传感器原与应用_CH2-传感器的基本特性.ppt

2.1 传感器与测量系统的基本特性 2.2 传感器与测量系统的静态特性 2.3 传感器与测量系统的动态特性 2.4 传感器与测量系统动态特性的获取方法 2.5 动态误差修正 2.6 传感器的校准 2.1 传感器与测量系统的基本特性 2.1传感器与测量系统的基本特性 传感器与测量系统的基本概念 静态量、动态量 静态特性、动态特性 静态标定、动态标定 传感器测量系统的基本特性：静态特性、动态特性 传感器与测量系统的基本概念 系统：从测量输入量的环节到测量输出量之间的环节的整个系统，包括测量对象和测量仪器。 一般测量系统的三个基本环节：输入、系统、输出 适用于不同的测量系统，也适用于其中的任何一个功能组件，如传感器的弹性元件、放大器、积分器、微分器 x(t)：激励；y(t)：响应；h(t):系统 传感器与测量系统的基本概念 “黑盒子” 假定测量系统具有某种确定的数学功能， 在此基础上研究给定的输入信号通过它转换成何种输出信号， 进而研究测量系统应具有什么样的特征，输出信号才能如实地反映输入信号，实现不失真测量。 传感器与测量系统的基本概念 一般工程测试问题总是处理输入量x(t)、系统的传输特性h(t)和输出量y(t)三者之间的关系： x(t),y(t)是可以观察的量-传输特性或转换特性h(t) h(t)已知，y(t)可测-x(t)（最常见） x(t)，h(t)已知-y(t) 传感器与测量系统的基本概念 若研究的对象是传感器、测试系统本身，则图反映的就是传感器、测量系统的转换特性问题，即为传感器、测量系统的定度（标定）问题。 传感器与测量系统的基本概念 传感器与测量系统的输入量：静态量和动态量 静态量: 稳定状态的信号 变化及其缓慢的信号（准静态） 动态量: 周期信号 瞬变信号 随机信号 传感器与测量系统的基本概念 传感器与测量系统对这两类信号会有不同的反应。 但无论对动态量或静态量，传感器与测量系统输出的电量都应当不失真地复现输入量的变化。 这主要取决于传感器的静态特性（静态标定）和动态特性（动态标定）。 传感器与测量系统的基本概念 在设计或选用传感器、测量系统（包括传感器、简易的检测仪器和复杂的综合测量系统或装置）时，要综合考虑： 被测参量变化的特点 变化范围 测量精度要求 测量速度要求 使用环境条件 传感器与测量系统本身的稳定性和售价等 传感器与测量系统的基本概念 最主要的因素：传感器与测量系统本身的基本特性能否实现及时、真实地（达到所需的精度要求）反映被测参量（在其变化范围内）的变化。 只有这样，该传感器与测量系统才具备对被测参量实施测量的基本条件。 传感器与测量系统的基本特性：输出/输入关系 静态特性、动态特性 传感器与测量系统的基本概念 确定传感器、测量系统的基本特性—标定。 用已知的标准来校正仪器或测量系统的过程称为标定。 标定：即为科学上之校准行为 对某仪器、药物或必须有精确单位的物品，其已知的体积、浓度……等刻度或单位的准确度，进行检测是否合乎标准，若否则修正。 化学上常见的酸碱度标定:以邻苯二甲酸氢钾标定氢氧化钠、利用碳酸钠标定盐酸。 传感器与测量系统的基本概念 标定的作用： 确定仪器或测量系统的输入-输出关系，赋予仪器或测量系统分度值； 确定仪器或测量系统的静态特性指标； 消除系统误差，改善仪器或测量系统的正确度。 传感器与测量系统的基本概念 传感器的标定过程： 利用精度高一级的标准器具（测量标准器）对传感器进行定度（刻度）的过程； 从而确立传感器输出量和输入量的对应关系； 同时也确定不同使用条件下的误差关系。 传感器与测量系统的基本概念 任何一种传感器在装配完后都必须按设计指标进行全面严格的性能鉴定。 使用一段时间后（中国计量法规定一般为一年）或经过修理，也必须对主要技术指标进行校准试验，以便确保传感器的各项性能指标达到要求。 根据标定时输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分为静态标定和动态标定。 传感器与测量系统的基本概念 静态标定 将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器，或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励-响应关系的实验操作。 静态标定方法 在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点）。 正行程：从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值。 反行程：再倒序由高至低依次输入预定的标定值，直至返回零点。 一个正行程和一个反行程称为一轮。 为消除随机误差的影响，实际标定时应进行多轮标定。按要求将以上操作重复若干次，记录下相应的响应-激励关系。 传感器与测量系统的基本概念 动态标定： 用于确定传感器的动态特性参数，如固有频率和频响范围等、动态灵敏度、时间常数、上升时间、工作频率、通频带等 需有标准信号作为激励，常用的标准信号有两类：