传感器的基本特性优秀课件.ppt

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1、传感器的基本特性第1页，本讲稿共64页（一）测量的基本概念（一）测量的基本概念用实验的方法，借助于一定的仪器或设用实验的方法，借助于一定的仪器或设备，将被测量与同性质的单位标准量进备，将被测量与同性质的单位标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，行比较，确定被测量对标准量的倍数，从而获得关于被测量的定量信息。从而获得关于被测量的定量信息。测量结果包括测量结果包括数值大小数值大小和和测量单位测量单位两部两部分分第2页，本讲稿共64页（二）测量方法（二）测量方法实现测量过程所采用的具体方法实现测量过程所采用的具体方法，可分，可分为：为：按实测几何量与被测几何量的关系分：按实测几何量与被测几何量的

2、关系分：直接测量、间接测量、组合测量直接测量、间接测量、组合测量根据测量的精度情况分类：根据测量的精度情况分类：等精度测量、不等精度测量等精度测量、不等精度测量按获得测量值的方式可以分为：按获得测量值的方式可以分为：偏偏差式测量、零位式测量和微差式测量差式测量、零位式测量和微差式测量第3页，本讲稿共64页零位式测量零位式测量用已知的标准量去平衡或抵消用已知的标准量去平衡或抵消被测量的作用，并用指零仪表被测量的作用，并用指零仪表来检测测量系统的平衡状态，来检测测量系统的平衡状态，从而判定被测量值等于已知标从而判定被测量值等于已知标准量的方法称做零位式测量准量的方法称做零位式测量。用电位差计测量未

3、知电压。用电位差计测量未知电压。调节调节RP1，校准工作电流使其达，校准工作电流使其达到标准值，接入被测电压到标准值，接入被测电压UX后，后，调整调整RP的活动触点，使的活动触点，使检流计检流计P回零，回零，A，D等等势。势。第4页，本讲稿共64页三、误差的基本概念三、误差的基本概念测量误差的概念测量误差的概念测量误差的分类测量误差的分类误差的处理及消除方法误差的处理及消除方法第5页，本讲稿共64页测量误差概念测量误差概念在测量过程中，由于测量仪器、测量方法、测量条件及环境、人为的因素的影响，总是不可避免的存在测量误差。测量结果与被测量的真值间的差值，称为测量误差。第6页，本讲稿共64页测量误

4、差的分类测量误差的分类按误差表示方法分：按误差表示方法分：绝对误差、相对误差绝对误差、相对误差、引用误差、引用误差按误差出现的规律分按误差出现的规律分:系统误差、随机误差和粗大误差系统误差、随机误差和粗大误差按误差与时间关系分：按误差与时间关系分：动态误差和静态误差动态误差和静态误差第7页，本讲稿共64页绝绝对对误误差差：是是指指测测量量值值Ax与与被被测测量量真真值值A0之间的差值，用之间的差值，用 表示，即：表示，即：绝绝对对误误差差不不能能作作为为衡衡量量测测量量精精确确度度的的标准。标准。1、绝对误差、绝对误差(一）按误差表示方法分：一）按误差表示方法分：第8页，本讲稿共64页绝对误差

5、不能作为衡量测量精确度的标准绝对误差不能作为衡量测量精确度的标准例如用一个电压表测量例如用一个电压表测量200V电压，绝对误电压，绝对误差为差为+1V，而用另一个电压表测量，而用另一个电压表测量10V电压，电压，绝对误差为绝对误差为+0.5V，前者的绝对误差虽然大，前者的绝对误差虽然大于后者，但误差值相对于被测量值却是后于后者，但误差值相对于被测量值却是后者大于前者，即两者的测量精确度相差较者大于前者，即两者的测量精确度相差较大，为此人们引入了相对误差。大，为此人们引入了相对误差。按误差表示方法分按误差表示方法分第9页，本讲稿共64页n相对误差：是指绝对误差相对误差：是指绝对误差 与被测量真值

