第四次课 第四章 传感器的特性.pptVIP

4.2 传感器一般特性 传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时 间变化或变化非常缓慢时，所表现出来的输出响应特性，称静态响应特性。通常用来描述静态特性的指标有：线性度、迟滞 、重复性、 灵敏度等。 传感器的动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。只要输入量是时间的函数，则其输出量必将是时间的函数。研究动态特性的标准输入形式有三种，即正弦、阶跃和线性，而经常使用的是前两种。 控制科学与工程学院 4.1 概述 1. 传感器定义 传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。 物理量 电量 目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。 被测量 敏感 元件 转换 元件 转换 电路 输出 电参数 电量 2. 传感器的构成 总之，传感器的功能是一感二传，即感受被测信息，并传送出去。根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即：敏感元件、转换元件、转换电路 。 3. 传感器的分类 4.1 概述 1)按被测物理量分类 速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器、气敏传感器等。 4.1 概述 应变式、电阻式、电感式、电容式、涡流式、差动变压器式等。 2)按工作原理分类: 4.1 概述 能量转换型和能量控制型. 3)按信号变换特征: 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片. 4.1 概述 4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来 实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. 1、静特性 （在静态标准条件下进行校准的） 线性度：对于实际的传感器测出的输出—输入校准（标定）曲线与其理论拟和直线间的偏差就称为该曲线的“非线性”或 “线性度”。 Ⅰ.输出—输入校准（标定）曲线 4.2传感器的基本特性 传感器如果没有迟滞及蠕变效应，其静态特性可用下列多项式来表示： у =a0+a1χ+a2χ2+···+anχn （4.1） 式中， χ为输入量（被测量）； у为输出量； a0为0位输出；a1为传感器灵敏度，常用 κ表示；a2。··· 。an为非线性项的代定常数。这种多项式代数方程有四种情况： （1） 理想线性，在这种情况下a0 = a2 = ··· = an= 0 ，因此得到： у = a1χ （4.2） 因为直线上任何点的斜率都相等，所以传感 器的灵敏度为 a1 = y/χ = κ = 常数 （4.3） （2）在坐标原点附近相当范围内输出—输入特性基 本呈线性，在此情况下式（4 .1）中除线性 项外只存在奇次非线性项，即： a0=a2= ··· =an=0，因此得到： у = a1χ +a3χ3+a5χ5+ ··· （4.4） 对应的曲线为 у(χ) = –y(– χ) (3) 输出—输入特性曲线不对称，这时在式（4.1） 中，除线性项外非线性项只是偶次项，即： у = a1χ +a2χ2+a4χ4+ ··· （4.5） (4) 普遍情况下都是（4.1）所对应的特征。 у =a0+a1χ+a2χ2+···+anχn (4.1) у1=a0+a1χ+a2χ2+···+anχn у2=a0- a1χ+a2χ2+···+anχn △y=y1-y2=2（ a1χ+a3χ3+···+ ?线性度的定义和表达方法： 基本表达方法：线性度通常用相对误差来表示其大小，即相对应的最大偏差与传感器满量程（F.S .)输出之比%）： e?= ±（△max/ △F.S.）×100% （4.6） 式中， e?为非线性误差（线性度）； △max为输出平均值与基准拟和直线的最大偏差； △F.S.为传感器满量程输出的平均值。 Ⅱ.理论拟和直线： 端基拟合法——把传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输出平均值连成直线，作为传感器特性的拟和直线，其方程式为： y=b+ κχ (4.7) 式中，y为输出量；x为输入量；b为y轴上的截距；k为直线的斜率。