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传感器的性能改善、标定和选用原则?改善传感器性能的主要技术途径?传感器的标定与校准*?传感器的选用原则与方法

1.改善性能的技术途径传感器的性能指标包含很广。使某一传感器各项指标均优，难实现，无必要。应根据实际需要与可能，确保主要指标，放宽次要指标，实现高性价比。1)结构、材料与参数的合理选择合理选择结构、材料与参数是提高性价比的一种有效途径。原则：对于传感器的研究和生产，逐步形成系列产品满足不同使用要求；对于用户，按实际需要恰如其分地选用(或设计)能满足使用要求的产品，避免盲目追求高指标。例如选称重传感器，应根据要求选择测量范围、线性度、回差、重复性等指标，根据使用条件考虑种类、结构形式，材质等。选测振传感器，则应根据频率范围、动态范围和精度要求选择传感器种类、固有频率、阻尼比及结构形式等。具体选择原则和方法与具体传感器及其性能要求相关。

2）差动技术通常要求传感器输出—输入关系成线性，实际难于做到。当输入量变化范围不大，且非线性项的阶次不高时，可用切线或割线代替实际曲线的某一段，这种方法称为静态特性的线性化。如图取ab段为测量范围，但这时原点不在O点，而在c点，故局限性很大。在传感器静态特性的四种情况中，对于其非线性项中只存在奇次项，且对称于坐标原点，在原点附近的一定范围内存在近似线性段。分析多项式可知，差动技术是一种切实可行的减小非线性的方法。这是广泛用于消除或减小由于结构原静态特性的线性化因引起的共模误差(如温度误差)的技术。

差动技术原理：设一传感器输出为y=a+ax+ax+a3x2341012+a4x+…用另一相同传感器，但使其输入量符号相反(例如位移传感器使之后向移动)，则其输出为y=a-ax+ax234-…2012-ax+ax34使二者输出相减，即Δy=y-y=2(ax+ax3+…)1213总输出消除了零位输出和偶次非线性项，得到对称于原点的相当宽的近似线性范围，减小了非线性，且使灵敏度提高一倍，抵消了共模误差。差动技术在电阻应变式、电感式、电容式等传感器中得到广泛应用，是结构型传感器改善性能的常用和有效途径。

3）平均技术常用技术：误差平均效应和数据平均处理误差平均效应原理：用n个传感器单元同时感受被测量，因而其输出是n个单元输出的总和。设每一单元可能带来的误差δ可视为随机0误差，根据误差理论，总误差将减小为例如，n=10时，误差减小为31.6％；n=500时，误差减小为4.5％误差平均效应在容栅、光栅、编码器等栅状传感器中效果明显，在其他传感器中，对某些工艺性缺陷造成的误差起弥补作用。同理，将相同条件下的测量重复n次或进行n次采样，然后进行数据平均处理，随机误差也减小倍。因此，凡被测对象允许进行多次重复测量(或采样)的，都可采用此方法。需指出，上述方法在设计传感器时可采用，在应用传感器时亦可效法，不过这时应将整个测量系统视作对象。例如常用的多点测量方案与多次采样。

4）稳定性处理因为是长期测量或反复使用的元件，传感器的稳定性特别重要，其重要性甚至胜过精度指标。知道误差的规律就可进行误差修正或补偿，稳定性则不然。造成传感器性能不稳定的原因：随时间推移或环境条件变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。为提高稳定性，需要对材料、元器件或传感器整体作必要的稳定性处理。例如结构材料的时效处理、冰冷处理，永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理，电气元件的老化与筛选等。在使用传感器时，如果测量要求高，必要时也应对附加的调整元件、后接电路的关键元器件进行老化处理。

5）屏蔽、隔离与干扰抑制传感器是一个复杂的输入系统。如图，x(t)为被测量，x(t)为外界影i响因素。为减小测量误差，应设法削弱或消除外界影响因素的作用。三种方法：一）减小传感器对影响因素的灵敏度；二）降低外界因素对传感器实际作用的功率；三）在后续信号处理环节中加以消除或抑制。具体实施方法：对于电磁干扰，可采取屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法抑制。由于传感器常常是感受非电量的器件，还应考虑与被测量有关的其他影响因素，如温度、湿度、机械振动、气压、电压、辐射、甚至气流等。为此，需采取相应的隔离措施(如隔热、密封、隔振等)，或在变换为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。影响因素对传感器的作用

6）零示法、微差法与闭环技术作用：消除或削弱系统误差零示法可消除指示仪表不准而造成的误差。方法：被测量对指示仪表的作用与已知的标准量对它的作用相互平衡，使指示仪表示零，这时被测量就等于已知的标准量。例如机械天平，零示法在传感器技术中应用的实例是平衡电桥。微差法源于零示法。零示法要求标准量与被测量完全相等，这要求标准量连续可变，不易做到。如果标准量与被测量的差别减小到一定程度，则由于它