传感器基本特性PPT讲稿.ppt
传感器基本特性第1页，共20页，编辑于2022年，星期四 静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之后，可以说问题已经得到解决。但是为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系。这时可采用各种方法，其中也包括硬件或软件补偿，进行线性化处理。一、静态特性技术指标一、静态特性技术指标1 1传感器的静态数学模型传感器的静态数学模型传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。在不考虑迟滞、不稳定性等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程表示：式中：y输出量；x输入量；a0零点输出；a1理论灵敏度；a2、a3、an非线性项系数。各项系数不同，决定了特性曲线的不同形式。各项系数不同，决定了特性曲线的不同形式。y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn第2页，共20页，编辑于2022年，星期四2、传感器的静态标定利用一定准确度的标定设备产生已知标准的静态量，作传感器的输入量，对传感器多次测量，绘制静态特性曲线，以确定传感器的静态特性。标定设备要求（1）如系统误差较小，只考虑随机误差。（2）如随机误差较小，只考虑系统误差。第3页，共20页，编辑于2022年，星期四3、传感器的静态性能指标1、线性度线性度是指传感器的输出量y与输入量x之间能否保持理想线性的一种量度。传感器在全流程范围内静态标定曲线与拟合直线的接近程度。叫线性度。在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，就称为非线性误差或线性度。第4页，共20页，编辑于2022年，星期四 非线性误差通常用相对误差L表示：Lmax一最大非线性误差；yFS满量程输出。非线性误差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。拟合直线不同，非线性误差也不同。所以，选择拟合直线的原则，是获得最小的非线性误差，另外，还应考虑使用是否方便，计算是否简便。最小二乘法确定拟合直线，选定合适的直线方程系数，使静态标定曲线与拟合直线偏差的平方和为最小。拟合精度高，计算繁琐。L=(Lmax/yFS)100%第5页，共20页，编辑于2022年，星期四拟合直线方法过零旋转拟合、端点连线拟合、端点连线平移拟合。拟合精度低。平均法，将测量得到的n个检测点分成数目相等的两组，求出两个点系中心，通过两个点系中心的直线，就是要求的拟合直线。斜率、截距可求得。拟合精度较高，计算较简便。第6页，共20页，编辑于2022年，星期四直线拟合方法 b)过零旋转拟合 c)端点连线拟合 d)端点连线平移拟合第7页，共20页，编辑于2022年，星期四2灵敏度可见，传感器特性曲线的斜率斜率就是其灵敏度。对线性特性的传感器，其特性曲线的斜率处处相同。灵敏度也存在误差，相对误差：S=y/x灵敏度是传感器对被测量变化的反应能力，是传感器的基灵敏度是传感器对被测量变化的反应能力，是传感器的基本指标。本指标。传感器输出的变化量传感器输出的变化量 y与引起该变化量的输入变化量与引起该变化量的输入变化量 x之之比即为其静态灵敏度，其表达式为比即为其静态灵敏度，其表达式为第8页，共20页，编辑于2022年，星期四3 3迟滞（回程误差）迟滞（回程误差）0yxHmaxyFS迟滞特性式中 Hmax正反行程间输出的最大差值。迟滞是由于传感器敏感元件材料的物理特性引起的，如磁滞回线。传感器在正(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。迟滞特性如图所示，它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即第9页，共20页，编辑于2022年，星期四4重复性yx0Rmax2Rmax1重复性误差可用正反行程的最大偏差表示，即重复性是指传感器在输入按同重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。性曲线不一致的程度。Rmax1正行程的最大重复性偏差，Rmax2反行程的最大重复性偏差。重复性反映随机误差的大小。