第八讲传感器分类及静态特性.ppt

传感器的数学模型 传感器作为感受被测量信息的器件，总是希望它能按照一定的规律输出有用信号,因此,需要研究其输入－输出之间的关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。 理论和技术上表征输入－输出之间的关系通常是以建立数学模型来体现，这也是研究科学问题的基本出发点。 传感器的静态数学模型 静态数学模型是指在静态信号作用下，传感器输出与输入量间的一种函数关系。 如果不考虑迟滞特性和蠕动效应，传感器的静态数学模型一般可以用n次多项式来表示： 式中 x 为输入量；y为输出量； a0为零输入时的输出，也叫零位输出； a1为传感器线性项系数也称线性灵敏度，常用K或S表示； a2 , a3 , ··· , an为非线性项系数，其数值由具体传感器非线性特性决定 传感器的特性与技术指标 传感器能否将被测非电量的变化不真地变换成相应的电量，取决于传感器的基本特性。 传感器测量静态量表现为静态特性，测量动态量表现为动态特性。 传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测值处于稳定状态时,传感器的输出与输入的关系,主要由线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等性能来描述。 1. 线性度Linearity 线性度是传感器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。 在使用非线性特性的传感器时，如果非线性项的方次不高，在输入量变化范围不大的条件下，可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段，即线性拟合。 非线性误差或线性度通常用相对误差表示： YFS为满量程输出，ΔLmax为最大非线性绝对误差 2. 灵敏度Sensitivity 灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。 3. 迟滞现象(回程误差） 传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程 （输入量减小）期间，输出-输入特性曲线不一致的 程度。 在行程环中同一输入量xi对应的不同输出量yi和yd的差值叫滞环误差 ，最大滞环误差与满量程输出值的比值称最大滞环率 磁性材料的磁滞、弹性材料迟滞现象、 以及机械结构中的摩擦和游隙等原因 4. 重复性 重复性是传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度。 传感器输出特性的重复性主要由传感器的机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内磨擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生。 重复性误差属于随机误差,常用标准差表示: 5. 分辨力Resolution 传感器的分辨力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量。 最小输入量用 表示,由于在全量程范围内,各测量区间的 不完全相同,因此分辨力用最大的 表示。 有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示。 6. 稳定性Stability 稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。 传感器常用长期稳定性，指在室温条件下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。 通常又用其不稳定度来表征稳定程度。 7. 漂移Drifting 传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。 8.综合误差计算—静态误差[精度] Precision 传感器的静态特性 传感器的技术指标 电容式传感器 (3351/1151)| 技术性能 ◆精度：调校量程的±0.1％、±0.2％ ◆稳定性：最大量程的±0.2％（12个月） ◆温度范围：-40℃～104℃ ◆温度影响： ◆零点误差为量程的±0.25％／55℃ ◆量程误差为量程的±0.5％／55℃ ◆静压范围：DP　13.8MPa　HP　31.2MPa　DR　6.9MPa ◆静压影响零点变化量：0.5％ ◆超压极限：AP　GP　13.8MPa　DR　DP　HP同静压范 ◆超压影响零点变化量：＜1.5％ ◆隔离膜片材料：316L　不锈钢　哈氏合金C　蒙乃尔　钽 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。 6 测量方式 5 精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。