6、与被测量真值X0的的百分比百分比，即：，即：相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度度 2、相对误差、相对误差按误差表示方法分按误差表示方法分第10页，本讲稿共64页在上面的例子中：在上面的例子中：按误差表示方法分按误差表示方法分第11页，本讲稿共64页例题：用两种方法来测量L1=100mm的尺寸，其测量误差分别为1=10m，2=8m；再用第三种方法测量L2=80mm的尺寸，它的测量误差为3=7m。试比较其误差。按误差表示方法分按误差表示方法分第12页，本讲稿共64页结论：对于相同的被测量相同的被测量，绝对误差可以评定其测量精度的高低；对于不同的被

7、测量不同的被测量，以及不同的物理量，绝对误差难以评定其测量精度的高低，而采用相对误差来评定。相对误差比绝对误差能更好地说明测量相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精确程度的精确程度按误差表示方法分按误差表示方法分第13页，本讲稿共64页3、引用误差引用误差引用误差引用误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差 与仪表与仪表量程量程L的比值，通常以百分数表示，即：的比值，通常以百分数表示，即：如如果果以以测测量量仪仪表表整整个个量量程程中中，可可能能出出现现的的绝绝对对误误差差最最大大值值 m m代替代替 ，则可得到，则可得到最大引用误差最大引用误差 0m0m，即：，即

8、：一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级按误差表示方法分按误差表示方法分第14页，本讲稿共64页相对误差及精度等级相对误差及精度等级几个重要公式：几个重要公式：第15页，本讲稿共64页工业仪表常见的精度等级有工业仪表常见的精度等级有0.1级、级、0.2级、级、0.5级、级、1.0级、级、1.5级、级、2.0级、级、2.5级、级、5.0级等级等其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误差和仪其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误差和仪表指示值进行计算。表指示值进行计算。例如，例如，2.0级的仪表，量程为级的仪表，量程为100，在使用时它的，在使用时它的最

9、最大引用误差不超过大引用误差不超过2.0%，也就是说，在整个量程，也就是说，在整个量程内，它的内，它的绝对误差最大值为绝对误差最大值为2.0。用它测量真值为。用它测量真值为80的测量值时，其的测量值时，其相对误差最大为相对误差最大为2.0/80100%=2.5%。按误差表示方法分按误差表示方法分第16页，本讲稿共64页例题例：现有0.5级的（0300）0C的和1.0级（0100）0C的两个温度计，要测量800C的温度，试问采用哪一个温度计好？第17页，本讲稿共64页解：用0.5级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为：用1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误差为：计算结果表明，用1.0级的

10、表比用0.5级的误差反而小，所以更合适。第18页，本讲稿共64页作业：1.有一温度计，它的测量范围为（0200）0C，精度为0.5级，求：（1）该表可能出现的最大绝对误差。（2）当示值分别为200C，1000C时的示值相对误差。2.欲测240V电压，要求测量示值相对误差的绝对值不大于0.6，问：若选用量程为250V电压表，其精度为哪级？若选用量程为300V和500V的电压表，其精度又是哪一级？第19页，本讲稿共64页3.什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？它们通常应用在什么场合？4.用测量范围为-50150kPa的压力传感器测量140kPa压力时，传感器测得的示值为142kPa，求该示值的

11、绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。第20页，本讲稿共64页系统误差、随机误差和粗大误差系统误差、随机误差和粗大误差系统误差、随机误差和粗大误差系统误差、随机误差和粗大误差系统误差：在相同条件下，多次重复测量同一量时，系统误差：在相同条件下，多次重复测量同一量时，其绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，遵循某其绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，遵循某种规律变化的误差称为系统误差种规律变化的误差称为系统误差。(二）二）按误差出现的规律分按误差出现的规律分:1 1系统误差系统误差系统误差系统误差按对误差掌握程度分：已定系统误差未定系统误差按误差出现规律分：不变系统误差变化系统误差第

