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学号：11091410662013-2014学年第2学期

题目：提高传感器线性度的方法与分析

专业：电气工化

班级：1

姓名：

指导教师：江春红

成绩：

电气工程系

提高传感器线性度的方法与分析

摘要：本文介绍了传感器及其定义、特性、线性度等参数，探讨了提高传感器最

重要的参数线性度的方法并进行了分析。传感器的线性度参数对传感器的灵敏度

有重要影响，研究传感器的线性度及其提高方法对系统应用来讲具有重要意义。

关键词：传感器；灵敏度；线性度；拟合

1引言

随着国内传感器检测技术的发展，各种传感器被广泛的的应用于社会生活的

方方面面。基于传感器技术的信息技术已经成为推动科学技术和国民经济高速发

展的关键技术。传感器作为各种信息（各种物理量、化学量、生物量等）感知、

采集的功能器件，已经越来越广泛地应用到国民经济的各个领域，特别是在自动

检测和自动控制领域，传感器更是必不可少的重要工具[1]。传感器作为信息采

集的首要部件，是实现自动测量和自动控制的主要环节，是现代自动测量和自动

控制的主要环节，是现代信息产业的源头和重要组成部分。因此，如何提高传感

器测量技术的精确度，提高传感器功能器件的高稳定性和可靠性，是确保信息准

确获取的可靠保证。

2传感器线性度的定义和分类

传感器的线性度、重复性、回差（或称迟滞、迟后）及灵敏度是衡量传感器

静态特性的最重要的几个指标。本文从线性度方面展开讨论和分析。

传感器的线性度是描述传感器静态特性的一个重要指标，以被测输入量处于

稳定状态为前提。线性度又称非线性，表征传感器输出—输入校准曲线（或平均

校准曲线）与所选定的作为工作直线的拟合直线之间的偏离程度。

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，

为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、

线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标，如图2-1所示。拟合

直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直

线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟

合直线称为最小二乘法拟合直线。

在一些文献中，传感器的线性度是一致性的一种特殊形式，即当规定曲线为

一条直线时，我们常常就把一致性称作为线性度。

为了与一致性术语相统一，故现在常常用线性度这一术语替代非线性这一术

语（特别是在正式的文字中）。然而，传感器进行测量时总是伴随着误差，用数

据来描述校准曲线与规定直线的偏离程度（即偏差）比用数据来描述校准曲线与

规定直线的吻合程度显得更加直观，故现在人们仍然习惯于用非线性这一术语来

描述和表征传感器的输入—输出特性。

线性度根据校准曲线定义的不同，又分为独立线性度、端基线性度和零基线

性度。

2.1独立线性度

独立线性度的曲线可以调整到接近规定的直线，使最大偏差为最小时的吻合

程度。独立线性度曲线如图2-2所示。在国外，人们常常把独立线性度称作最佳

拟合直线。

2.2端基线性度

端基线性度的曲线可以调整到接近规定的直线，使输入和输出两条曲线的范

围上限值和范围下限值重合时的吻合程度。端基线性度曲线如图2-3所示。

2.3零基线性度

零基线性度的校准曲线可以调整到接近规定的直线，是两条曲线的范围下限

值重合且最大正偏差和最大负偏差相等时的吻合程度，

3传感器的线性误差计算方法

传感器的线性误差是指校准曲线与规定直线之间最大偏差的绝对值。传感器

的线性误差通常有四种计算方法，即独立线性误差（又称端点平移线法线性度误

差）、端基线性度误差、零基线性度误差和最小二乘直线法线性度误差[3]。

顾名思义，独立线性度误差、端基线性度误差和零基线性度误差是分别按照

各自的定义来确立传感器的工作直线，再通过工作直线来计算传感器的误差。最

小二乘法线性度误差是利用最小二乘直线作为传感器的工作直线，再通过工作直

线来计算传感器的偏差。由于端基法或端点法计算最