第1章 传感器及一般特性.ppt

第1章 传感器的一般特性 一般特性：输出与输入之间的关系特性 影响因素：系统模型和输入信号形式 主要内容 1.1 传感器的静态特性 1.1.1 静态特性概述 1.1.2 静态特性指标 1.2 传感器的动态特性 1.2.1 动态特性一般数学模型 1.2.2 传递函数 1.2.3 传感器的动态响应及其动态特性指标 1.1.1 静态特性概述 1、静态特性的定义 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为静态特性。 2、静态特性的表达式及其曲线的形式 1.1.1 静态特性概述 3、静态特性曲线的直线拟合方法 (1)端基法 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的直线作为传感器特性的拟合直线。 方程式为 1.1.1 静态特性概述 (2)最小二乘法 1.1.1 静态特性概述 1.1.2 静态特性指标 1、线性度 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。 例1 已知某传感器静态特性方程为Y=（1＋X）1/2 ,试分别用端基法和最小二乘法在0＜X≤0.5范围内求拟合直线，并求出相应的线性度。 1.1.2 静态特性指标 解:(1)端基法 设始点与终点的连线方程为 y＝a0+Kx 因为X=0时，Y＝1;X=0.5时，Y＝1.225， 所以a0=1,k=0.225/0.5=0.45 拟合直线方程为： y＝1+0.45x 由 d(Y-y)/dX=d((1＋X)1/2-(1+0.45x))/dX =-0.45+1/(2(1＋x)1/2)＝0 得X=0.234时存在最大偏差 ΔYmax=[(1＋X)1/2-(1+0.45x)]|X=0.234=1.11-1.1053=0.0047 YF.S＝1.225-1＝0.225 δL端基法＝ΔYmax/ YF.S*100％＝0.0047/0.225*100％＝2.09％ 1.1.2 静态特性指标 (2)最小二乘法 1.1.2 静态特性指标 由 d(Y-y)/dX=d((1＋X)1/2-(1.0034+0.4695＊x))/dX =-0.4695+1/(2 (1＋X)1/2)＝0有 x=1/(0.939)2-1=0.134时存在最大偏差 ΔYmax=[(1＋X)1/2-(1.0034+0.4695x)]|x=0.134 =1.065-1.066=-0.001 YF.S＝0.225 δL二乘法＝-ΔYmax/ YF.S*100％ ＝0.001/0.225*100％ ＝0.0044*100％ ＝0.44％ 1.1.2 静态特性指标 2、灵敏度 传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。 1.1.2 静态特性指标 3、精确度(精度) 1）精密度δ 说明测量结果的分散性——随机误差 2）正确度ε 说明测量结果偏离真值大小的程度——系统误差 3）精确度τ 说明了测量的综合优良程度，可以简单的表示为τ＝δ＋ε 1.1.2 静态特性指标 4、最小检测量和分辨力 最小检测量是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。最小检测量越小，表示传感器检测微量的能力越高。 由于传感器的最小检测量易受噪声的影响，所以一般用相当于噪声电平若干倍的被测量为最小检测量，用公式表示为 例2 电容式压力传感器的噪声电平为0.2 mV，灵敏度K为5 mV/mm，若取C=2，则根据上式计算得最小检测量为0.08 mm。 1.1.2 静态特性指标 5、迟滞 迟滞是指在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其输出值间的最大偏差。 迟滞现象反映了传感器机械结构 和制造工艺上的缺陷，如轴承摩擦、 间隙、螺钉松动、元件腐蚀或碎裂 及积塞灰尘等。 1.1.2 静态特性指标 6、重复性 重复是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不