12、21页，本讲稿共64页在在相相同同条条件件下下，多多次次测测量量同同一一量量时时，其其误误差差的的大大小小和和符符号号以以不不可可预预见见的的方方式式变变化，这种误差称为随机误差。化，这种误差称为随机误差。随机误差是服从统计规律随机误差是服从统计规律随随机机误误差差体体现现了了测测量量结结果果的的分分散散性性，通通常用精密度表征随机误差的大小。常用精密度表征随机误差的大小。2 2、随机误差、随机误差第22页，本讲稿共64页n明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差，又明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差，又称过失误差。称过失误差。3 3、粗大误差、粗大误差第23页，本讲稿共64页动态误差和静态误差动态

13、误差和静态误差动态误差和静态误差动态误差和静态误差静静态态误误差差是是指指在在测测量量过过程程中中，被被测测量量不不随随时时间间变变化化或或随随时时间间变变化化很很缓缓慢慢的的测测量量误误差差。以上所介绍的测量误差均属于静态误差。以上所介绍的测量误差均属于静态误差。2 2、动态误差、动态误差在在被被测测量量随随时时间间变变化化过过程程中中进进行行测测量量时时所所产生的附加误差称为动态误差。产生的附加误差称为动态误差。（三）按被测量与时间关系分：1 1 1 1、静态误差、静态误差、静态误差、静态误差第24页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本

14、特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性主要内容主要内容2.1 2.1 传感器静态特性传感器静态特性2.2 2.2 2.2 2.2 传感器动态特性传感器动态特性第25页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用概概 述：述：q 传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。对不

15、同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、变信号，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。质量块、弹簧等）的影响，反应大不相同。快变快变快变快变信号考虑输出的动态特性即随时间变化的特性；信号考虑输出的动态特性

16、即随时间变化的特性；信号考虑输出的动态特性即随时间变化的特性；信号考虑输出的动态特性即随时间变化的特性；慢变慢变慢变慢变信号研究静态特性，即不随时间变化的特性。信号研究静态特性，即不随时间变化的特性。信号研究静态特性，即不随时间变化的特性。信号研究静态特性，即不随时间变化的特性。第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性第26页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传

17、感器静态特性 当输入量（当输入量（当输入量（当输入量（X X X X）为静态（常量）或变化缓慢的信）为静态（常量）或变化缓慢的信）为静态（常量）或变化缓慢的信）为静态（常量）或变化缓慢的信 号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特 性，输入输出关系称性，输入输出关系称性，输入输出关系称性，输入输出关系称静态特性静态特性静态特性静态特性。静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为 静态特性包括：静态特性包括：静态特性

18、包括：静态特性包括：线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性第27页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（1 1 1 1）线性度）线性度）线性度）线性度v v 传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特

19、性传感器静态特性其中：其中：其中：其中：X X X X 输入量，输入量，输入量，输入量，Y Y Y Y 输出量；输出量；输出量；输出量；a a a a0 0 0 0 x=0 x=0 x=0 x=0 时的输出值时的输出值时的输出值时的输出值 a a a a1 1 1 1 理想灵敏度理想灵敏度理想灵敏度理想灵敏度 a a a a2,2,2,2,a a a a3 3 3 3.a a a an n n n 非线性项系数非线性项系数非线性项系数非线性项系数第28页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.1

20、2.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性v v 传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差传感器的非线性误差（线性度）通常用相对误差 表示：表示：表示：表示：最大非线性绝对误差最大非线性绝对误差最大非线性绝对误差最大非线性绝对误差 满量程输出满量程输出满量程输出满量程输出 线性度线性度线性度线性度YXYiXiLmaxY=kx+bYFS第29页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.12.1传

21、感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性各种直线拟合方法各种直线拟合方法第30页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（2 2 2 2）迟滞）迟滞）迟滞）迟滞v v 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不 重合的现象称迟滞。重合的现象称迟滞。重合的现象称迟滞。重合的现象称迟滞。2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性第31页，本讲稿共64页传感

