传感器性能指标

一、测量仪表的基本性能

1、精确度

（1）精密度δ

它表明仪表指示值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个仪表，在相当短的时间内，连续重复测量多次，其测量结果（指示值）的分散程度。δ愈小，说明测量愈精密。

例如，某温度仪表的精密度δ=0.5℃，即表示多次测量结果的分散程度不大于0.5℃。精密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小。

但是必须注意，精密度与准确度是两个概念，精密度高不一定准确。

（2）准确度ε

它表明仪表指示值与真值的偏离程度。

例如，某流量表的准确度ε=0.3m3/s,表示该仪表的指示值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高，意味着系统误差小。同样，准确度高不一定精密。（3）精确度τ

它是精密度与准确度的综合反映，精确度高，表示精密度和准确度都比较高。在最简单的情况下，可取两者的代数和，即τ=δ+ε。精确度常以测量误差的相对值表示。

2、稳定性

（1）稳定度

指在规定时间内，测量条件不变的情况下，由于仪表自身随机性变动、周期性变动、漂移等引起指示值的变化。一般以仪表精密度数值和时间长短一起表示。

例如，某仪表电压指示值每小时变化1.3V，则稳定性可表示为1.3mV/h。

（2）影响量

测量仪表由外界环境变化引起指示值变化的量，称为影响量。它是由温度、湿度、气压、振动、电源电压及电源频率等一些外界环境影响所引起的。说明影响量时，必须将影响因素与指示值偏差同时表示。

例如，某仪表由于电源电压发生变化10%而引起其指示值变化0.02mA，则应写成

0.02mA/U±10%。

二、传感器的分类和性能指标

1、传感器的分类

表2 基本物理量与派生物理量

表3 部分按工作原理分类的传感器

3、传感器的性能指标

（1）量程和范围

量程是指测量上限和下限的代数差；范围是指仪表能按规定精确度进行测量的上限和下限的区间。

例如一个位移传感器的测量下限是-5mm，测量上限是+5mm，则这个传感器的量程为5-（-5）=10mm，测量范围是-5mm~5mm。

（2）线性度

传感器的输入-输出关系曲线与其选定的拟合直线之间的偏差。

（3）重复性

传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次测量时，所得特性曲线间的一致程度。

（4）滞环

传感器在正向（输入量增大）和方向（输入量减小）行程过程中，其输出—输入特性的不重合程度。

（5）灵敏度

传感器输出的变化值与相应的被测量的变化值之比。

（6）分辨力

传感器在规定测量范围内，可能检测出的被测信号的最小增量。

（7）静态误差

传感器在满量程内，任一点输出值相对理论值的偏离程度。

（8）稳定性

传感器在室温条件下，经过规定的时间间隔后，其输出与起始标定时的输出之间的差异。（9）漂移

在一定时间间隔内，传感器在外界干扰下，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。

由于传感器所测量的非电量有不随时间变化或变化很缓慢的，也有随时变化较快的，所以传感器的性能指标除上面介绍的静态特性所包含的各项指标外，还有动态特性，它可以从阶跃响应和频率响应两方面来分析。

三、电阻式传感器

1、定义：电阻式传感器是利用电阻元件把被测的物理量，如力、位移、形变及加速度等的变化，交换成电阻阻值的变化，通过对电阻阻值的测量达到测量该物理量的目的。

2、分类：电阻式传感器主要可分为电位器式电阻传感器和应变式电阻传感器。前者适宜于被测对象参数变化较大的场合，后者工作于电阻值变化甚小的情况，灵敏度较高。

四、热电偶

1、热电效应

两种不同的导体两端相互紧密地连接在一起，组成一个闭合回路。当两接点温度不等时，回路中就会产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，该电动势称为热电动势。

2、热电偶的基本定律

（1）中间导体定律。在A、B材料组成的热电偶回路中接入第三种导体C,只要引入的第三种导体两端温度相同，则此导体的引入不会改变电动势E ab（T，T0）大小。这个规律称中间导体定律。

（2）标准电极定律。如果两种导体（A和B）分别与第三种导体（C）组成热电偶所产生的热电动势已知，则由这两个导体（A，B）组成的热电偶产生的热电动势可由下述标准电极定律来确定：E AB（T，T0）= E AC（T，T0）-E BC（T，T0）

由此可见，任意几个热电极与一标准电极组成热电偶产生的热电动势已知时，就可以很方便地求出这些热电极彼此任意组合时的热电动势。