1.3 传感器特性与技术指标（课件）- 《传感器与智能检测技术》同步教学（电工版·2023）

1.3 传感器特性与技术指标 一、理想传感器 1. 理想传感器特点 1） 传感器只敏感特定输入量，输出只对应特定输入； 2） 传感器的输出量与输入量呈惟一、稳定的对应关系，最好为线性关系； 3） 传感器的输出量可实时反映输入量的变化。 2. 实际传感器与外界因素 2 二、传感器基本特性 传感器的基本特性：传感器的输入 – 输出关系特性。 静态特性指标； 稳定性和可靠性指标； 动态特性指标； 其它性能指标； 数学模型 基本特性指标 描述 方法 3 式中： ΔLmax—— 最大非线性绝对误差； YFS —— 满量程输出值。 1. 线性度（非线性） 传感器的实际输入-输出曲线（校准曲线）与拟合直线之间的吻合（偏离）程度。 （一）传感器的静态特性指标 灵敏度、线性度、分辨力、迟滞、重复性…… 4 作图法求线性度演示 （ 1—拟合曲线 2—实际特性曲线 ） 对于非理想直线特性的传感器，需要进行非线性校正，常采用以下方法。 （1）理论拟合 （2）过零旋转拟合 （3）端点连线拟合 （4）最小二乘拟合 （5）最小包容拟合 第一节 传感器的静态特性 图1-2 各种直线拟合方法 a) 理论拟合 b) 过零旋转拟合 c) 端点连线拟合 d) 端点平移拟合 2. 灵敏度 其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，即 信噪比： 误码率：SER=传输中的误码数/所传输的总码数×100% 7 3. 分辨力（率） 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代表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。 右表的分辨力为多少？ 分辨率：将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为1的数。 右表的满量程为99.9A，问：该表的分辨力、分辨率为多少？ 解：分辨力=0.1A 分辨率=0.1A÷99.9A≈0.1% 分辨力：能检测出的输入量的最小变化量。 分辨率：分辨力/满量程值。 阈值：即零点附近的分辨力 4.测量范围与量程 测量范围：[Amin, Amax] 量程： 5. 准确度 准确度等级： 一般工业用仪表常用准确度等级： 0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0 11 6. 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。 传感器在全量程范围内最大的迟滞差值与满量程之比称为迟滞误差。迟滞误差又称为回差或变差。 12 7. 重复性（Repeatability） 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计算，即 或 8.电磁兼容性(EMC，Electromagnetic Compatibility) EMC包括两个方面的要求： 一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰(Electromagnetic Disturbance)不能超过一定的限值； 另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility，即EMS) 1.稳定性与 漂移 传感器的漂移: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： 一是传感器自身结构参数；二是周围环境。 最常见的漂移是零点漂移和灵敏度漂移。 （二）稳定性与可靠性指标 稳定性：传感器经长期使用后输出特性不发生变化的能力； 零漂：传感器在长时间工作的情况下，输入量不变(x=0)而输出量发生的变化，用于指示长时间工作稳定性 零漂＝ 灵敏度漂移：灵敏度随时间而产生变化的现象 式中　ΔY0　——最大零点偏差； YFS ——满量程输出。 2. 可靠性 反映传感器和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。包括： 故障平均间隔时间、平均修复时间、故障率或失效率等。 浴盆曲线 磨合期又称 早期失效期 稳定期又称 偶然失效期 失效期又称 衰老失效期 “老化”试验： 在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境 低温环境 高温环境……反复循环。老化之后的系统在现