22、器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（2 2 2 2）迟滞）迟滞）迟滞）迟滞v 迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性例：一电子秤例：一电子秤例：一电子秤例：一电子秤增加砝码增加砝码增加砝码增加砝码 10g 10g 10g 10g 50g 50g 50g 50g 100g 100g 100g 100g 200g 200g 200g 200g电桥输出电桥输出电桥输出电桥输出 0.5 mv-2mv-4mv -10m

23、v0.5 mv-2mv-4mv -10mv0.5 mv-2mv-4mv -10mv0.5 mv-2mv-4mv -10mv减砝码输出减砝码输出减砝码输出减砝码输出 1 mv-5mv-8mv -10mv1 mv-5mv-8mv -10mv1 mv-5mv-8mv -10mv1 mv-5mv-8mv -10mv为正、反为正、反 行程输出值间的最大差值行程输出值间的最大差值第32页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（3 3 3 3）重复性）重复性）重复性）重复性2.12.1传感器静态特性传感器静态特

24、性传感器静态特性传感器静态特性v v 传感器输入量按同一方向作多次测量时，传感器输入量按同一方向作多次测量时，传感器输入量按同一方向作多次测量时，传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。输出特性不一致的程度。输出特性不一致的程度。输出特性不一致的程度。v v 属于随机误差可用标准偏差表示：属于随机误差可用标准偏差表示：属于随机误差可用标准偏差表示：属于随机误差可用标准偏差表示：或用最大重复偏差表示：或用最大重复偏差表示：或用最大重复偏差表示：或用最大重复偏差表示：max max max max 最大标准差；最大标准差；最大标准差；最大标准差；（2 2 2 23 3 3 3）置

25、信度；置信度；置信度；置信度；第33页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（3 3 3 3）重复性）重复性）重复性）重复性2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性第34页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（4 4 4 4）灵敏度）灵敏度）灵敏度）灵敏度2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性v v在稳定条件下

26、输出微小增量与输入微小增量的比值在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S=Y/X S=Y/X S=Y/X S=Y/X 对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：S=dy/dxS=dy/dxS=dy/dxS=dy/dx第35页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章

27、章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（5 5 5 5）稳定性）稳定性）稳定性）稳定性2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性v v 表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力例：例：例：例：闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器8 8 8 8小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图第36页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章

28、章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（6 6 6 6）分辨率和阈值）分辨率和阈值）分辨率和阈值）分辨率和阈值2.12.1传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性v v 分辨率分辨率分辨率分辨率 传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；v v 阈值阈值阈值阈值 输入小到某种程度输出不再变化的输入小到某种程度输出不再变化的输入小到某种程度输出不再变化的输入小到某种程度输出不再变化的X X X X值；值；值；值；v v 门槛灵敏度门槛灵敏度门槛灵敏度门槛灵敏度 指输入零

29、点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。当输入的变化量被传感器内部噪声吸收时将反映不到输出当输入的变化量被传感器内部噪声吸收时将反映不到输出第37页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时,如如如如 :加速度、振动等，加速度、振动等，加速度、振动等，加速度、振动等，讨论传感器的讨论传感器的讨论传感

30、器的讨论传感器的动态特性动态特性动态特性动态特性。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。这时被测量是时间的函数，或是频率的函数。用时域法表示成：用时域法表示成：用时域法表示成：用时域法表示成：用频域法表示为：用频域法表示为：用频域法表示为：用频域法表示为：第38页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的动态特

31、性是指传感器输出对时间变化的输入量的动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的 响应特性：响应特性：响应特性：响应特性：除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；入输出之间的差异

32、就是动态误差；入输出之间的差异就是动态误差；入输出之间的差异就是动态误差；传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的动态特性。的动态特性。的动态特性。的动态特性。第39页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性例：动态测温例：动态测温例：动态测温例：动态测温 设环境温度为设环境温度为

