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传感器原理及应用技术课件精品
式中: (ΔyH)max——输出值在正、反行程间的最大差值; YF.S.——理论满量程输出值。 4. 精度(精确度) 精度是反映系统误差和随机误差的综合误差指标。 一般用方和根法或代数和法计算精度。用重复性、线性度、迟滞三项的方和根或简单代数和表示(但方和根用得较多)的精度计算式如下: (1.11a) 或 ξ=ξL+ξR+ξH (1.11b) 当一个传感器或传感器测量系统设计完成,并进行实际定标以后,人们有时又以工业上仪表精度的定义给出其精度。它是以测量范围中最大的绝对误差(测量值与真实值的差和该仪表的测量范围之比)来测量,这种比值称为相对(于满量程的)百分误差。例如,某温度传感器的刻度为0~100℃,即其测量范围为100℃。若在这个测量范围内,最大测量误差不超过0.5℃,则其相对百分误差为 δ=0.5/100=0.5% 去掉上式中相对百分误差的“%”,称为仪表的精确度。它划分成若干等级,如0.1级,0.2级,0.5级,1.0级,等等.例中的温度传感器的精度即为0.5级。 5. 灵敏度 灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量之比,用k来表示。 线性传感器的灵敏度就是拟合直线的斜率,即 k= (Δy/Δx) 非线性传感器的灵敏度不是常数,其表示式为 灵敏度用输出、输入量之比表示。例如,某位移传感器在位移变化1mm时,输出电压变化有300mV,则其灵敏度为300 mV/mm。 有些情况下,灵敏度有另一种含义,因为有许多传感器的输出电压与其电源电压有关,在同样输入量情况下,输出电压是不同的,这时,灵敏度计算中还要考虑单位电源的作用。如若电源电压为10 V,上例位移传感器的灵敏度应为30 mV/(mm·V)。 6. 阈值、分辨力 当一个传感器的输入从零开始极缓慢地增加时,只有在达到了某一最小值后才测得出输出变化,这个最小值就称为传感器的阈值。在规定阈值时,最先可测得的那个输出变化往往难以确定。因此,为了改进阈值数据测定的重复性,最好给输出变化规定一个确定的数值,在该输出变化值下的相应输入就称为阈值。 分辨力是指当一个传感器的输入从非零的任意值缓慢地增加时,只有在超过某一输入增量后输出才显示有变化,这个输入增量称为传感器的分辨力。有时用该值相对满量程输入值百分数表示,则称为分辨率。 注:阈值说明了传感器的最小可测出的输入量。 分辨力说明了传感器的最小可测出的输入变量。 7. 时间漂移、零点和灵敏度温度漂移 漂移量的大小是表征传感器稳定性的重要性能指标。传感器的漂移有时会致使整个测量或控制系统处于瘫痪。图1.4示出了零点和灵敏度两种漂移的叠加。时间漂移通常是指传感器零位随时间变化的大小。 国内外对漂移指标尚无统一规定,一般常用的计算公式如下。 时间漂移: (1.12) 图1.4 零点与灵敏度漂移 式中:y0″——稳定Δt小时后的传感器的零位输出值 (注意,稳定时间可规定为大于Δt小时的任意值); y′0——传感器原先的零位输出值; yF.S.——满量程输出值。 零点温度漂移: 灵敏度温度漂移: (1.13) (1.14) 1.2.2 动态特性 1. 时域性能指标 某传感器的幅频特性曲线如图1.5所示,当被测信号变化的频率小于ω1时,该传感器的输出不受被测信号ω的影响,能正确地反映被测信号。 通常在阶跃函数作用下测定传感器动态性能的时域指标。一般认为,阶跃输入对一个传感器来说是最严峻的工作状态。如果在阶跃函数的作用下,传感器能满足动态性能指标,那么,在其它函数作用下,其动态性能指标也必定会令人满意。在理想情况下,阶跃输入信号的大小对过渡过程的曲线形状是没有影响的。但在实际做过渡过程实验时,应保持阶跃输入信号在传感器特性曲线的线性范围内。图1.6所示即为单位阶跃作用下传感器的动态特性。 图1.5 幅频特性曲线 图1.6 单位阶跃作用下传感器的动态特性 一个正式的传感器产品在出厂时要标定它的指标。在标定压力传感器的时域性能指标时,常用激波管与瞬态示波器(或记录仪)作动态压力标定设备。 通常用下述四个指标来表示传感器的动态性能: ① 时间常数T: 输出值上升到稳定值y(∞)的63%所需的时间。 ② 上升时间tr: 输出值从稳态值y(∞)的10%上升到90%所需的时间。 ③ 响应时间t5、t2: 输出值达到稳态值的95%或98%所需的时间。
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