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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材,传 感 器（第5版）,哈尔滨工业大学 唐文彦 主编,第一节 传感器的静特性 第二节 传感器的动特性 第三节 传感器的标定 第四节 传感器的技术指标,第一章 传感器的一般特性,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,返回主目录,第一章 传感器的一般特性,第一节 传感器的静态特性,传感器的静态特性是指在稳态条件下（传感器无暂态分量）用分析或实验方法所确定的输入输出关系。这种关系可依不同情况，用函数或曲线表示，有时也用数据表格来表示。 表征传感器静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度。,图1-1 传感器的输出输入作用,线性度是以一定的拟合直线作基准与校准
2、曲线作比较，其不一致的最大偏差与理论满量程输出值的百分比来进行计算：,式中：YFSymaxymin 满量程输出电压,第一节 传感器的静态特性,1、 线性度 传感器的理想输入输出特性应是线性的。,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,其中，最小二乘拟合是指把所有校准点数据都标在坐标图上，用最小二乘法拟合的直线y=a+kx，其校准点与对应的拟合直线
3、的点之间的残差平方和为最小。,第一节 传感器的静态特性,特点：拟合精度高，计算复杂。,第一节 传感器的静态特性,a、k的表达式为：,2迟滞 迟滞特性说明传感器加载（输入量增大）和卸载（输入量减小）输入输出特性曲线不重合的程度。它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示，即,第一节 传感器的静态特性,图1-4 迟滞特性,3重复性 重复性是指传感器输入按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 正行程的最大重复性误差为Rmax1，反行程的最大重复性误差为Rmax2。重复性误差取这两个误差之中较大者为Rmax，再以满量程yFS输出的百分数表示，即,第一节 传感器的静
4、态特性,图1-5 重复特性,4灵敏度 传感器输出的变化量y与引起该变化量的输入变化量x之比即为其静态灵敏度，其表达式为 5. 分辨力与阈值 分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。 6. 稳定性 稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。 7. 温度稳定性 温度稳定性又称为温度漂移，它是指传感器在外界温度变化时输出量发生的变化。,第一节 传感器的静态特性,8. 抗干扰稳定性 这是指传感器对外界干扰的抵抗能力，例如抗冲击和振动的能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。 9. 静态测量不确定度 静态测量不确定度（传统上也称为静态误差）是指传感器在
5、其全量程内任一点的输出值与其理论值的可能偏离程度。,第一节 传感器的静态特性,第二节 传感器的动态特性,1.概述 传感器的动态特性是指传感器对激励（输入）的响应（输出）特性。 2. 频率特性及其与动态品质之间的关系 线性系统在正弦输入作用下的输出幅值与输入幅值的比值称为系统的幅频特性，以 或 表示； 输出与输入之间随频率而变的相位特性称为相频特性，以 表示。两者统称为频率特性。,第一章 传感器的一般特性,3. 一阶传感器 具有简单能量变换的传感器，其动态性能多数可用一阶微分方程来描述。 一阶传感器的微分方程的通式:,可以改写为:,第二节 传感器的动态特性,可得到典型一阶传感器的频率特性 :,传
6、递函数,第二节 传感器的动态特性,4. 二阶传感器 典型二阶传感器的微分方程通式为：,其频率特性：,幅频特性 ：,第二节 传感器的动态特性,第二节 传感器的动态特性,结论：为减小动态误差和扩大频响范围，一般是提高传感器的固有频率 ；（一般是通过减小传感运动部分质量和增加弹性敏感元件的刚度来达到） 在确定的固有频率下，当 0.707时（临界阻尼状态），具有最宽的幅频特性平坦区。,第三节 传感器的标定,传感器的标定，就是通过试验确定传感器的输入量与输出量之间的关系。 在标定传感器时，所用测试设备（称为标准设备）的准确度通常要比待标定传感器的准确度高一个数量级（至少要高三分之一以上）。,第一章 传感器的一般特性,第三节 传感器的标定,一、传感器的静态标定方法 二、传感器动态特性的实验确定法 主要包括一阶传感器时间常数和二阶传感器阻尼比、固有频率的确定 （一）阶跃信号响应法 （二）正弦信号响应法 （三）其他方法,第四节 传感器的技术指标,表1-1 传感器的技术指标,第一章 传感器的一般特性,