第10页，共20页，编辑于2022年，星期四5、精度（精确度）精度反映传感器测量结果与真值的接近程度，用相对误差大小表示精度高低。传感器的精度常用线性度、灵敏度、滞后量、重复性误差的方和根表示：第11页，共20页，编辑于2022年，星期四传感器准确度等级工程应用上，传感器的精度常用引用误差表示：第12页，共20页，编辑于2022年，星期四6分辨率 分辨率表示传感器能检测到输入量的最小变化能力。分辨率表示传感器能检测到输入量的最小变化能力。有些传感器有些传感器,当输入量缓慢变化当输入量缓慢变化,超过某一增量时，传感器才超过某一增量时，传感器才能检测到输入量的变化，这个输入量的增量称为传感器的分能检测到输入量的变化，这个输入量的增量称为传感器的分辨率。辨率。7.稳定性 稳定性表示在较长时间内传感器对于大小相同的输入稳定性表示在较长时间内传感器对于大小相同的输入量，其输出量发生变化的程度，一般在室温条件下，经过量，其输出量发生变化的程度，一般在室温条件下，经过规定的时间间隔后传感器输出的差值称为稳定性误差。规定的时间间隔后传感器输出的差值称为稳定性误差。8 8漂移漂移 漂移是指在外界干扰时，在一定的时间间隔内，传感器输出量与输入量无关的变化程度。第13页，共20页，编辑于2022年，星期四 被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。通常研究动态特性是根据标准输入特性来考虑传感器的响应特性。二、传感器的动态特性二、传感器的动态特性 动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，当输动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。第14页，共20页，编辑于2022年，星期四二、传感器的动态特性二、传感器的动态特性标准输入有三种：u正弦变化的输入u阶跃变化的输入u线性输入 传感器输出与输入关系可用微分方程来描述，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。第15页，共20页，编辑于2022年，星期四1数学模型与传递函数 分析传感器动态特性，必须建立数学模型。对线性系统动态特性的研究，主要是分析数学模型的输入量x与输出量y之间的关系，通过对微分方程求解，得出动态性能指标。在使用传感器时，应根据输入量的频率范围，合理选用频率特性合适传感器，一般要求在被测量的频率范围内，输出幅值的变化限制在10%以内，相位的偏移不超过36度。返回2返回1第16页，共20页，编辑于2022年，星期四一、与测量条件有关的因素(1)测量的目的；(2)测量范围；(3)输入信号的幅值，频带宽度；(4)精度要求；(5)测量所需要的时间。传感器的选用原则第17页，共20页，编辑于2022年，星期四二、与传感器有关的技术指标二、与传感器有关的技术指标 (1)灵敏度；(2)稳定度；(3)响应特性；(4)模拟量与数字量；(5)输出幅值；(6)对被测物体产生的负载效应；(7)对过大的输入信号保护。第18页，共20页，编辑于2022年，星期四 三、与使用环境条件有关的因素 (1)(1)安装现场条件及情况；安装现场条件及情况；(2)(2)环境条件环境条件(湿度、温度、振动等湿度、温度、振动等)；(3)(3)信号传输距离；信号传输距离；(4)(4)所需现场提供的功率容量。所需现场提供的功率容量。第19页，共20页，编辑于2022年，星期四基本参数指标基本参数指标环境参数指标环境参数指标可靠性可靠性指标指标其他指标其他指标量程指标量程指标：量程范围、过载能力等灵敏度指标灵敏度指标：灵敏度、分辨力、满量程输出等精度有关指标：精度有关指标：精度、误差、线性、滞后、重复性、灵敏度误差、稳定性 动态性能指标动态性能指标：固定频率、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间等。温度指标温度指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后等 抗冲振指标：抗冲振指标：允许各向抗冲振的频率、振幅及加速度、冲振所引入的误差 其他环境参数其他环境参数：抗潮湿、抗介质腐蚀等能力、抗电磁场干扰能力等。工作寿命、平均无故障时间、疲劳性能、绝缘电阻、耐压等。使用有关指标：使用有关指标：供电方式（直流、交流、频率及波形等）、功率、各项分布参数值、电压范围与稳定度等外形尺寸、重量、壳体材质、结构特点等安装方式、馈线电缆等。第20页，共20页，编辑于2022年，星期四
