ch1 传感器的一般特性.ppt

开发新型传感器 B.开发新材料 C.新工艺的采用 D.集成化、多功能化 E．智能化 x y 0 零基直线 实际特性曲线 量程 -△Ymax + △Ymax 零基线性度 零基线性度：传感器实际、平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差，以传感器的满量程输出的百分比来表示。而零基直线则定义为这样一条直线，它位于传感器的量程内，但可通过或延伸通过传感器的理论零点，并可改变其斜率，以把最大偏差减至最小 x y 0 最佳直线 实际特性曲线 量程 -△Ymax + △Ymax 独立线性度 最小二乘线性度：以最小二乘法拟合的直线为基准直线 独立线性度: 作两条与端基直线平行的直线, 使之恰好包围所有的标定点, 以与二直线等距离的直线作为拟合直线。 3. 迟滞 　　 输入逐渐增加到某一值, 与输入逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等, 叫迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度。 其值以满量程的输出YFS的百分数表示。  式中, Δmax为输出值在正反行程的最大差值。 图 1.3 迟滞曲线 4、重复性 在相同的工作条件下，在一段短的时间间隔内，输入量从同一方向作满量程变化时，同一输入量值所对应的连续先后多次测量所得的一组输出量值，他们之间相互偏离的程度便称为传感器的重复性。 x y 0 5. 稳定性 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。 实际上, 随着时间的推移, 大多数传感器的特性会改变，这是因为传感元件或构成传感器的部件的特性随时间发生变化, 产生一种经时变化的现象。 x y 0 零漂 灵敏度漂移 1.4.2 传感器的动态特性 传 感 器 输入 x 输入 y = f(x) 被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。通常研究动态特性是根据标准输入特性来考虑传感器的响应特性。 标准输入有三种： 经常使用的是前两种。 正弦变化的输入 阶跃变化的输入 线性输入 动态特性：传感器在被测量随时间变化的条件下输入输出关系 例：动态测温 1. 传递函数 假设传感器在输入输出存在线性关系的范围内使用, 则它们之间的关系可用高阶常系数线性微分方程表示: 式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。对上式进行拉普拉斯变换，可得 并设t=0时， (i=0,1,…)全部为0， 得到 优点：表示了传感器本身特性与输入输出无关，只与系统结构特性参数有关，可通过实验求得。 对 Ｙ( S ) = Ｈ(S )Ｘ( S ) 进行反变换，即可得到Y( t ) 与 X( t ) 关系。（微分方程的拉氏变换求解法） 对于较为复杂的系统，可以将其看作是一些较为简单系统的串联与并联，串联系统与并联系统的传递函数如下图所示。 图 串联系统（a）和并联系统（b） （a） （b） 串联系统： 总传递函数为各子系统传递函数的积。 并联系统： 总传递函数为各子系统传递函数的和。 2. 瞬态响应特性 阶跃响应特性是指给原来处于静态状态传感器输入阶跃信号，(对传感器突然加载或突然卸载即属于阶跃输入).在不太长的一段时间内，传感器的输出特性即为其阶跃响应特性。有最大超调量,时间常数 , 上升时间 , 响应时间等参数. 输入：阶跃信号 输出：阶跃响应 时间常数?： 上升时间tr： 响应时间ts： 超调量a1： 衰减率?： 稳态误差ess： 系统输出值上升到稳态值yc的63.2%所需的时间 传感器输出从稳态值yc的10%上升到90%所需时间 输出值达到允许范围??%的所需时间 响应曲线第一次超过稳态值yc的峰高：ymax-yc 相邻两个波峰（或波谷）高度下降的百分数 无限长时间后，传感器稳态值与目标值偏差的相对误差 一阶传感器的单位阶跃响应 对于一个阶跃输入： 　得一阶传感器的单位阶跃响应信号 传感器存在惯性，　值是一阶传感器重要的性能参数 特点： 一阶传感器实例： 动态响应特性主要取决于时间常数?； ?小 阶跃响应迅速 截止频率高 运动方程： 带阻尼弹簧测力传感器 时间常数： 静态灵敏度系数： k-弹簧刚度 c-阻尼系数 二阶传感器的单位阶跃响应 当?1时： 当?1时： 当?=1时： 无过冲，无震荡，过阻尼 曲线上升慢，响应速度低 产生衰减震荡 欠阻尼 曲线上升块，响应速度高 一般取： ?=0.6~0.8 最大超调量不超过2.5 ﹪ -10 ﹪,允许动态误差2 ﹪ -5 ﹪ y sn 2 1 ωnt ξ=0 1.5 1 0.6 0.2 二阶传感器对阶跃信号的响应在很大程度上取决于阻尼比和固有频率。固有频率由传感器的主要结构参数所决定，越高，传感器的响应速度越快。固有频率为常数时，传感器的响应主要取决于阻尼比。 3. 频率响应特性