1传感器的一般特性传感器课件

rL
?
?
? Lmax YFS
?100%
yFS y
ΔLmax x xmax
2020年5月27日1时26分
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测控技术
HuaqiaoUniversity
1.1.1 线性度
yFS
? 直线的拟合方法：
y
? 最小二乘法(误差平方和最小)；
Δmax
? 固定端点的最小二乘法；
? 两端点连线法(有条件最优)
x
? 最小二乘法最优 yFS
? 传感器正、反行程的输出-输入特性曲线不重合
? 评定方法
? 加载0 ? xmax ? 卸载xmax? 0
?ห้องสมุดไป่ตู้
rH ? ?
原因：
1 2
? H max YFS
? 100%
? 弹性敏感元件的弹性滞后； ? 运动部件摩擦；
xmax
? 传动机构的间隙、紧固件松动。
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1.1.4 重复性
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? 传感器同一加载方向上，多次测试的特 性曲线的不一致程度
? 原因：随机误差
? 评定方法
ez
?
?
? Rmax YFS
? 100%
ez
?
?
(2 ~ 3)?
YFS
? 100%
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1.1.5 分辨力/分辨率/预值
an
dny dt n
?
an?1
d n?1 y dt n?1
???
a1
dy dt
?
a0 y
?
bm
d mx dt m
?
bm?1
d m?1x dt m?1
???
b1
dx dt
?
b0
x
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1.2.1 传感器的数学模型
y
yFS y
灵敏度
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Δmax x
Δmax x
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提高线性度的方法：
? 缩小测量范围 ? 分段标定法
输出y 实
拟合直线
际
差值
曲
线
? 误差修正与补偿
? 标定得实际曲线； 0
? 按拟合曲线计算误差
输入x
x1 x0
x2 x3
传感器的静态输入输出特性曲线
? 线性度
? 传感器输入输出的线性程度； ? 线性度越小，测量精度越高。
? 迟滞—机械部件缺陷 ? 重复性—随机干扰
? 分辨率
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1.2 传感器的动态特性
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? 动态特性
? 被测量快速变化时，输出与输入之间的关系； ? 输出应能反映被测信号随时间的变化规律； ? 影响测量结果的因素
? 与传感器的 动态性能 有关
实际输出 t
? 动态特性是传感器的固有特性
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1.2.1 传感器的数学模型
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输入 x 传感器 输出 y
? 数学模型:传感器输出与输入的数学关系 ? 传感器模型建立基础：线性时不变理论
? 输出导数的线性组合＝输入导数的线性组合
y ? a1x ? a3 x3 ? L
a x2n?1 2n?1
? 仅有奇次特性项的传感器有较大的测量范围
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1.1.1 线性度
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? 非线性误差的评定
? 实际特性曲线 ? 拟合直线 ? 非线性误差
? 实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 ? 用满量程的百分数表示
? 被测量的大小 ? 被测量的频率 ? 传感器动态特性。
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1.2 传感器的动态特性
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? 实例：
理想输入
? 温度测量
动态误差
? 影响测量值的原因
T
? 动态测量时测量结果：T1
? 与被测量大小有关 T0
? 与被测量频率有关
0 t0 t
? 传感器输出只与输入量的大小有关
? 常用的静态特性指标
? 线性度 ? 灵敏度 ? 迟滞
静态误差 由磁滞、蠕变、摩擦、间隙
以及松动等因素引起
? 重复性
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1.1 传感器的静态特性
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外界影响
冲击与振动 电磁场
温度 供电
输入
传感器
输出
? ? y(x) ? yc (x) ? ya (x) 补偿量： c(x) ? ?? y(x) ? 测量yc
? 误差补偿：实际测量结果： ya (x) ? yc ( x) ? c( x)
? 条件：传感器系统稳定性要好
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1.1.2 灵敏度
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? 实际传感器特性存在非线性
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1.1.1 线性度
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输入 x 传感器 输出 y
? 线性特性
y ? a1x
y ? a0 ? a1x ? a2 x2 ? L an xn
y
? 非线性特性
x
y ? a2 x2 ? a4 x4 ? L a2n x2n
? 传感器的输出相对与输入的变化率
? 输出增量Δy 、输入量增量Δx时
?
Sn
?
?y ?x
?
dy dx
? 线性系统灵敏度为常数
? 非线性系统灵敏度是被测量的函数
? 评定条件：稳态
? 期望：灵敏度高而稳定
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1.1.3 迟滞(回程误差)
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? 分辨力:
? 传感器所能检测到的最小输入量的增量
? 分辨率:
? 分辨力相对于满量程的百分数
? 阈值:
? 传感器在零点附近的分辨力
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本节小结 五种主要的静态特性
? 灵敏度
? 传感器对被测量的灵敏程度； ? 灵敏度越大，静态放大倍数越高。
线性度 迟滞
重复性 灵敏度
干扰稳定性 温漂 稳定性(零漂)
分辨力
内部因素
传感器输入输出作用图
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1.1.1 线性度
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? 传感器输入输出之间的线性程度 ? 线性传感器的优点:
? 理论分析、设计计算简单； ? 传感器标定、数据处理方便； ? 分度盘均匀、刻线均匀，精度高； ? 避免非线性补偿。
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第1章 传感器的一般特性
(输出—输入特性 )
1.1 传感器的静态特性 1.2 传感器的动态特性 1.3 传感器的不失真测试条件 1.4 传感器的标定*
1 开始 结束
1.1 传感器的静态特性
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? 输入信号不变或缓慢变化时系统的特性