传感器课件第1章2016.ppt

* 静态特性 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。 静态数学模型 a0= 0 时，表示静态特性曲线通过原点。此时静态特性有四种典型情况： 1. 理想线性 （图a） 2. 具有 x 奇次阶项的非线性 （图b） 3. 具有 x 一次及偶次阶项的非线性 （图c） 4. 具有 x 奇、偶次阶项的非线性 （图d） * 除图(a)为理想线性特性外（几乎每一种传感器都不具备如此特性，即都存在非线性），其余均为非线性关系。 仅具有奇次方的多项式模型，图(b)，在原点附近一定范围内基本上是线性特性。 在设计传感器时，应将测量范围选取在静态特性最接近直线的一小段，此时原点可能不在零点。以图(d)为例，如取 ab 段，则原点在 c 点。 传感器静态特性的非线性，使其输出不能成比例地反映被测量的变化情况，而且对动态特性也有一定影响。因此在使用非线性传感器时，必须对传感器输出特性进行线性处理。 * 传感器的静态特性主要由下列几种性能指标来描述: 1. 线性度（非线性误差） 2. 灵敏度 3. 分辨率和分辨力 4. 迟滞（滞环） 5.重复性 6.精确度（精度） 7. 稳定性 8. 漂移 * 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间的线性程度。 一般来说传感器都是非线性的，在非线性项的次数不高、输入量变化范围不大时，可用切线或割线等直线来近似代表实际曲线的一段，这种方法称为传感器的非线性特性的线性化，所采用的直线称为拟合直线。 线性度（非线性误差） 实际静态特性曲线与拟合直线之间的偏差称为非线性误差。 * 非线性误差是以一定的拟合直线或理想直线为基准直线算出来的。因而，基准直线不同，所得线性度也不同。 非线性误差： 式中?Ymax为输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差；YFS为输出满量程值。 * 例1-1 某传感器给定精度为1.5%F-S，满度值为45mV，零位值为5mV，求可能出现的最大误差?（以mV计）。当传感器使用在满量程的1/2和1/4时，计算可能产生的测量百分误差。由计算结果能得出什么结论？ 解：满量程（F-S）为45mV-5mV=40mV 可能出现的最大误差为?=40mV?1.5%=0.6mV 当使用在满量程的1/2和1/4时，其测量的相对误差分别为 结论：测量值越接近传感器（仪表）的满量程，测量误差越小。 * 灵 敏 度 传感器的灵敏度是其在稳态下输出变化对输入变化的比值，常用Sn或K来表示。即 对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图 (a) 所示。即 非线性传感器的灵敏度是一个变量，如图 (b) 所示，即用 dy/dx 表示传感器在某一工作点的灵敏度。 * 例1-2 利用压电式传感器组成加速度测量系统。其中压电式传感器的灵敏度S1=9.00pC/g，它与灵敏度S2=0.005V/pC的电荷放大器连接后，接到灵敏度为S3=20mm/V的示波器上显示。试画出该加速度测量系统的框图，并计算系统总的灵敏度S。 解：加速度测量系统的框图为 被测物体 压电式传感器 电荷放大器 示波器 系统总灵敏度为S=S1?S2?S3 =9.00pC/g ?0.005V/pC?20mm/V =0.9mm/g 答：该加速度系统的灵敏度为0.9mm/g。 * 分辨率和分辩力都是表示传感器能检测被测量的最小值的性能指标。 分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。分辩力是以最小量程的单位值来表示，有量纲。 分辨率：将分辨力除以传感器的满量程就是传感器的分辨率。分辨率常以百分比或几分之一表示，无量纲。 分 辨 率 和 分 辩 力 * 迟滞(滞环)现象 迟滞特性能表明传感器在正向(输入量增大)行程和反向(输入量减小)行程期间，辅出-输入特性曲线不重合的程度。 对于同一大小的输入信号x，在x连续增大的行程中，对应某一输出量为yi ，在x连续减小过程中，对应于输出量为yd之间的差值叫做滞环误差，这就是所谓的迟滞现象。该误差用E表示为 在整个测量范围内产生的最大滞环误差用?max表示，它与满量程输出值YFS的比值称为最大滞环率。 * 重 复 性