33、设环境温度为设环境温度为T T T T0 0 0 0,水槽中水的温度为水槽中水的温度为水槽中水的温度为水槽中水的温度为T,T,T,T,而且而且而且而且 T T T T T T T T0 0 0 0 传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；用热电偶测温用热电偶测温用热电偶测温用热电偶测温,理想情况测试曲线理想情况测试曲线理想情况测试曲线理想情况测试曲线T T T T是阶跃变化的；是阶跃变化的；是阶跃变化的；是阶跃变化的；实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程实际热电偶输出值是缓慢变化

34、，存在一个过渡过程实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程水温水温T热电偶热电偶环境温度ToTo T T ToTo第40页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（1 1 1 1）传递函数传递函数传递函数传递函数2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器系统传感器系统输入激励输入激励输入激励输入激励 X X X X（t)t)t)t)输出响应输出响应输出响应输出响应 Y Y Y Y（t)t)t)t)当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假当输入量随时间变化时，略去

35、影响小的因素，假当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系可用高阶常系数线性微分方程表示：用高阶常系数线性微分方程表示：用高阶常系数线性微分方程表示：用高阶常系数线性微分方程表示：式中：式中：式中：式中：Y Y Y Y输出；输出；输出；输出；X X X X输入；输入；输入；输入；a a a ai i i i 、b b b bi i i i 为常数为常数为常数为常数第41页，

36、本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数 时时第42页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器的传递函数：传感器的传

37、递函数：传感器的传递函数：传感器的传递函数：第43页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（2 2 2 2）一阶系统的动态响应）一阶系统的动态响应）一阶系统的动态响应）一阶系统的动态响应（惯性系统）（惯性系统）（惯性系统）（惯性系统）2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性v 一阶系统传递函数一阶系统传递函数静态灵敏度静态灵敏度静态灵敏度静态灵敏度时间常数时间常数时间常数时间常数传递函数可简化为：传递函数可简化为：传递函数可简化为：传递函数可简化为：第44页，本讲稿共6

38、4页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 一阶传感器的阶跃响应（瞬态响应）一阶传感器的阶跃响应（瞬态响应）2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 由拉氏反变换得到单位阶跃响应信号为：由拉氏反变换得到单位阶跃响应信号为：一阶系统一阶系统第45页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性讨论：

39、讨论：暂态响应是指数函数，输出曲线逐渐达到稳定；暂态响应是指数函数，输出曲线逐渐达到稳定；理论上理论上t t时才能达到稳定，当时才能达到稳定，当t=t=时即达到时即达到 稳定值的稳定值的63.2%63.2%，可见时间常数，可见时间常数越小越好，是越小越好，是 反映一阶传感器的重要参数；反映一阶传感器的重要参数；实际运用时实际运用时t=4t=4时工程上认为已达到稳定；时工程上认为已达到稳定；由曲线看出它与动态测温相似，所以动态测温由曲线看出它与动态测温相似，所以动态测温 是典型的一阶系统是典型的一阶系统 。v 一阶传感器的阶跃响应一阶传感器的阶跃响应第46页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器

40、原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性v 一阶传感器的阶跃响应一阶传感器的阶跃响应第47页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 一阶传感器的频率响应一阶传感器的频率响应2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 输入正弦信号输入正弦信号 拉氏变换后拉氏变换后一价系统一价系统一价系

41、统一价系统第48页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 一阶传感器的频率响应一阶传感器的频率响应2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性反变换后得出输出的振幅和频率变化特性反变换后得出输出的振幅和频率变化特性输出输出Y(t)Y(t)有个两部分，瞬态响应成分、稳态响应成分，有个两部分，瞬态响应成分、稳态响应成分，瞬态响应随时间瞬态响应随时间t t逐渐消失。逐渐消失。第49页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传

42、感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性忽略瞬态响应，稳态响应整理后为：忽略瞬态响应，稳态响应整理后为：幅幅频特性：频特性：相相频特性：频特性：第50页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性讨论：讨论：讨论：讨论：一阶系统在时间常数一阶系统在时间常数 1 1才近似零阶系统特性，才近似零阶系统特性，A A（）k,k,（）0;0;输出输出y(t)y(t)反映输入反映输

