第三章传感器的一般特性幻灯片-PPT课件
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电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 16
端 点 线 性
l 端点 指与量程的上下极限值对应的标定数据点 方法：将两端点连接起来的直线作为工作直线
5. 所选的仪器之间应能满足测量环境条件的要 求。
电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 5
二、应具体考虑的因素 （一）、测试装置的技术性能指标
1.
2019/3/11
精度——测试系统的精度表征了给出 值与被测值相符合的程度
仪器示值 被测真值 仪器相对误差 100 % 被测真值 仪器示值 被测真值 仪器引用误差 100 % 仪器的测量上限
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制作
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二、非线性度
2019/3/11
非线性度是测量装置的输出和输入是否保 持理想比例关系的一种度量。
y a a x a x a x 0 1
2 2 3 3
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制作
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2019/3/11
非线性度 测量系统的标定曲线对理论拟 合直线的最大偏差与满量程之比
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制作
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§3-1 传感器的静态特性
2019/3/11
静态特性——当传感器输入、输出不随时间 而变化时，其输出-输入特性。
静态方程
b0 y x Sx a0
S 斜率
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2019/3/11
传感器静态特性表征的重要指标：
灵敏度
非线性度 回程误差 重复性
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Байду номын сангаас
制作
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2019/3/11
一、灵敏度
灵敏度——传感器输出量的变化和输入量的变化之比。
x 系统 y x+x 系统 y+y
y 绝对灵敏度 S x
输入、输出同量纲时，S称为放大倍数
y y b 线性的 S 0 常数 x x a 0
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2019/3/11
3.对仪器和环境的要求 输入特性、输出特性、对环境的要求、安装的考虑、其他（电源、 附件、重量、尺寸等）
4.可靠性和易行性
标定和测试的方便性、失灵的保险和识别能力、寿命、时间稳定 性 5.供应方面的特性 供应的及时性及充足性、使用时所需要的改装或改进、出厂标定 数据是否适用、价格、可供借鉴的使用经验 6.其它 如绝缘电阻、横向灵敏度等一些特定的要求
dy S 常数 dx
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非线性的
电子科技大学
2019/3/11
一般希望测试系统的灵敏度高，且在满量程范围内 是恒定的。这是因为： （1）因为S较大，同样的输入可有较大的输出；但 是，并不是灵敏度越高越好，而应合理选择； （2）S不能太大，因为S，测量范围，同时稳定 性差，难以读数。
静态测量仪器——幅值范围 动态测量仪器——幅值范围、频率范围
5. 示值稳定性——在恒定输入条件下仪器的示 值保持不变的能力
零漂——恒温条件下，仪器开机一段时间仪器零点的变化 情况。
热漂——仪器在正常允许的使用温度范围内，示值随外界
温度的变化而变化的值。
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静 态--信号不随时间变化 稳态 准静态--信号变化很缓慢 周期 动态 瞬态
对于输入不同， 传感器表现出的特性不同
静态特性
信号随时间变化而变化
动态特性
一个高精度的传感器必须有良好的静态特性 和动态特性才能完成信号无失真的转换
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传感器的特性包括有：
2019/3/11
2. 精密度
精密度表征测量仪器的随机误差接近于零的 程度，即在同样条件下，给出相同示值的能力— 用误差限表示
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3. 分辨力和分辨率
2019/3/11
分辨力——仪器可能检测到输入信号最小变化的能力
分辨率——分辨力的相对值表示——测量上限的百分数表示
4. 测量范围——仪器能正常工作的范围
2019/3/11
（二）、测试装置的经济指标 1. 不应盲目的采用超过测试目的所要求精度的 仪器； 2. 当测试系统有许多环节组成时，该系统各环 节的精度应是同一等级的。
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2019/3/11
（三）、测试装置的使用条件
温度、湿度、振动、辐射、磁场、放射性、介质
B max e 100 % l A
Bmax 定度曲线与拟合 直线的最大偏差 A 输出满量程
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线 性 化
2019/3/11
工作直线：在标定过程中，我们由小到大再由 大到小给予与传感器各种输入值，同时记录传 感器的输出值，这样就得到一系列以输入值为 自变量输出值为因变量的数据点。它们反映了 输入与输出之间的函数关系，称为实际工作曲 线，然后用某种方法作一条似合直线法逼近这 些数据点。这条拟合直线即为工作直线 线性化：做出工作直线的过程。 线性化方法:端点线性，独立线性，最小二乘线 性
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2019/3/11
一、对测试装置的基本要求 1. 能正确地感知并检测被测量；
希望输入与输出一一对应，即单值的、线性的
2. 安装测试装置不应扰乱被测量； 3. 所选的仪器之间应能满足匹配的要求（阻抗 匹配）； 4. 测试系统应与测试要求的精度相符合；
精度---用允许误差表示 测试系统的总误差=（1/31/5）测试要求允许误差
1.关于输入量的特性
• • • 被测物理量 量程或测量范围 过载能力
2.响应特性
1）静态响应特性
精度、重复性、线性度、迟滞回差、灵敏度、分辨率、阀值、稳 定性（零点漂移、灵敏度漂移、标定的有效期）
2）动态响应特性
频率响应特性（幅频特性和相频特性） 阶跃响应特性（时间常数、上升时间，过冲量、固有频率和阻尼 比等）
2019/3/11
第三章 传感器的一般特性
引言 3-1 传感器的静态特性 3-2 传感器的动态特性 3-3 传感器的动态特性分析 3-4 传感器在典型输入下的动态响应 3-5 传感器的无失真测试条件 本章小结
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引言 基本特性——输出-输入关系特性
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端 点 线 性
l 端点 指与量程的上下极限值对应的标定数据点 方法：将两端点连接起来的直线作为工作直线
5. 所选的仪器之间应能满足测量环境条件的要 求。
电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 5
二、应具体考虑的因素 （一）、测试装置的技术性能指标
1.
