传感器原理与应用传感器基础知识详解.ppt

课 程 概 述 理论＋实验 教材与参考书 教材： 传感器原理与应用技术，刘爱华，满宝元编著， 人民邮电出版社,2006年。 参考书： 传感器原理与应用.黄贤武,郑筱霞主编， 电子科技大学出版社,1995年。 传感器原理及应用.王化祥,张淑英主编， 天津大学出版社,1999年 。 教学基本要求 学会传感器的基础知识。 掌握各类传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路。 了解各类传感器的典型应用。 * * 对于多环节串、并联组成的传感器，若各环节阻抗匹配适当，可忽略相互间的影响，传感器的等效传递函数可按代数方式求得。 显然H(s)与输入量x(t)无关，只与系统结构参数有关。因而H(s)可以简单而恰当地描述传感器输出与输入的关系。 若传感器由r个环节串联而成 对于较为复杂的系统，可以将其看作是一些较为简单系统的串联与并联。 * * 若传感器由p个环节并联而成 1.4.1 静态特性 * 1.4 传感器的基本特性 1．线性度：输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。又称非线性误差。可用下式表示: ?max—输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 yFS—输出满量程值 传感器的静态模型有三种有用的特殊 形式： （1） 理想的线性特性 （2） 仅有偶次非线性项 （3） 仅有奇次非线性项 （1） （2） （3） 三种形式所呈现的非线性程度 图1-2 三种特殊形式的特性曲线 2.灵敏度：在稳态下输出增量与输入增量的比值： 对线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率： 非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。 3.重复性： 输入量按同一方向作全程多次测试时，所得特性曲线不一致的程度。 图1-3 重复性 y x 0 ?Rmax2 ?Rmax1 4.迟滞（回差滞环）现象： 表明传感器在 正向行程和反 向行程期间， 输出-输入特性 曲线不重合的 程度。 ΔH 0 x y yFS xFS 图1-4 迟滞特性 对于同一大小的输入信号x，在x连续增大的行程中，对应某一输出量yi，与在x连续减小的行程中，对应某一输出量yd之间的差值叫滞环误差，即所谓的迟滞现象。 在整个测量范围内产生的最大滞环误差用?H表示，它与满量程输出值的比值称最大滞环率： 5．分辨率与阈值 ：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变化量。 阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。 6．稳定性：在室温条件下，经过相当长的时间间隔， 传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。 7．漂移：在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。 漂移包括零点漂移和灵敏度漂移 。 零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。 时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。 温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移。 8．静态误差（精度） 静态误差是传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论输出值的偏离程度。 求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差看成是随机分布，求出其标准偏差σ，取2σ或3σ值即为传感器的静态误差。或用相对误差表示： 也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差这几个单项误差综合而得，即 1. 动态误差 在动态的输入信号情况下，输出与输入间的差异即为动态误差。 1.4.2 动态特性 * 图1-5 热电偶测温过程 测试曲线 动态误差 T t T T0 t t0 例：用一只热电偶测量某一容器的液体温度T，若环境温度为T0，把置于环境温度之中的热电偶立即放入容器中（若TT0)。 （1）阶跃响应 2. 研究传感器动态特性的方法及其指标 当给静止的传感器输入一个单位阶跃函数信号 （1-17） 时，其输出特性称为阶跃响应特性。 图1-6 阶跃响应特