第1篇 传感器的一般特性.ppt

第1章 传感器的一般特性 传感器的基本特性即输出—输入关系特性，即系统输出信号y(t)与输入信号x(t)之间的关系。 ?静态特性：y=f(x)； ?动态特性：y(t)=f?x(t)? 。 图1-1 传感器系统 研究传感器的基本特性的意义： ?测量 传感器作为测量系统，由输出y推求输入x； ?传感器的研究、设计与系统建立。 传感器的基本特性是外特性，但由其内部结构参数决定。 本章主要内容 1.1 传感器的静态特性 1.2 传感器的动态特性 1.3 传感器动态特性分析 1.4 传感器无失真测试条件 1.5 机电模拟和变量分类 1.1 传感器的静态特性 1.1.1 线性度(非线性误差)(Linearity) 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间的线性程度。 理想输出—输入线性特性传感器（系统）优点： ?简化传感器理论分析和设计计算； ?方便传感器的标定和数据处理； ?显示仪表刻度均匀，易于制作、安装、调试，提高测量精度； ?避免非线性补偿环节。 实际传感器输出—输入特性一般为非线性，即 y=a0+a1 x+a2 x2+a3 x3+…+an xn 式中， a0----零位输出，零点漂移（零漂）； a1----传感器线性灵敏度，常用K表示； a2、a3、?、an-----待定系数。 四种典型情况： (1)理想线性：y=a1x ， 灵敏度Sn=y/x=a1=常数（K） (2)具有偶次项非线性：y=a1x+a2x2+a4x4+‥‥ (3)具有奇次项非线性：y=a1x+a3x3+a5x5+‥‥ (4)普遍情况：y=a1x+a2x2+a3x3+a4x4+‥‥ 图1-2 传感器的静态特性 ?传感器非线性特性的线性化—直线拟合: 理论拟合；端基拟合；独立拟合；最小二乘法拟合；等 图1-3 传感器静态特性的非线性 非线性误差（线性度）—实际静态特性曲线与拟合直线之间的偏差。（属系统误差） 式中，?max—最大非线性绝对误差；yF?S—输出满量程。 1.1.2 灵敏度(Sensitivity) 灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化与输入变化的比值，用Sn表示，即 具有输出/输入量纲。 图1-4 灵敏度定义 (a)线性传感器;(b)非线性传感器 对于线性传感器，灵敏度常表为 K=y/x 。 1.1.3 分辨率和分辩力（Resolution） 分辨率和分辩力都是表示传感器能检测被测量的最小值的性能指标。 分辨率是以满量程的百分数来表示，无量纲； 分辩力是以最小量程的单位值来表示，有量纲。 （也称为阈值、灵敏度界限、灵敏阈、门槛灵敏度 ） 图1-5 滞环特性示意图 1.1.5 重复性（Repeatability) 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 不重复性误差(属随机误差）： 计算方式： 其中标准偏差为： 图1-6 重复性 1.1.6 精度（Accuracy) 传感器的精度是指其测量结果的可靠程度，它由其量程范围内的最大基本误差与满量程之比的百分数表示。基本误差由系统误差和随机误差两部分组成，故 传感器的精度用精度等级a表示，如0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5等。 传感器偏离规定的正常工作条件还存在附加误差测量