2019/3/11
精度——测试系统的精度表征了给出 值与被测值相符合的程度
仪器示值 被测真值 仪器相对误差 100 % 被测真值 仪器示值 被测真值 仪器引用误差 100 % 仪器的测量上限
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二、非线性度
2019/3/11
非线性度是测量装置的输出和输入是否保 持理想比例关系的一种度量。
y a a x a x a x 0 1
2 2 3 3
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非线性度 测量系统的标定曲线对理论拟 合直线的最大偏差与满量程之比
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§3-1 传感器的静态特性
2019/3/11
静态特性——当传感器输入、输出不随时间 而变化时，其输出-输入特性。
静态方程
b0 y x Sx a0
S 斜率
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传感器静态特性表征的重要指标：
灵敏度
非线性度 回程误差 重复性
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2019/3/11
一、灵敏度
灵敏度——传感器输出量的变化和输入量的变化之比。
x 系统 y x+x 系统 y+y
y 绝对灵敏度 S x
输入、输出同量纲时，S称为放大倍数
y y b 线性的 S 0 常数 x x a 0
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2019/3/11
3.对仪器和环境的要求 输入特性、输出特性、对环境的要求、安装的考虑、其他（电源、 附件、重量、尺寸等）
4.可靠性和易行性
标定和测试的方便性、失灵的保险和识别能力、寿命、时间稳定 性 5.供应方面的特性 供应的及时性及充足性、使用时所需要的改装或改进、出厂标定 数据是否适用、价格、可供借鉴的使用经验 6.其它 如绝缘电阻、横向灵敏度等一些特定的要求
dy S 常数 dx
传感器原理与技术 课程组 制作 12
非线性的
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2019/3/11
一般希望测试系统的灵敏度高，且在满量程范围内 是恒定的。这是因为： （1）因为S较大，同样的输入可有较大的输出；但 是，并不是灵敏度越高越好，而应合理选择； （2）S不能太大，因为S，测量范围，同时稳定 性差，难以读数。
静态测量仪器——幅值范围 动态测量仪器——幅值范围、频率范围
5. 示值稳定性——在恒定输入条件下仪器的示 值保持不变的能力
零漂——恒温条件下，仪器开机一段时间仪器零点的变化 情况。
热漂——仪器在正常允许的使用温度范围内，示值随外界
温度的变化而变化的值。
电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 7
静 态--信号不随时间变化 稳态 准静态--信号变化很缓慢 周期 动态 瞬态
对于输入不同， 传感器表现出的特性不同
静态特性
信号随时间变化而变化
动态特性
一个高精度的传感器必须有良好的静态特性 和动态特性才能完成信号无失真的转换
电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 2
传感器的特性包括有：
2019/3/11
2. 精密度
精密度表征测量仪器的随机误差接近于零的 程度，即在同样条件下，给出相同示值的能力— 用误差限表示
电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 6
3. 分辨力和分辨率
2019/3/11
分辨力——仪器可能检测到输入信号最小变化的能力
分辨率——分辨力的相对值表示——测量上限的百分数表示
4. 测量范围——仪器能正常工作的范围
2019/3/11
（二）、测试装置的经济指标 1. 不应盲目的采用超过测试目的所要求精度的 仪器； 2. 当测试系统有许多环节组成时，该系统各环 节的精度应是同一等级的。
电子科技大学
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8
2019/3/11
（三）、测试装置的使用条件
温度、湿度、振动、辐射、磁场、放射性、介质
B max e 100 % l A
Bmax 定度曲线与拟合 直线的最大偏差 A 输出满量程
电子科技大学
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15
线 性 化
2019/3/11
工作直线：在标定过程中，我们由小到大再由 大到小给予与传感器各种输入值，同时记录传 感器的输出值，这样就得到一系列以输入值为 自变量输出值为因变量的数据点。它们反映了 输入与输出之间的函数关系，称为实际工作曲 线，然后用某种方法作一条似合直线法逼近这 些数据点。这条拟合直线即为工作直线 线性化：做出工作直线的过程。 线性化方法:端点线性，独立线性，最小二乘线 性
电子科技大学 传感器原理与技术 课程组 制作 4
2019/3/11
一、对测试装置的基本要求 1. 能正确地感知并检测被测量；
希望输入与输出一一对应，即单值的、线性的
2. 安装测试装置不应扰乱被测量； 3. 所选的仪器之间应能满足匹配的要求（阻抗 匹配）； 4. 测试系统应与测试要求的精度相符合；
精度---用允许误差表示 测试系统的总误差=（1/31/5）测试要求允许误差
1.关于输入量的特性
• • • 被测物理量 量程或测量范围 过载能力
2.响应特性
1）静态响应特性
精度、重复性、线性度、迟滞回差、灵敏度、分辨率、阀值、稳 定性（零点漂移、灵敏度漂移、标定的有效期）
2）动态响应特性
频率响应特性（幅频特性和相频特性） 阶跃响应特性（时间常数、上升时间，过冲量、固有频率和阻尼 比等）
2019/3/11
第三章 传感器的一般特性
引言 3-1 传感器的静态特性 3-2 传感器的动态特性 3-3 传感器的动态特性分析 3-4 传感器在典型输入下的动态响应 3-5 传感器的无失真测试条件 本章小结
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制作
1
引言 基本特性——输出-输入关系特性
2019/3/11