传感器基础知识 SS

出发点
获得最小的非线ຫໍສະໝຸດ Baidu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； ⑥最小包容拟合
①理论拟合
拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。
方法十分简单，但一般说 Δ L M a x 较大
y
ΔLmax
x
②过零旋转拟合
曲线过零的传感器。拟合时，使
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1.1.3 传感器基本特性
1)传感器的静态特性:
1. 测量范围：传感器所能测量到的最小输
入量 与最大输入量 之间的范围称为传感器的 测量范围。
2. 量程：传感器测量范围的上限值 与下限
值 的代数差 称为量程。
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3. 精度：
传感器的精度是指测量结果的可靠程度。 工程技术中为简化传感器精度的表示方法， 引用了精度等级的概念。
④+①超调量σ 传感器输出超过稳态值的最 大值。
④ +②衰减比d 衰减震荡的二阶传感器输 出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。
2. 频率响应特性
传感器对不同频率正弦输入信号的响应特性，称为 频率响应特性。
频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器 的动态特性。
（1）零阶传感器的频率特性 （2）一阶传感器的频率特性 （3） 二阶传感器的频率特性 （4）频率响应特性指标
5. 线性度：指其输出量与输入量之间
的关系曲线偏离理想直线的程度。
a、在非线性误差不太大的情况下，通常采 用直线拟合的方法来线性化。
b、线性度就用输入-输出关系曲线与拟合 直线之间最大偏差与满量程输出的百分比 来表示。
L ( L M a x yF S) 1 0 0 %
最大非线性误差 满量程输出
直线拟合线性化
一阶传感器
二阶传感器
⑶ 瞬态响应特性指标
各指标定义如下：
① 时间常数τ 一阶传感器的上升到63.2%所需的时间，称为时
间常数。 ② 延迟时间td 输出达到稳态值的50%所用的时间。
③上升时间tr 输出达到稳态值的90%所用的时间。
⑶ 瞬态响应特性指标
④峰值时间tp 阶跃响应曲线达到第一个峰 值所需时间。
B、结构型传感器是依靠传感器结构参数的变化实 现信号变换，如：电容式传感器。
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1.1.3 传感器基本特性
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性， 即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测量） x(t)之间的关系，
传感器系统示意图
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化 时，其输入输出关系特性称为静态特性。
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测量电路： 将转换元件输出的电信号进行进 一步转换和处理的部分，如放大、滤波、线性 化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后 续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
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2．传感器的分类
（1）按照其工作原理分：
传感器可分为电参数式(如电阻式、电感式和 电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
正行程的最大重复性偏差 Δ RM ax1
反行程的最大重复性偏差 Δ RM ax2
取较大者为 Δ R M a x
R ( R M ax yF S) 1 0 0 %
R ( R M ax yF S) 1 0 0 %
8. 零点漂移
漂移是指在外界的干 扰下，在一定时间间 隔内，传感器输出量 发生与输入量无关的 或不需要的变化。漂 移包括零点漂移和灵 敏度漂移等，如图所 示。
精度等级以一系列标准百分比数值分档表示。 代表传感器测量的最大允许误差，即相对误差。
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4. 灵敏度：灵敏度是指传感器输出的
变化 量与引起该变化量的输入变化
量之比，如下图所示。
s y x
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灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
9. 稳定性: 稳定性表示传感器在一个较
长的时间内保持其性能参数的能力。
10. 分辨率 : 分辨率是指检测仪表能够精确 检测出被测量最小变化值的能力。 一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分 格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一 位的一个字。
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2）传感器的动态特性
传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化 的输入量的响应特性。
ΔL1=ΔL2 =ΔLMax
y
ΔL1 ΔL2
x
③端点连线拟合
把输出曲线两端点的连线作为拟合直线
y
ΔLmax x
④端点连线平移拟合
在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为
原先的一半 y
Δ L2=Δ L1=Δ L3=Δ LM ax
ΔL3
ΔLmax
ΔL1
ΔL2
x
6、迟滞
正（输入量增大）反（输入量减小）行程 中输出输入曲线不重合称为迟滞
反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度分析 产生动态误差的原因以及改善措施。
时域：瞬态响应法 频域：频率响应法
1. 瞬态响应特性
传感器的瞬态响应即为时间响应。
在研究传感器的动态特性时，有时需要从时域中 对传感器的响应和过渡过程进行分析，这种分析 方法称为时域分析法。
H ( 1 2 )( H M A Xy F S ) 1 0 0 %
Δ HMAX —正反行程间输出的最大差值。
迟滞误差的另一名称叫回程误差，常用绝对误差表示 检测回程误差时，可选择几个测试点。对应于每一输 入信号，
传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为 回程误差。
7、重复性
传感器在输入按同一方向连续多次变动时 所得特性曲线不一致的程度
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1.1.2 传感器的组成和分类
1．传感器的组成
传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路 组成。
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直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确 定关系的某一物理量的元件。
敏感元件是传感器的核心
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转换元件： 将敏感元件输出的物理量转换成 适于传输或测量电信号的元件。
（2）按照其被测量对象分：
传感器可分为力、位移、速度、加速度传感
器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
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2．传感器的分类
（3）按照其结构分：
传感器可分为结构型、物性型和复合型传 感器。
A、物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性 质的变化来实现信号变换，如：水银温度计。