课件第1部分传感测技术基础.ppt

式中k为静态灵敏度 零阶传感器的传递函数为： H（s）＝Y（s）/ X（s）＝ k 当输入为单位阶跃信号时，零阶传感器单位阶跃 响应为： y（t）＝k 通常由称该环节为比例环节。其频率特性为： H（?ω）＝ k 5、一阶传感器的动态特性 （1）一阶传感器的微分方程 （2）一阶传感器的传递函数 （3）一阶传感器的频率特性 幅频特性为： 相频特性为： Ф（ω）＝-arctan（ωτ） ωτ A（ω） （a）幅频特性 Ф（ω） （b）相频特性 图1.9 一阶传感器的频率响应特性曲线 ωτ 6、二阶传感器的动态特性 （1）二阶传感器的微分方程 （2）二阶传感器的瞬态响应 k――静态灵敏度，k = b0/ a0； ω0 ――传感器无阻尼时的固有频率， ξ——传感器阻尼系数， y（t） ωnt ξ＝1为临界阻尼，响应时间最短； ξ1为过阻尼，无超调也无振荡，但反应迟钝，动作缓 慢，达到稳态所需的时间较长； ? ξ1为欠阻尼，衰减振荡，达到稳态所需的时间随着ξ减少而加长。 ?? ξ＝0，零阻尼，超调量为100％，产生等幅振荡，达不到稳态。 （3）二阶传感器瞬态响应特性指标 1）超调量σp 最大超调量就是响应曲线偏离阶跃曲线的最大值，最大超调量能说明传感器的相对稳定性。 2）滞时间td td是阶跃响应达到稳态值50％所需要的时间。 3)上升时间tr 4)峰值时间tP 响应曲线到第一个峰值所需的时间 5)响应时间tS 响应曲线衰减到稳态值之差不超过±5％或±2％时所需要的时间，有时称为过渡过程时间。 （4）二阶传感器的频率特性 二阶传感器的频率特性、幅频特性、相频特性分别为： 　　 　　　　　 　 　　 A（ω） ω/ω0 (a) 幅频特性 图1.13 二阶传感器的频率响应特性曲线 Ф（ω） (b) 相频特性 ω/ω0 （5）频率响应特性指标 1）频带。传感器增益保持在一定值内的频率范围，即对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所对应的频率范围，称为传感器的频带或通频带，对应有上、下截止频率。 2）时间常数τ。用时间常数τ表征一阶传感器的动态特性，τ越小，频带越宽。 3）固有频率ω0。二阶传感器的固有频率ω0表征了其动态特性。 1.4 测量方法 1.4.1 直接测量、间接测量与联立测量 1、直接测量 在使用仪表测量时，对仪表读数不需要经过任何运算，就能直接表示测量所需的结果，称为直接测量。 2、间接测量 测量时先对与被测物理量有确定函数关系量测量，将测量值代入函数关系式，经计算得到所需要结果。 3、联立测量 测量时，若被测物理量必须经过求解联立方程组，才能得到最后结果，则称这样的测量为联立测量。 1.4.2偏差式测量、零位式测量和微差式测量 1、偏差式测量 在测量过程中，用测量仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的测量方法，称为偏差式测量法。 2、零位式测量 又称补偿式或平衡式测量，测量时用指零仪表零位指示，检测测量系统的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定被测未知量的测量方法，称为零位式测量法。 3、微差式测量 微差式测量法是综合了偏差式测量法与零位式测量法的优点，这种方法是将被测的未知量与已知标准量进行比较，并取得差值，然后，用偏差法测得此差值。 1.5 测量误差 测量过程中，首先因为测量设备、仪表、测量对象、测量方法、测量者都不同程度受到本身和周围各种因素的影响，而且这些影响因素也在经常不断的变化。其次，被测量对测量系统施加作用之后，才能使测量系统给出测量结果，也就是说，测量过程一般都会改变被测对象原有的状态。因此，测量结果所反映的并不是被测对象的本来面貌，而只是一种近似，故测量不可避免地总存在测量误差。 1.5.1 误差的概念与分类 1．有关测量技术的概念 （1）等精度测量指在同一条件下所进行的一系列重复测量称为等精度测量。 （2）非等精度测量是指在多次测量中，如对测量结果精确度有影响的一切条件不能完全维持不变的测量称为非等精度测量。 （3）真值。被测量本身所具有的真正值称之为真值，真值是一个理想的概念，一般不知道，但在某些特定情况下，真值又是可知的。 （4）实际值 通常只能把精度更高一级的标准器具所测得的值作为真值。为了强调它并非是真正