1.6 传感器的基本特性（课件）-《传感器与自动检测技术》同步教学（机械工业版）

第1章 传感器的基本知识 2 2024/1/10 1.1 传感器的作用与地位 1.2 传感器的应用与发展 1.3 传感器的定义与组成 1.4 传感器的分类 1.5 传感器的命名及代号 1.6 传感器的基本特性 本章小结 复习思考题 主要内容 3 2024/1/10 学习要点 掌握传感器的概念及组成 熟悉传感器的分类方法 了解传感器的命名方法 掌握传感器的一般特性 1.6 传感器的基本特性 2024/1/10 4 1.6.1 传感器的基本特性 --静态特性 2024/1/10 5 6 学习要点 掌握静态特性的概念 熟悉传感器的静态数学模型 掌握传感器的静态性能指标—线性度、灵敏 度、重复性、迟滞、分辨力和阈值、稳定性、 漂移、量程范围的含义 2024/1/10 1.6 传感器的基本特性 在生产和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并不失真地变换成相应的电量，这主要取决于传感器的基本特性，传感器的基本特性，即输入——输出特性。 7 1.6 传感器的基本特性 传感器的基本特性，即输入——输出特性 动态特性 --- 被测量随时间快速变化时传感器 输入与输出间的关系。 静态特性 --- 被测量不随时间变化或随时间变化 缓慢时输入与输出间的关系。 传感器的 基本特性 8 静态信号 9 缓慢变化的信号--静态测量 水银体温计 温湿度计 寒暑表 10 动态信号 地震波形 爆炸波形 11 传感器作为感受被测量信息的器件，总是希望它能按照一定的规律输出有用的信号，因此需要研究其输入—输出之间的关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。 理论和技术上的表征输入—输出之间的关系通常是建立数学模型来体现，这也是研究科学问题的基本出发点。 12 1.6.1 传感器的静态特性 传感器的静态数学模型 --- 指在静态信号作用下，传感器输出量与输入量之间的一种函数关系。如果不考虑迟滞特性和蠕动效应，传感器的静态数学模型一般可用ｎ次多项式来表示为： (1-1) 输入量，即被测量 传感器的理论输出量 零输入时的输出,也叫零位输出 传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示 非线性项系数，其数值由具体传感器非线性特性决定 n = 0,1,2, …… 13 传感器静态数学模型 4 种特殊形式 理想的线性特性----能准确无误地反映被测的真值。 线性传感器的特性----不过原点的直线。 仅有偶次非线性项----线性范围较窄，线性度较差，灵敏度为 相应曲线的斜率。 仅有奇次非线性项----线性范围较宽，且特性曲线相对坐标原点 对称，具有这种特性的传感器使用时应采取线性补偿措施 。 n = 0,1,2,…… n = 0,1,2,…… 14 传感器静态数学模型4种特殊曲线 图1-3 传感器典型静态特性曲线 15 2. 传感器的静态性能指标 传感器的静态性能指标 量程范围 线性度 灵敏度 重复性 迟 滞 分辨力和阈值 稳定性 漂 移 16 1.线性度 线性度----传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离理论拟合直线的程度，又称非线性误差。线性度可用下式表示为： ………(1-6) 实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 满量程输出平均值 最大输出平均值 最小输出平均值 17 线性度是以拟合直线作为基准来确定的，拟合方法不同，线性度的大小也不同！ 常用的拟合方法有理论直线法、端点连线法、割线法、最小二乘法等。 端点连线法简单直观，应用比较广泛，但没有考虑所有测量数据的分布， 拟合精度较低。 最小二乘法拟合精度最高，但计算繁琐，需要借助计算机来完成。 图1-4 传感器的线性度 18 2. 灵敏度 灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。 线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图1-5a所示。 图1-5 传感器的灵敏度 非线性传感器的灵敏度是一个随工作点而变的变量，如图1-5b所示。 19 3.重复性 重复性----传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度，如图1-6所示。 不重复性主要由传感器的机械部分的磨损、间隙、松动、部件的内摩擦、积尘、电路老化、工作点漂移等原因产生。 多次测试的不重复误差， 多次测试的曲线越重合， 其重复性越好。 输出最大不重复误差 满量程输出平均值 图1-6 重复性 20 标准偏差 重