第1章 传感器的一般特性.ppt

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1、第一章传感器的一般特性重点：1.传感器的输出－输入关系特性（从误差角度去分析该特性）2.主要技术指标（静态）线性度灵敏度迟滞性重复性3.差动型结构传感器的输入输出特性。第一节传感器的静态特性静态特性：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输入量与输出量之间的关系。一般要求传感器的静态特性为线性或近似为线性。静态量：稳定状态的信号或变化极其缓慢的信号（准静态）。动态量：周期信号、瞬变信号或随机信号。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可以用下面的方程描述由上式可见：如果a0=0，则静特

2、性通过原点，此时静态特性由线性项和非线性项迭加而成，一般可分为下面四种情况：第一节 传感器的静态特性(1).理想线性(3).具有X偶次阶项的非线性(2).具有X奇次阶项的非线性(4).一般非线性传感器的四种典型静态特征结论1.（1）图为理想线性关系，标度简单，测量方便，输入-输出为线性关系，不需要补偿电路。2.其它图均为非线性关系，其中（2）在原点附近一定范围内近似为线性关系，特性曲线以坐标原点为对称，可获得较大的线性范围。各种差动传感器具有这样的特性，因为当其一边输出为另一端输出为差动传感器输出为只剩下奇次

3、阶项，偶次项消掉了，并且输出提高一倍，线性度↑，灵敏度↑，结构型的传感器采用差动式传感器。3.图（3）除非线性项外非线性项只是偶次项，在这种情况下，特性曲线没有对称性，可取的线性范围很小，传感器设计应尽量避免出现这种特性。4.由上可知，传感器的输出不可能丝毫不差地反映被测量的变化，总存在这一定的误差。差动传感器输出为传感器静态特性的线性化：当非线性项的影响较小时，我们可以在输入量变化不大的一个范围内，用切线或割线等直线来代替实际的静态曲线的一段，使传感器的静态特性近于线性，这一过程称为传感器静态特性的线性化。

4、线性化的直线称为拟合直线（Fitedstraight）。静态校准曲线(staticadjustedcurve)在静态标准工作状态下，利用一定等级的校准设备，对传感器进行反复循环测试，得到的输出-输入数据一般用表格列出或画成曲线，这种曲线称为静态校准曲线。1.线性度（非线性误差）线性度：在规定条件下，传感器校准曲线与拟合曲线间最大偏差与满量程输出值的百分比。代表线性度，则第一节传感器的静态特性非线性误差是以一定的拟合直线为基准的。拟合基准直线的方法有：(1).端基法基准直线的方程为优点：简单直观缺点：拟合精度较

5、低用途：特性曲线非线性度较小时使用为了寻找较理想的拟合直线可将测量得到的n个检测点分成数目相等的两组：前半部n/2个检测点为一组；后半部n/2个检测点为另一组。两组检测点各自具有“点系中心”。检测点都分布在各自的点系中心周围，通过这两个“点系中心”的直线就是所要的拟合直线。其斜率和截距可以分别求得。（2）平均选点法前半部n/2个检测点的点系中心A的坐标为：通过这两个点系中心的直线斜率为：后半部n/2个检测点的点系中心B的坐标为：直线在Y轴上的截距为：把斜率和截距代入直线方程式（1-7）即可得到平均选点法的拟合

6、直线，再由此求出非线性误差。（3）最小二乘法假定实际校准点有n个，对应的第i点的输入为Xi，对应的输出值是Yi，，则这n个点的最小二乘拟合直线方程还是则第i个校准数据与拟合直线上相应值之间的残差为：拟合原则就是n个标定点的均方差为最小值，即：对k和的一阶偏导数等于零，从而求出k和的表达式：k和的表达式：于是，可得最小二乘法最佳拟合直线方程：以上三种方法中，最小二乘法的拟合精度最高，平均选点法次之，端基法最低。但最小二乘法的计算最繁琐。第一节 传感器的静态特性可采用下面的差动测量方法来减少非线性误差：如某位移传

7、感器的特性方程为另一个与之完全相同的位移传感器，但是它感受相反方向位移，则特性方程式为第一节 传感器的静态特性在差动输出情况下，其特性方程式可写成采用此方法后，由于消除了X偶次项，而使非线性误差大大减少，灵敏度提高一倍，而且零点偏移也消除了。因此差动传感器已得到广泛应用。2.迟滞性迟滞性：相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正行程和反行程输出值间的最大偏差。迟滞性反映了传感器机械结构和制作工艺上的缺陷。第一节 传感器的静态特性3.重复性重复性：在同一工作条件下，输入量按同一方向在全

8、测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性。其中——标准偏差，为测量值的算术平均值。第一节 传感器的静态特性4.灵敏度灵敏度：到达稳定工作状态时输出变化量与引起变化的输入变化量之比。又称静态灵敏度。第一节 传感器的静态特性5.分辨力分辨力：传感器能检测到的最小输入增量。6.零点漂移零点漂移：传感器无输入（或者说输入值不变）时，其输入偏离零值（或原指示值）的程度第一节 传感器的静态特性7.温度漂移温