1.6传感器基本特性（课件）《传感器检测技术》同步教学课件（机械工业出版社）

1.6传感器的基本特性 传感器特性主要指输出与输入之间 的关系。 输入量为常量或变化极慢时，这一 关系称为静态特性。 输入量随时间较快地变化时，这一 关系称为动态特性。 主要内容： 传感器的静态特性 传感器的动态特性 2 各种干扰稳定性 温漂 稳定性(零漂) 分辨力 误差因素 图2-1 传感器输入输出作用图 冲击与振动 电磁场 输入 线性 滞后 重复性 灵敏度 衡量传感器特 性的主要技术 指标 取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑 制，有时也可以对外界条件加以限制。 温度 供电 输出 外界影响 人 传感器 传 感 器 的 静 态 特 性 Static characteristics of sensor 传感器的静态特性 传感器的输入量 在较长时间内维持不变或发生及其缓慢变 化时输出量与输入量之间的关系。 传感器静态特性的数学模型 传感器静态特性的重要指标 传感器静态特性的数学模型 对于没有蠕变与迟滞效应的理想传感器，其静 态特性的数学模型可用包含输入量的奇、偶次幂的 代数方程表示： -M YLNY Y I LM y' y uo ¹u₁ iu₂ Cg 该模型为传感器静态特性的一般数学模型，在对各 种传感器原理的分析中静态特性的数学模型常出现 三种典型形式，四种典型静态特性曲线见图2-2。 1.理想线性特性 理想线性特性的数学模型是一个过原点 的直线方程： y=a₁x(或 y=a₀+a₁x) 其中： —传感器静态灵敏度 d₀ 零位输出(零偏) a1 — 2.只含奇次方项的非线性特性 数学模型为： y=a₁x+ax₂x³+a₅x⁵+ … 该特性在原点附近较大范围内输出—输入特性 基本成线性，且具有 y(x)=-y(-x) 特性。曲 线的线性段所对应的输入量的值，即为传感器 的线性工作范围。 3.只有偶次方项的非线性特性 数学模型为： y=a₁x+a₂x²+a₄x⁴+ … 该响应特性曲线为非对称，其对应的线性工作 范围较小。 8 (c)Y=a₁X+a₂X²+a₄X+ … (d)Y=a₁X+a₂X²+a₃X²+ … 图2-2 四种典型静态特性曲线 (a)Y=a₁X (b)Y=a₁X+a₃X³+a₃X⁵+… 传 感 器 静 态 特 性 的 描 述 衡量传感器静态特性的指标 式 做 府 gonotttritr 火 数 度 Sensltiviuy 线性度 linerity 精度 accuracy 因 出 acldy 重复性 repeatability 其它特性 灵敏度 sensitivity 对线性传感器静态灵敏度在整个范 围内是一个常数，可以表示为K=Y/X , 校准曲线的斜率就是其静态灵敏度； 而非线性传感器的静态灵敏度则随 输入量的变化而变化，一般用校准曲线 对应的拟合直线的斜率近似。 12 0 (b) 非线性传感器 (a) 线性传感器 图2-3 传感器的灵敏度 V 2. 线性度 linerity 用传感器校准曲线与作为基准的拟合直线的 偏离程度来表示，通常用最大相对误差的形式表 其中：σ₁—线性度 △L —输出平均值与拟合直线的最大偏差 Yg,s—满量程输出的平均值 示： 传感器线性度的评价是以拟合直线 为基础的，拟合直线的选取不同，线性 度的表示方法就不同。对同一传感器在 相同条件下作校准试验，由于选取的拟 合直线不同，得出的非线性误差也就不 同，因此不能笼统的说线性度或非线性 误差，而必须指明其所依据的拟合直线。 拟合直线的一般方程式为： y=kx+b 其中： k—拟合直线的斜率 b—拟合直线的截距 有了拟合直线，即可根据线性度的定义求得相 应的非线性误差。 16 线性度的确定方法有： (1)理论线性度 以理论直线为拟合直线所确定的线性 度称理论线性度。此理论直线与实测值无 关，其两端点的一端过原点，另一端过最 大输入量对应的满量程输出点。这种拟合 方法比较明确和方便。 (2)端点线性度 以校准曲线的两个端点相连成的直线作为 拟合直线所确定的线性度。 这种拟合方法比较简单直观，但其拟合精 度较低。 18 (3)平均选点线性度 此种