2010-5-6传感器的一般特性.ppt

3. 重复性 重复性表示传感器在同一工作条件下,被测输入量按同一方向做全程连续多次重复测量时,所得特性曲线不一致程度。通常用下式计算重复性： * * 5-6学时 第1章 绪论(3) 传感器基础 本节主要讲解内容: 1.传感器的静态特性 2.传感器的动态特性 一.传感器的静态特性 传感器的输出-输入关系特性是传感器的基本特性. 传感器在稳态信号作用下,其输出-输入关系称为静态特性. 衡量传感器静态特性的重要指标是线性度,灵敏度,迟滞和重复性. 1.灵敏度K 灵敏度是传感器输出变化对输入变化之比,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 （1） 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。 2.线性度 传感器的线性度是指传感器输出— 输入之间 的线性程度。 我们希望传感器的输出-- 输入关系具有线性 特性，这样可使仪表刻度均匀，在整个测量范 围内具有相同的灵敏度，并且不需采用线性化 措施，从而简化测量环节。但实际上许多传感 器输出输入特性总是具有不同程度的非线性。 假设传感器没有迟滞和蠕变效应,一般静态特性可用下列多项式来描述： 式中： x——输入量； y——输出量； a0——零位输出； a1——传感器的灵敏度,常用k表示； a2,a3,…,an——非线性项的待定常数。 上式即为传感器静态特性的数学模型。该多项式可能有四种情况,如下图所示。 (1) 图1. 传感器静态特性曲线 设ai≥0, a0≥0。 1) 理想线性 这种情况见图(a)。此时 a0=a2=a3=…=an=0 于是 y=a1x (2) 因为直线上任何点的斜率都相等,所以传感器的 灵敏度为 a1= =k=常数（3） 2) 输出-输入特性曲线关于原点对称 这种情况见图（b）。此时,在原点附近相当范围内曲线基本成线性,式（1）只存在奇次项： y=a1x+a3x3+a5x5+… (4) 3) 输出-输入特性曲线不对称 对应曲线如图（c）所示。  这时,式（1）中非线性项只是偶次项,即 y=a1x+a2x2+a4x4+… (5) 4） 普遍情况 普遍情况下的表达式就是式（1）,对应的曲线 如图(d)所示。 当传感器特性出现如图中(b)、（c）、（d）所 示的非线性情况时,就必须采取线性化补偿措施。 通常,线性度是评价非线性程度的参数,其定义 为:传感器的输出-输入校准曲线与某一选定拟 合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之 比,称为传感器的“非线性误差”,或称为“线性 度”,也称“非线性度”. 通常用相对误差表示其大小. o x y ( d ) (＋ D y L ) max (－ D y L ) max o x y ( c ) y i y ＝ kx ＋ b x i 校准曲线 拟合直线 即传感器的正、反行程平均校准曲线与拟合直 线之间的最大偏差绝对值与满量程（F.S.）输 出之比（%）：图中|（ΔyL）max|——输出平均值 与拟合直线间的最大偏差绝对值； F.S是英文full scale（满量程）的缩写。 满量程输出用测量上限标称值yH与测量下限标 称值yL之差的绝对值表示,即  yF.S.=|yH-yL| 所以非线性误差ξL= |（ΔyL）max| yF.S X100% 显而易见,非线性误差的大小是以一定的拟合直 线作为基准直线而算出来的。基准直线不同,得 出的线性度也不同。 需要注意的是,由于采用的拟合直线即理论直线不同,线性度的结果就有差异。因此,即使在同一条件下对同一传感器作校准实验时,得出的非线性误差ξL也就不一样,因而在给出线性度时,必须说明其所依据的拟合直线。 图1-3 重复性 yF.S xF.S 0 ?max2 ?max1 式中,YF.S为理论满量程输 出值,其计算式为: x1——对应于测量下限的输入 xm——对应于测量上限的输入值； k——理论特性直线的斜率。 ?max为输出最大不重复误差 式中λ称置信系数，通常取2或3。 子样标准偏差S可通过贝塞尔公式估算，即 ?max= 式中yi测量值,y测量值的算术平均值. 4.迟滞 迟滞表明传感器在正（输入量增大）、反（输 入量减小）行程期间,输出-输入曲线不重合的 程度。 * ΔH 0 y yFS xFS 图1-4 迟滞特性 x 也就是说,对应于同一大 小的输入信号,传感器 正、反行程的输出信号 大小不相等。