传感器1.2.ppt

第 1 章 传感器基础知识 1.3 传感器的数学模型概述 1.3.1静态数学模型 a0 为零位输出，a1为传感器线性灵敏度，a2...an为非 线性项的待定系数。 1.3.2动态数学模型 线性定常系统的微分方程为 第 1 章 传感器基础知识 描述该线性定常系统的传递函数为 多个环节串、并联组成的传感器 ，其等效传递函数： 串联： 并联： 第 1 章 传感器基础知识 1.4.1 传感器的静态特性 1.4 传感器的基本特性 主要是指输出量与输入量之间的关系 静态特性：当输入量为常量或缓慢变化时； 动态特性：当输入量随时间变化时； 传感器的基本特性应该包括静态特性、动态特性及不失真 检测条件（使用条件、使用环境、使用要求）三个因素。 1.4.1.1 静态方程式及不同条件下的工作分析 静态特性：表示被测量处于稳定状态时的输出输入的关系。 传感器输入输出作用图大致如图： 第 1 章 传感器基础知识 传感器静态方程表达式： 输出量 零位输出 理论灵敏度 输入量 非线性项系数 四种工作情况： 1）理想线性：y＝kx，灵敏度k＝y/X=a1＝常数； 2）只有奇次项的非线性特性： 曲线关于原点对称在相当宽的范围内近似与线性； 3）只有偶次项的非线性特性： 线性范围窄，很少用； 4）偶次、奇次项同时存在的非线性特性。 第 1 章 传感器基础知识 1.4.1.2静态特性的主要技术指标 传感器进行线性化处理后造成的误差主要有以下各种误差。 1）非线性（线性度、非线性误差） 定义：输出与输入成线性关系的程度。 定义式：在一定精度条件下，拟合校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比， 非线性误差的大小是以一定的拟合直线为基准直线得出的， 拟合直线不同，非线性误差也不同。 第 1 章 传感器基础知识 常用的拟合直线的方法：理论直线法、端基直线法、割线 法、切线法、平均选点法、最小二乘法。 （1）理论直线法 （2）端基直线法（端点连线拟合） 把传感器校准数据的零点，输出的平均值a0和满量程 输出值b0连成直线作为传感器特性的拟和直线。 第 1 章 传感器基础知识 特点：精度低，误差较大。 （3）最小二乘法（ ？） 第 1 章 传感器基础知识 2） 迟滞误差 定义：在相同工作条件下，做正、反行程实验（测试）所得两个曲线不重合的程度。 定义式：在同一输入作用下，其正、反行程中输出间的最大偏差(或最大偏差的一半值)与满量程输出值的百分比。 3）重复性 是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全量程各测试点多次输入相同值所得特性曲线不一致性。 第 1 章 传感器基础知识 因为重复性主要是由偶然误差引起的 4）灵敏度 定义：指稳定工作状态下，输出变化量与输入变化量之 比值。 第 1 章 传感器基础知识 定义式： 非线性传感器的灵敏度： 线性传感器的灵敏度： 灵敏度的误差是指由于某种原因引起灵敏度的变化量与原来 灵敏度之比，即 第 1 章 传感器基础知识 5）零点漂移 定义：指当传感器没有输入或输入量恒定不变，传感器 的输出变化量。 定义式： 6）温度漂移 定义：指当温度变化时，传感器输出值的偏离大小。 定义式：当温度变化1℃时，输出最大偏差与满量程的百分比，即 第 1 章 传感器基础知识 7）静态误差（精度） 定义：指传感器在规定使用条件下，全量程内任意一点输出值与其理论输出值的偏离程度。 定义式： 第 1 章 传感器基础知识 标准偏差 标准偏差的计算用贝赛尔公式计算，即 第 1 章 传感器基础知识 8）分辨力与阈值 定义：指能检测最小输入变化量（增量）的能力。 由于分辨力易受噪声影响，所以常用相对于噪声电平N若干倍c的被测量为最小检测量。 定义式： 阈值：输入量在零点附近的分辨力（最小检测量）。 C取1~5 3.某位移传感器，在输入量变化5mm时， 输出电压变化为300mV,求其灵敏度。 思考题 4.某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成,各环节的灵敏度为S1＝0.2mV/℃, S2＝2.0V/mV,S3=5.0mm/V,求系统总的灵敏度。 1.何为传感器的静态特性？ 2.静态特性的主要技术指标为哪些？ 第 1 章 传感器基础知识 1.4.2 传感器的动态特性 定义：传感器的动态特性是指传感器的输出量对随时间变 化的输入量的响应特性。 传感器能否不失真的响应输入量的变化就是由传感器的动态 特性来确定。输出量何输入量二者之差称动态误差。动态测 量时输入的信号可分类为： 规律性的 周期性的 非周期性的 正弦周期输入 复杂周期输入 阶跃输入 线性变化输入 其他变化输入 随机性的 平稳的 非平稳的随机过程