第2章 传感器的一般特性精要.ppt

第2章 传感器的一般特性 2.1传感器的静态特性 2.2传感器的动态特性 2.3传感器的标定 本章要点 被测量（X）的两种形式： 静态量：被测量处于稳定状态或缓慢变化状态。 动态量：被测量随时间变化。 传感器的输入输出特性: 静态特性：传感器在静态工作状态下的输入输出特性。即输入量是静态量，输出量是输入量的确定函数。通过静态性能指标来表示。 动态特性：输入量是动态量，反映传感器对输入量的响应特性。 §2.1 传感器的静态特性 传感器的静态特性 一、 线性度（linearity） 补充概念 一、 线性度 (5)最小二乘线性度 二、 迟滞（hysteresis） 三、 重复性（repeatability） 五、 分辨力和阈值 六、 漂移 七、 符合度 八、 总精度（静态误差） 八、 总精度（静态误差） §2.2 传感器的动态特性 2.2.1 动态特性的一般数学模型 2.2.2 传递函数 2.2.3 正弦输入时的频率响应 2.2.4 阶跃输入时的时间响应 § 2.2.1 动态特性的一般数学模型 高阶常系数线性微分方程： § 2.2.2 传递函数 § 2.2.3 正弦输入的频率响应 两种标准输入： 正弦输入：频率响应特性（稳态响应、频域响应）。 阶跃输入：时间响应特性（瞬态响应）。  频率响应就是在稳定状态下，B/A幅值和相位φ随ω而变化的特性。 ㈠ 零阶传感器 ㈡ 一阶传感器 一阶系统幅频相频特性分析 典型的一阶系统 ㈢ 二阶传感器 两边各除以a0，并以D=d/dt代入： 讨论： 二、正弦输入下的响应 与频率响应特性有关的指标 通频带（频响范围，频带）：幅频特性曲线偏离理想直线不超过允许公差带 所对应的频率范围。 工作频带ωg1或ωg2：幅值误差小于所规定的允许误差（±5%或±10%）所对应的频率范围。 相位误差：在工作频带范围内，传感器实际输出与输入间的相位误差。 频域的各项动态性能指标 传感器工作频率确定的例题 已知：某一阶传感器的传递函数 2.2.4、阶跃输入时的时间响应 一、 一阶传感器的阶跃响应 二、 二阶传感器的阶跃响应 第一种情况：过阻尼 第二种情况：临界阻尼 与阶跃响应有关的指标 时间常数τ：输出值由零上升到稳态值的63.2%所需的时间。 上升时间Tr：输出值从稳态值的10%上升到90%所需的时间。 建立时间Ts：建立起一个足够精确的稳态响应所需的时间。例如：百分之二建立时间，输出值到达稳态值的98%所需的时间。 过冲量a1(超调量)：响应曲线第一次超过稳态值的峰高。 传感器性能指标 2.3 传感器的标定 传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。 2.3.1 静态特性标定 静态标准条件 所谓静态标准条件是指没有加速度、振动、冲击(除非这些参数本身就是被测物理量)及环境温度一般为室温(20±5)℃、相对湿度不大于85％、大气压力为(760± 60)mm汞柱的情况。 确定标定仪器设备（标准量具）的精度等级 使用的测量仪器的精度至少要比被标定传感器的精度高一个等级。 2.3.1 静态特性标定 标定步骤 (1)将传感器(或传感系统)全量程(测量范围)分成若干间距点； (2)根据传感器的量程分点情况，由小到大逐渐一点一点地输入标准量值，并记录下与各输入值相对应的输出值； (3)将输入值由大到小逐点减少下来，同时记录下与各输入值相对应的输出值； (4)按2、3所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出—输入测试数据列成表格或绘成曲线； (5)对测试数据进行必要的数据处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。 2.3.1 静态特性标定 2.3.2 传感器的动态特性标定 与动态响应有关的参数，一阶传感器只有一个时间常数τ，二阶传感器则有两个参数：固有频率ω0和阻尼比ξ。 时间常数的计算方法 2.2.3 压力传感器动态标定 产生阶跃压力有许多方法，其中激波管是比较常用的方法，是因为它的前沿压力很陡，接近理想阶跃函数。 第2章 本章要点 第１章 本章要点 1、理论拟合 2、端点拟合 3、端点平移拟合 传感器的标定，就是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，通过试验建立传感器输出量与输入量之间的对应关系，同时确定出不同使用条件下的误差关系。 基本方法是：利用