃）时的输出值的变化量与温度变化量之比(ξ)来表示， 即 ; 可靠性 ： 可靠性是反映检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。 ;稳定性：;精确度： 精确度是反映测量系统中系统误差和随机误差的综合评定指标。与精确度有关的指标有：精密度、准确度和精确度。 ①精密度：说明测量系统指示值的分散程度。精密度反映了随机误差的大小，精密度高则随机误差小。(思考：与重复性的关系？) ②准确度：说明测量系统的输出值偏离真值的程度。准确度是系统误差大小的标志，准确度高则系统误差小。 ③精确度：是准确度与精密度两者的总和，常用仪表的基本误差表示。精确度高表示精密度和准确度都高。;准确度高而精密度低;第三节 传感器的动态特性;一、动态参数测试的特殊性 ;二、传感器的动态模型; 1） 零阶系统 在方程式中的系数除了a0、b0之外，其它的系数均为零，则微分方程就变成简单的代数方程， 即 ; 2） 一阶系统 方程式中的系数除了a0、a1与b0之外，其它的系数均