传感器课件刘笃仁版第1章节传感器特性.pptVIP

第1章 传感器的特性;1.1 传感器的组成及分类; 1. 敏感元件 在具体实现非电量到电量间的变换时，并非所有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换为电量， 而必须进行预变换：即先将待测的非电量变为易于转换成电量的另一种非电量。这种能完成预变换的器件称之为敏感元件。 2. 变换器 能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换器。例如：可以将位移量直接变换为电容、电阻及电感的电容变换器、电阻及电感变换器；能直接把温度变换为电势的热电偶变换器。显然变换器是传感器不可缺少的重要组成部分。; 如果把传感器看作一个二端口网络，则其输入信号主要是被测的物理量（如长度、力）等时，必然还会有一些难以避免的干扰信号（如温度、电磁信号）等混入。严格地说，传感器的输出信号可能为上述各种输入信号的复杂函数。就传感器设计来说，希望尽可能做到输出信号仅仅是（或分别是）某一被测信号的确定性单值函数，且最好呈线性关系。 对使用者来说，则要选择合适的传感器及相应的电路，保证整个测量设备的输出信号能唯一、正确地反映某一被测量的大小，而对其它干扰信号能加以抑制或对不良影响能设法加以修正。; 传感器可以做得很简单，也可以做得很复杂；可以是无源的网络，也可以是有源的系统；可以是带反馈的闭环系统，也可以是不带反馈的开环系统；一般情况下只具有变换的功能，但也可能包含变换后信号的处理及传输电路甚至包括微处理器CPU。因此传感器的组成将随不同情况而异。 1.1.2 传感器的分类 传感器的分类方法很多，国内外尚无统一的分类方法。一般按如下几种方法进行分类。 1. 按输入被测量分类 这种方法是根据输入物理量的性质进行分类。表1.1给出了传感器输入的基本被测量和由此派生的其它量。;表1.1 传感器输入被测量; 2. 按工作原理分类 这种分类方法以传感器的工作原理作为分类依据，见表1.2。  ;3. 按输出信号形式分类 这种分类方法是根据传感器输出信号的不同来进行分类，见表1.3。 ;1.2 传感器的基本特性;静态校准：借助实验的方法确定传感器静态特性的过程。 校准特性：校准得到的静态特性。; 1. 线性度 人们为了标定和数据处理的方便，总是希望传感器的输出与输入关系呈线性，并能准确无误地反映被测量的真值，但实际上这往往是不可能的。 假设传感器没有迟滞和蠕变效应，其静态特性可用下列多项式来描述： ;式中： x——输入量； y——输出量； a0——零位输出； a1——传感器的灵敏度，常用k表示； a2，a3，…，an——非线性项的待定常数。 式(1.1)即为传感器静态特性的数学模型。该多项式可能有四种情况，如图1.2所示。 ;设ai≥0， a0≥0。 1) 理想线性 这种情况见图1.2(a)。此时 a0=a2=a3=…=an=0 于是：y=a1x (1.2) 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= =k=常数（1.3） ;2) 输出-输入特性曲线关于原点对称 如图1.2（b）。此时在原点附近相当范围内曲线基本成线性，式（1.1）只存在奇次项： y=a1x+a3x3+a5x5+… (1.4) 3) 输出-输入特性曲线不对称 这时式（1.1）中非线性项只是偶次项，即：y=a1x+a2x2+a4x4+… (1.5) 对应曲线如图1.2（c）所示。 ;4） 普遍情况 普遍情况下的表达式就是式（1.1），对应的曲线如图1.2(d)所示。 当传感器特性出现如图1.2中(b)、（c）、（d）所示的非线性情况时，就必须采取线性化补偿措施。; 传感器的静态特性就是在静态标准条件下，利用校准数 据确立的。 静态标准条件是指没有加速度、振动和冲击（除非这些参数本身就是被测物理量），环境温度一般为室温20±5℃， 相对湿度不大于85%，大气压力为101+-7KPa的情况 。在这样的标准工作状态下，利用一定等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，得到的输出-输入数据一般用表格列出或画成曲线。; 通常测出的输出-输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合的程度，称之为传感器的“非线性误差”，或称为“线性度”。用相对误差表示其大小，即传感器的正、反行程平均校准曲线与拟合直线之间的最大偏差绝对值对满量程（F.S.）输出之比（%）：; 满量程输出用测量上限标称值yH与测量下限标称值yL之差的绝对值表示：  yF.S.=|yH-yL| 非