传感器检测及其接口电路资料

a)理论拟合
b)过零旋转拟合
c)端点连线拟合 d)端点连线平移拟合
最小二乘法拟合
第 3 设拟合直线方程：
y
y=kx+b
yi
章
y=kx+b
传若实际校准测试点有n个，则第i
感个校准数据与拟合直线上响应 器值之间的残差为
检
0
xI
x
最小二乘拟合法
测 及
Δi=yi-(kxi+b)
其最小二乘法拟合直线的原理就是使
测 6．稳定性
及
其稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生 接的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。
口
电测试时先将传感器输出调至零点或某一特定点，相隔 路4h、8h或一定的工作次数后，再读出输出值，前后两
次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示, 也可用绝对误差表示。
第
7．温度稳定性
测 功能,传感器又称为一次仪表。
及
(2) 对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、
其 接
转换、记录、指示、显示等处理,这叫作电信号处理系统,
口 通常被称为二次仪表。
电
非电量检测系统的结构形式如图3-1所示。
路
第
3 章
传
感
器
检
测
及
其
接
口 电
图 3-1 非电量检测系统的结构形式
路
第
3
3.1.2 传感器的概念及基本特性
第
3
第3章 传感器检测及其接口电路
章
传
3.1 概述
感 器
3.2 位移检测
检
3.3 速度、加速度检测
测 及
3.4 力、扭矩和流体压强检测
其
3.5
接 口
3.6 传感器接口技术
电
3.7 传感器非线性补偿处理
路
思考题
第
3
3.1 概述
章
传
感 3.1.1
器 检
(1) 把各种非电量信息转换为电信号,这就是传感器的
3 温度稳定性又称为温度漂移，是指传感器在外界温度下
章 传
输出量发生的变化。
感测试时先将传感器置于一定温度(如20℃),将其输出调
器至零点或某一特定点，使温度上升或下降一定的度数
检(如5℃或10℃),再读出输出值，前后两次输出值之差即 测为温度稳定性误差。
及其接温误8．度差抗稳表定 示干性,扰每误℃稳差引定用起性温的度传每感变器化误若差干又℃称的为绝温对度误误差差或系相数对。
其
接 口 电
b
xi2 yi xi xi yi
n xi2
xi 2
路
将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后
求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。
第
线性度可用下式计算：
3
章
传
（3-1）
感
器
式中： ;
检
γL——线性度(非线性误差)；
测 及
Δmax——最大非线性绝对误差；
其
yFS ——输出满度值。
章 传
1.
感
传感器一般由敏感元件、传感元件和转换电路三
器 部分组成,如图3-2 检
测
及
其
接
口
电
路
第
3 章
传
感
器
检
测
及
其
接
口
电
路
图3-2 传感器的组成框图
第
（1）敏感元件: 是一种能够将被测量转换成易于
3 章
测量的物理量的预变换装置,其输入、输出间具有确定
传 的数学关系（最好为线性）。如弹性敏感元件将力转
接
（2） 灵敏度。传感器在静态标准条件下,输出变
口 电
化对输入变化的比值称为灵敏度,用S0表示,
路
第
3
(3-2)
章
传 感
对于线性传感器来说,它的灵敏度S0是个常数。
器
（3）迟滞。传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行
检 程中输出/输入特性曲线的不重合程度称为迟滞,迟滞误差一般
测 及
以满量程输出yFS
口
电指传感器对外界干扰的抵抗能力，例如抗冲击和振动的 路能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。
评价这些能力比较复杂，一般也不易给出数量概念，需
要具体问题具体分析。
第
3 9．静态误差
章
传 静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其
感 理论值的偏离程度。
器检测静上态对误应差值的的求 残取 差方,看法成如是下随：机把分全布部,求输出出其数标据准与偏拟差合,即直线
接
2i
为最小值，即
口 电
n
n
2
2i yi kxi b min
路
i 1
i 1
2i 对k和b一阶偏导数等于零，求出a和k的表达式
第
3 章
k
2i
2 yi
k xi
b
xi
0
传 感
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b
2i
2 yi
k xi
b1
0
器 即得到k和b的表达式
检 测 及
n
k
xi yi
n xi2
xi yi xi 2
二值型
行程开关)
无接点型(光电开关，接近开关)
电量
电阻型（电位器，电阻应变片） 模拟型 电压，电流型（热电偶,Cds电池）
电感，电容型（可变电容）
计数型（二次型+计数型） 数字型
代码型（旋转编码器，磁尺）
第
3 2 传感器的静态 特性
章 传
（1） 线性度。 传感器的静态特性是在静态标准条件下,
感 利用一定等级的标准设备,对传感器进行往复循环测试,
感 器
复特性误差用满量程输出的百分数表示,即
检
测
(3-4)
及
其
式中:
接 口
ΔRm——最大重复性误差。
电
重复特性也由实验方法确定,常用绝对误差表示,如
路 图3-5所示。
第
3 章
传
感
器
检
测
及
其
接
口
电
路
图3-5 重复特性
5．分辨力与阈值
第分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。有些传 3章感器,当输入量连续变化时,输出量只作阶梯变化,则分辨 传力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。 感器分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为 检分辨率。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。
感 换为位移或应变输出。
器
检
（2）传感元件：将敏感元件输出的非电物理量转
测 换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。
及 其
（3）基本转换电路：将电信号量转换成便于测量
接 的电量,如电压、电流、频率等。
口
电
路
第
3 章 传传感器 感 器 检 测 及 其 接 口 电 路
非电量型
有接点型(微动开关，接触开关，
器 得到的输入/输出特性（列表或画曲线）。通常希望这
检 测
个特性（曲线）为线性,这对标定和数据处理带来方便。
及 但实际的输出与输入特性只能接近线性,与理论直线有
其 偏差,如图3-3所示。
接
口
电
路
第
3 章
传
感
器
检
测
及
其
接
口
电
路
图3-3 传感器的线性度示意图
第
3 章
传
感
器
检
测
及
其
接
口
电
路
直线拟合方法
其
(3-3)
接
口
电
式中:
路
ΔHm——输出值在正、反行程间的最大差值。
第 3
迟滞特性一般由实验方法确定,如图3-3所示。
章
传
感
器
检
测
及
其
接
口
电
路
图3-4 迟滞特性
第 3
（4） 重复特性。 传感器在同一条件下,被测输入量
章 按同一方向作全量程连续多次重复测量时,所得的输出/
传 输入曲线不一致的程度,称为重复特性,如图3-5所示。重