r传感器性能善改标定.ppt

传感器的性能改善、标定和选用原则; 1. 改善性能的技术途径 ;2）差动技术 通常要求传感器输出—输入关系成线性，实际难于做到。 当输入量变化范围不大，且非线性项的阶次不高时，可用切线或割 线代替实际曲线的某一段，这种方法称为静态特性的线性化。如图取ab 段为测量范围，但这时原点不在O点，而在c点，故局限性很大。 在传感器静态特性的四种情况中，对 于其非线性项中只存在奇次项，且对称于 坐标原点，在原点附近的一定范围内存在 近似线性段。 分析多项式可知，差动技术是一种切 实可行的减小非线性的方法。 这是广泛用于消除或减小由于结构原 因引起的共模误差(如温度误差)的技术。;差动技术原理： 设一传感器输出为 y1=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+… 用另一相同传感器，但使其输入量符号相反(例如位移 传感???使之后向移动)，则其输出为 y2=a0-a1x+a2x2-a3x3+a4x4-… 使二者输出相减，即 Δy=y1-y2=2(a1x+a3x3+…) 总输出消除了零位输出和偶次非线性项，得到对称于原 点的相当宽的近似线性范围，减小了非线性，且使灵敏度提 高一倍，抵消了共模误差。 差动技术在电阻应变式、电感式、电容式等传感器中得 到广泛应用，是结构型传感器改善性能的常用和有效途径。;3）平均技术 常用技术：误差平均效应和数据平均处理 误差平均效应原理：用n个传感器单元同时感受被测量，因而其输 出是n个单元输出的总和。设每一单元可能带来的误差δ0可视为随机 误差，根据误差理论，总误差将减小为 例如，n=10时，误差减小为31.6％；n=500时，误差减小为4.5％ 误差平均效应在容栅、光栅、编码器等栅状传感器中效果明显，在 其他传感器中，对某些工艺性缺陷造成的误差起弥补作用。 同理，将相同条件下的测量重复n次或进行n次采样，然后进行数 据平均处理，随机误差也减小 倍。因此，凡被测对象允许进行多 次重复测量(或采样)的，都可采用此方法。 需指出，上述方法在设计传感器时可采用，在应用传感器时亦可效 法，不过这时应将整个测量系统视作对象。例如常用的多点测量方案与 多次采样 。;4 ）稳定性处理 因为是长期测量或反复使用的元件，传感器的稳定性特 别重要，其重要性甚至胜过精度指标。知道误差的规律就可 进行误差修正或补偿，稳定性则不然。 造成传感器性能不稳定的原因：随时间推移或环境条件 变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。 为提高稳定性，需要对材料、元器件或传感器整体作必 要的稳定性处理。例如结构材料的时效处理、冰冷处理，永 磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理， 电气元件的老化与筛选等。 在使用传感器时，如果测量要求高，必要时也应对附 加的调整元件、后接电路的关键元器件进行老化处理。;5 ）屏蔽、隔离与干扰抑制 传感器是一个复杂的输入系统。如图，x(t)为被测量，xi(t)为外界影 响因素。为减小测量误差，应设法削弱或消除外界影响因素的作用。 三种方法： 一）减小传感器对影响因素的灵敏度； 二）降低外界因素对传感器实际作用的功率； 三）在后续信号处理环节中加以消除或抑制。 具体实施方法： 对于电磁干扰，可采取屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法抑制。 由于传感器常常是感受非电量的器件， 还应考虑与被测量有关的其他影响因素，如 温度、湿度、机械振动、气压、电压、辐 射、甚至气流等。为此，需采取相应的隔离 措施(如隔热、密封、隔振等)，或在变换为 电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小 其影响。;6）零示法、微差法与闭环技术 作用：消除或削弱系统误差 零示法可消除指示仪表不准而造成的误差。 方法：被测量对指示仪表的作用与已知的标准量对它的作用相互平衡， 使指示仪表示零，这时被测量就等于已知的标准量。例如机械天平， 零示法在传感器技术中应用的实例是平衡电桥。 微差法源于零示法。零示法要求标准量与被测量完全相等，这要求 标准量连续可变，不易做到。如果标准量与被测量的差别减小到一定程 度，则由于它们相互抵消的作用能使指示仪表的误差影响大大削弱。 设被测量为x，与它相近的标准量为B，被测量与标准量之微差为A， A的数值可由指示仪表读出。由于AB，则：x=B+A ;