传感器技术 课件 第2章 传感器的特性.pptx

第2章传感器的特性

■传感器的特性是指传感器所特有性质的总称；

■传感器的基本特性是指传感器的输出--输入特性；

■静态特性是指当被测量(输入量)为常量或变化极慢(稳

定状态)时传感器的输出--输入特性(函数描述方式)

;信号不随时间变化

■动态特性是指当被测量(输入量)随时间较快地变化时传

感器的输出--输入特性。(微分方程描述)

■信号随时间变化

2.1传感器的静态特性

传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输

出与输入的关系。(动态平衡)

传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，其主要

指标：线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阈值、稳定性、温度稳定性、静态误差、多种抗干扰能

力等。

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传感器的输出与输入关系：

对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示：(忽略迟滞、蠕变等因素)

y=a₀+a₁x+a₂x²+...+anxn

式中：a₀——输入量x为零时的输出量；

a₁——传感器的灵敏度，常用K表示。

a₂,…,an——非线性项系数。

■各项系数决定了特性曲线的具体形式。

■式中：y—输出量；x—输入量；a₀—零位(点)输出；a₁—理论灵敏度；a₂、a₃、….、an—非线性项系数。

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■当a₀=0时，由上多项式方程获得的静态特性经过原点，此时，静态特性有线性项(a₁X)和非线性

项(a₂X²,a₃X³,..,anXn)叠加而成。

■各项系数不同，决定了特性曲线的具体形式。

(1)理想线性Y=a₁X

(2)具有X奇次项的非线性Y=a₁X+a₃X³+a₅X⁵+……

(3)具有X偶次项的非线性Y=a₁X+a₂X²+a₄X⁴+a₆X⁶……

(4)具有X奇、偶次项的非线性Y=a₁X+a₂X²+a₃X³+……

y=a₁x+a₃x³+...

dx奇、偶次项的非线性

y=a₁x+a₂x²+.….+anx

cx偶次项的非线性

4种典型情况(回顾)

y=a₁x+a₂x²+a₄x⁴...

bx奇次项的非线性

a理想线性

y=a₁x

1、线性度

静态特性曲线可实际测试获得(后面称之为校准曲线)。

即y=a₀+a₁x+a₂x²+...+a,x(*)

在获得(用标准仪器，逐一定点连线)特性曲线(*)式

之后，可以说问题已经得到解决。那为什么还要研究线性度呢?

——为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。

(*)式中a₂,…,an这些非线性项系数均为0,得到

y=a,+a₁x,才是最理想的。

传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

理想情况——线性，实际情况——非线性。

在实际使用中处理办法：

①引入各种非线性补偿环节(把曲线“掰”成直线),如采用差动技术。

②计算机软件进行线性化处理。

③直线拟合：用一条直线(切线或割线)近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。简言之就是用直线代替曲线。

传感器的线性度取决于在全量程范围内校准曲线(实际测

试曲线)与拟合直线之间的最大偏差值和输出的量程。

y

Xmax

量程：又称满度值，是指系统能够承受的最大输出值与最小

输出值之差。如图中yFs所示(上图)

校准曲线

Ymax

个

YF.s

拟合直线

△y,max

■线性度也称为非线性误差，通常用相对误差来表示，即：

δL△ymax×100%

YFS

式中：YFs——满量程输出值。△ymax—最大非线性绝对误差；

一标定曲线

拟合直线

线性度：指系统标准输入输出特性(校准曲线或标定曲线)与拟合直线的不一致程度，也称非线性误差(或线性误差)。

δL=±(B/A)×100%

其中，

δL是线性度；

B是传感器实际静态特性曲线与拟合直线间的最大偏差；A是满量程输出。

线性度指标越小，说明实际曲线与理论拟合直线之间的偏差越小。

YA

直线拟合线性化

出发点→获得最小的非线性误差

拟合方法：①理论拟合；

②过零旋转拟合；

③端点连线拟合；

④端点连线平移拟合；

⑤最小二乘拟合；

y

△y2

△y₁

0

图2-3过零旋转拟合图2-4端点连线拟合图2-5端点平移拟合

拟合直线

校准曲线

VFs

X

Xmax

图2-1曲线拟合

y

Vmax

△vm

0L

△y3