43、入x(t);x(t);当当=1=1 时，传感器灵敏度下降了时，传感器灵敏度下降了3dB3dB，如果灵敏度，如果灵敏度 下降到下降到3db3db时的频率为工作频率上限，则：上限频率时的频率为工作频率上限，则：上限频率 为为W WH H=1/=1/，所以时间常数，所以时间常数越小，越小，W WH H越高工作频率越高工作频率 越宽，响应越好；越宽，响应越好；另外，另外，1 1 时，输入输出关系接近线性，输出时，输入输出关系接近线性，输出 较真实反映输入变化。较真实反映输入变化。第51页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感

44、器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（2 2 2 2）二阶系统的动态响应）二阶系统的动态响应）二阶系统的动态响应）二阶系统的动态响应（振动系统）（振动系统）（振动系统）（振动系统）2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性v 二阶系统传递函数二阶系统传递函数无阻尼固有频率无阻尼固有频率静态灵敏度静态灵敏度阻尼比阻尼比第52页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 二阶传感器的阶跃响应二阶传感器的阶跃响应2.22.2传感器动

45、态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性输入阶跃信号时拉氏变换为输入阶跃信号时拉氏变换为输入阶跃信号时拉氏变换为输入阶跃信号时拉氏变换为输出拉氏变换输出拉氏变换输出拉氏变换输出拉氏变换二价系统二价系统二价系统二价系统第53页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 二阶传感器的阶跃响应二阶传感器的阶跃响应2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性反变换为：反变换为：反变换为：反变换为：式中：式中：第54页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2

46、2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性用用 y(t)y(t)作图，不同阻尼比作图，不同阻尼比值曲线形式不同值曲线形式不同第55页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线一阶、二阶两条典型的阶跃响应曲线 第56页，本讲稿共64页传感器原

47、理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性讨论：讨论：讨论：讨论：根据阻尼比根据阻尼比大小可分四种情况：大小可分四种情况：1.=01.=0，零阻尼等幅振荡，产生自激永远达不到，零阻尼等幅振荡，产生自激永远达不到 稳定；稳定；2.12.14.1过阻尼，稳定时间较长。过阻尼，稳定时间较长。实际取值稍有一点欠阻尼调整实际取值稍有一点欠阻尼调整,取取0.60.60.80.8 过冲量不太大，稳定时间不太长。过冲量不太大，稳定时间不太长。

48、第57页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 二阶传感器的频率响应二阶传感器的频率响应2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 一个起始静止的二阶系统一个起始静止的二阶系统,输入正弦信号输入正弦信号,频率频率为为时输出拉氏变换为：时输出拉氏变换为：第58页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 二阶传感器

49、的频率响应二阶传感器的频率响应2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性幅幅频特性频特性相相频频特性特性第59页，本讲稿共64页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.22.2传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性讨论：讨论：讨论：讨论：当当当当1(1(1(1(或或或或0.707),0.707),0.707),时，时，时，时，幅值幅值幅值幅值A()1A()1A()1A()1，（）0 0 0 0；当当当当1,1,1,1,且且且且=(/=(/=(/=(/n n n n=1

50、)=1)=1)=1)时，在时，在时，在时，在/n n n n=1=1=1=1附附附附 近有个峰值，会产生共振，相位差近有个峰值，会产生共振，相位差近有个峰值，会产生共振，相位差近有个峰值，会产生共振，相位差909090900 0 0 0-180-180-180-1800 0 0 0；传感器固有频率传感器固有频率传感器固有频率传感器固有频率n n n n至少应大于被测信号频率至少应大于被测信号频率至少应大于被测信号频率至少应大于被测信号频率 的的的的3 3 3 35 5 5 5倍倍倍倍n n n n（3 3 3 35 5 5 5），保证增益避免共，保证增益避免共，保证增益避免共，保证增益避免共