传感器的组成与分类.ppt

分辨率与阈值：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变化量。阈值是使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。01稳定性：在室温条件下，经过相当长的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。01漂移：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。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移。8．静态误差（精度）静态误差是传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论输出值的偏离程度。也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差这几个单项误差综合而得，即求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差看成是随机分布，求出其标准偏差σ，取2σ或3σ值即为传感器的静态误差。或用相对误差表示：1.4.2动态特性1.动态误差在动态的输入信号情况下，输出与输入间的差异即为动态误差。图1-5热电偶测温过程测试曲线动态误差TtTT0tt0例：用一只热电偶测量某一容器的液体温度T，若环境温度为T0，把置于环境温度之中的热电偶立即放入容器中（若TT0)。阶跃响应2.研究传感器动态特性的方法及其指标当给静止的传感器输入一个单位阶跃函数信号（1-17）时，其输出特性称为阶跃响应特性。图1-6阶跃响应特性tdtrtpσpσpts00.100.500.901.00y(t)t①最大超调量σp：响应曲线偏离阶跃曲线的最大值。当稳态值为1，则最大百分比超调量为：延滞时间td：阶跃响应达到稳态值50%所需要的时间。A．响应曲线从稳态值10%~90%所需要的时间。01B．响应曲线从稳态值5%~95%所需要的时间。02C．响应曲线从零到第一次到达稳态值所需要的时间。对有振荡的传感器常用C，对无振荡的传感器常用A。03③上升时间tr：1响应曲线到第一个峰值所需要的时间。3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。有时称过渡过程时间。2响应时间ts：④峰值时间tp：（2）频率响应同样有：在定常线性系统中，拉氏变换是广义的傅氏变换，取s=σ+jω中的σ=0，则s=jω，即拉氏变换局限于s平面的虚轴，则得到傅氏变换：H（jω）称为传感器的频率响应函数。H（jω）是一个复函数，它可以用指数形式表示，即其中A(ω)称为传感器的幅频特性，也称为传感器的动态灵敏度（或增益）。A(ω)表示传感器的输出与输入的幅度比值随频率而变化的大小。即若以分别表示H（jω）的实部和虚部，则频率特性的相位角:φ（ω）表示传感器的输出信号相位随频率而变化的关系。对于传感器φ通常是负的，表示传感器输出滞后于输入的相位角度，而且φ随ω而变，故称之为传感器相频特性。3.典型环节传感器系统的动态响应分析（1）零阶传感器系统由（1-2）式，零阶系统的微分方程为或零阶传感器的传递函数和频率特性为：（2）一阶系统的动态响应分析一阶系统微分方程：对上式进行拉氏变换，得则传递函数为时间常数，静态灵敏度其中频率响应函数幅频特性：相频特性：讨论：τ越小，频率响应特性越好。负号表示相位滞后若输入为阶跃函数τ越小，阶跃响应特性越好。一阶系统微分方程的解为：讨论：tx01输出的初值为0,随着时间推移y接近于1；当t=τ时,在一阶系统中,时间常数值是决定响应速度的重要参数。图1-7一阶传感器CKKx(t)=F(t)y(t)例1-1：由弹簧阻尼器构成的压力传感器，系统输入量为F(t)=Kx(t)，输出量为位移y(t)，分析系统的频率响应特性。解：根据牛顿第二定律：fC+fK=F(t)或τ为时间常数由（1-29）式令H(S)中的s=jω,即σ=0，则系统的频率响应函数H（jω）为由Ｈ(jω)可以分析该系统的幅频特性Ajω）和相频特性φ（jω）：例1-2：一阶测温传感器系统中，已知敏感部分的质量为m，比热为c，表面积为s，传热系数为h（w/m2?k）。给出输入量T0与输出量T之间的微分方程，并推导其幅频特性、相频特性及阶跃响应特性。图1-8一阶测温传感器频率响应特性幅频特性相频特性阶跃响应特性（3）二阶传感器的数学模型所谓二阶传感器是指由二阶微分方程所描述的传感器。很多传感器，如振动传感