第1章 检测与转换技术理论基础-2013new.ppt

6 线性度：线性度用来说明仪表静态特性对一条指定的直线的吻合程度。测出的输出—输入校准 标定 曲线与其理论拟合直线之间的偏差，称为该传感器的“非线性误差”，或称“线性度”，通常用相对误差表示其大小，即相对应的最大偏差与传感器满量程B之比 ％ 。 * * 线性度 输出平均值与基准拟合直线的最大偏差 传感器满量程输出平均值 * * 仪表的静态特性：表示仪表在被测各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。指标有：线性度、迟滞、重复性和灵敏度。 **线性度： *理想线性 *在原点附近相当范围内输出-输入特性基本成线性 *输出-输入特性曲线不对称 *普遍情况 非线性项待定常数 输出量 零位输出 仪表的灵敏度 输入量 被测量 对于实际传感器，测出的输出—输入校准 标定 曲线与其理论拟合直线之间的偏差，就称为该传感器的“非线性误差”，或称“线性度”，通常用相对误差表示其大小。 * * *基准直线选择方法： ①理论线性度——取零点 0% 作为理论直线的起始点，满量程输出 100% 作为终止点，两点的连线即为理论直线，如图所示。 ②端基线性度——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， * * 例如：采用连接特性曲线上、下限值两端点的直线作基准，以特性曲线与端基直线之间的最大偏差值 与上限值 之比来衡量线性度，称为端基线性度。 作图法求端基直线线性度演示 1—拟合曲线（端基直线） 2—实际特性曲线 ③ 独立线性度 ——在校准曲线循环中找出一条最佳平均直线，使实际输出特性相对于所选拟合直线的最大正偏差值、最小负偏差值相等。 ④ 平均选点线性度——将测量得的N个检测点分成数目相等的两组：前 N/2个检测点为一组；后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的周围，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。把斜率和截距代入直线方程式，即得平均选点法的拟合直线，再由此求出非线性误差。 * * * * ⑤最小二乘法线性度 设拟合直线方程式为 。假定实际校准点有n个，对应的输出值是y，则第i个校准数据与拟合直线上相应值之间的残差为： 最小二乘法拟合直线的拟合原则就是使 为最小值。 从以上二式求出k和b为 可得最小二乘法最佳拟合直线方程 * * 1.4 传感器知识概述 1.4.1 传感器基本知识 1．传感器的概念 能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 2．传感器的组成 电信号 电量 中间量 转换元件 转换电路 被测量 敏感元件 例：测量压力的电位器式压力传感器 1-弹簧管 2-电位器 * * **弹性敏感元件（弹簧管、波纹管、膜盒、膜片） 敏感元件作用：在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。 在图中，弹簧管将压力转换为角位移α * * **传感元件：被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转换成电参量。 右图中， 电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量——电阻的变化（ΔR） 360度圆盘形电位器 右图所示的360度圆盘形电位器的中间焊片为滑动片，右边焊片接地，左边焊片接电源。 * * **测量转换电路：作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。 在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo 。 分压比电路的计算公式如下： ****直滑电位器式传感器:输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比： ****圆盘式电位器:Uo与滑动臂的旋转角度成正比： * * 3.传感器分类 1）按输入的物理量分： 温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器、振动传感器等。 2）按物理原理分： 电参量传感器——电阻式、电容式、电感式、频率式、脉冲数字式。 电量传感器——电势式、电荷式。 3 按输出信号分：模拟传感器、数字传感器、类数字传感器、开关传感器 4 按制造工艺分：集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器 基本被测量 包含被测量 热工量 温度、压力、压差、流量、热量、比热、真空度等 机械量 位移、尺寸、形状、力、应力、力矩、加速度、振动等 化学物理量 液体、气体的化学成分、浓度、粘度、酸碱度、湿度、密度等、 生物医学量 血压、体温、心电图、脑电波、其流量等 1.4.2传感器功能材料 功能材料：具有特定光学、电学、声学、磁学、热学、力学、化学、生物学功能及其相互转化功能，并应用于现代高新技术中材料。 1.传感器功能材料 1 半导体材料 硒、锗、硅（90%以上）；GaAs、GaP、SiC等 2 功能陶瓷材料 压电陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷等 3 功能高分子材料