专题十六 传感器信号的非线性校正、传感器的标定与选择（教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版 讲练测

专题十六：传感器信号的非线性校正、传感器的标定与选择（讲义）-《传感器及应用》 第2版 专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解校正曲线的求取方法，掌握模拟量非线性校正的基本原理，理解数字量非线性校正的基本过程。 2.了解传感器标定的概念和目的、了解传感器校准的目的和方法， 掌握传感器标定和校准的基本步骤。 3.掌握传感器选择的基本原则，了解传感器的种类和常见应用领域、特点和优缺点，并能根据具体测量要求选择适合的传感器。 4. 熟悉传感器的标定与选择实际应用案例。 5. 能够分析和解决传感器信号非线性校正、传感器标定与选择方面的实际问题。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.校正曲线的求取 当已知变换器的输出特性时，可以求出相应的校正特性。一个简单的处理办法就是先把校正环节的电压增益看作1，在已知的非线性特性的最大、最小值之间连一条直线，然后以此直线为对称轴，作非线性特性的镜像，则此镜像为所需的校正特性。 2.模拟量的非线性校正 根据传感器的非线性特性，作出校正特性曲线后，将校正特性曲线y=f(x)用多条有限的折线来逼近，然后根据各转折点x；和各段折线的斜率来设计校正电路。设计校正电路需要有非线性元件或利用某元件的非线性区域，例如磁性材料的饱和区，晶体管的截止、饱和特性，二极管的截止、饱和特性等。目前，最常用的是利用二极管组成非线性电阻网络来产生折点，并与运算放大器组成校正放大电路。 3.数字量非线性校正 非线性校正装置也可以放置在A/D转换之后，过去这些数字量的线性化都是采用硬件处 理技术来实现的。硬件处理的一种方法是采用非线性A/D转换器，它利用A/D转换器的转换机理有意识地造成其某种非线性，以补偿传感器的非线性。目前已有集成化产品，它结构紧凑，转换精度高，使用方便。 采用软件实现数据线性化，一般有三种方法：计算法、查表法和插值法。 4.传感器的标定与校准 用试验方法确定传感器性能参数的过程称为标定。传感器的标定应在其使用条件相似的环境状态下进行，并将传感器所配用的滤波器、放大器及电缆等和传感器连接后一起标定。标定时应按照传感器规定的安装条件进行安装。传感器的标定分静态标定和动态标定。 1）静态标定 静态标定就是输入已知标准非电量，测出传感器的输出，给出标定曲线、标定方程和标定常数，计算灵敏度、线性度、迟滞等传感器的静态特性指标。 2）动态标定 动态标定是通过确定其线性工作范围(用同一频率不同幅值的正弦信号输入传感器测量其输出)、频率响应函数、幅频特性和相频特性曲线、阶跃响应曲线来确定传感器的频率响应范围、幅值误差、时间常数、阻尼比、固有频率等动态特性指标。 5.选择传感器时应考虑的条件 (1)与测量条件有关的因素与测量条件有关的因素有：测量的目的，被测量的选择，测量范围，输入信号的幅值、频带宽度，精度要求，测量所需要的时间。 (2)与传感器有关的技术指标与传感器有关的技术指标有精度、稳定度、响应特性、模拟量与数字量，输出幅值、对被测物体产生的负载效应、校正周期、超标准过大的输入信号保护。 (3)与使用环境条件有关的因素与使用环境条件有关的因素有：安装现场条件及情况，环境条件(湿度、温度、振动等)，信号传输距离，现场所需提供的功率容量。 (4)与购买和维修有关的因素与购买和维修有关的因素有：价格，零配件的储备，服务与维修制度、保修时间，交货日期。 6.传感器选择的一般原则 选择传感器总的原则是：在满足对传感器所有技术要求的情况下，成本低廉、工作可靠和容易维修，即所谓性能价格比要大。 选择传感器的一般原则可按下列步骤进行： 1）借助于传感器分类表，按被测量的性质，从典型应用中初步确定几种可供选用的传感器类别。 2）借助于几种常用传感器性能特点比较表，按被检测量的检测范围、精度要求、环境要求等确定传感器的结构形式和传感器的最后类别。 3）借助于传感器的产品目录选型样本，最后查出传感器的规格型号和性能、尺寸。 [真题练讲] 1.(2017年浙江省统一考试) 传感器的灵敏度是指： A. 传感器对小量变化的响应能力 B. 传感器对大量变化的响应能力 C. 传感器输出与物理量之间的线性关系程度 D. 传感器输出的变化率 解析：选项A。传感器的灵敏度是指传感器对小量变化的响应能力，灵敏度高的传感器能够检测到较小的物理量变化。 2.(2016年山东省统一考试) 数字量传感器与模拟量传感器相比，其特点是： A. 输出信号为离散值 B. 输出信号为连续值 C. 灵敏度较低 D. 不受噪声干扰的影响 解析：选项A。数字量传感器的特点是输出信号为离散值，通常以二进制数的形式表示，而模拟量传感器的输出信号为连续值。 3.(2018年青海省统一考试) 传感器的稳定性是指： A. 传感