传感器技术课件ch01-2静特性指标.ppt

一、传感器的静态模型一、传感器的静态模型 1. 1. 代数方程代数方程 x x 输入量输入量 ； y y 输出量输出量 ； a a0 0 零位输出零位输出 ； a a 1 1 传感器线性输出的灵敏度传感器线性输出的灵敏度 ：KK 静态条静态条 件件 代数方程代数方程 特性曲线特性曲线 条件：不考虑传感器滞后、蠕变情况下条件：不考虑传感器滞后、蠕变情况下 a2 an a2 an 非线性输出项待定常数非线性输出项待定常数 1-2 1-2 传感器的静态数学模型及传感器的静态数学模型及 基本特性指标基本特性指标 静态:输入量随时间变化不大 1 2. 2. 特性曲线特性曲线 2 二、传感器的静态特性指标二、传感器的静态特性指标 1. 1. 滞后滞后 传感器在正、反行程，输入传感器在正、反行程，输入- -输出曲线的不重合程度输出曲线的不重合程度 。 HHmax max 正反行程输出正反行程输出 的最大差值的最大差值 y y F.SF.S 满量程输出量满量程输出量 线性度、滞后、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、线性度、滞后、重复性、灵敏度、分辨力、阈值、 稳定性、漂移、精度（静态误差）稳定性、漂移、精度（静态误差） 3 2. 2. 线性度（非线性）线性度（非线性） 传感器的实际输入传感器的实际输入- -输出曲线（校准曲线）与输出曲线（校准曲线）与 拟合直线之间的吻合（偏离）程度。拟合直线之间的吻合（偏离）程度。 L Lmax max 校准曲线与拟合校准曲线与拟合 直线间的最大差值直线间的最大差值 y y F.SF.S 满量程输出值满量程输出值 选定拟合直线的过程，就是传感器的线性化过程。选定拟合直线的过程，就是传感器的线性化过程。 4 拟合直线的选定原则：拟合直线的选定原则：保证尽量小的非线性误差保证尽量小的非线性误差 计算与使用方便计算与使用方便 选定拟合直线的方法：选定拟合直线的方法： 5 （4 4）最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小）最小二乘法：与校准曲线的残差平方和最小 例例1-61-6： 用最小二乘法求拟合直线。（教材用最小二乘法求拟合直线。（教材P.14P.14） 分别对分别对k k和和b b求一阶导数，并令其求一阶导数，并令其=0=0， 可求出可求出b b和和k k 设拟合直线设拟合直线 残差残差 6 （5 5）硬件线性化方法）硬件线性化方法 原理：以非线性矫正非线性原理：以非线性矫正非线性 “ “以畸制畸以畸制畸” ” 方法一：方法一：两只非线性传感器两只非线性传感器 差动方式差动方式 非线性误差大小相等，极性相反非线性误差大小相等，极性相反 * * 方法二：方法二：利用线性元件和非线性元件的串、并联利用线性元件和非线性元件的串、并联 7 * * （6 6）软件线性化方法）软件线性化方法 1 1、计算法、计算法 条件：传感器输出与被测量间有确定的数学表达式条件：传感器输出与被测量间有确定的数学表达式 方法：软件编写计算程序方法：软件编写计算程序 曲线拟合曲线拟合 2 2、查表法、查表法 条件：传感器输出与被测量间无法用函数拟合条件：传感器输出与被测量间无法用函数拟合 8 3 3、插值法、插值法 原理：将查表法与计算法结合原理：将查表法与计算法结合 方法：线性插值、抛物线插值、拉格朗日插值、方法：线性插值、抛物线插值、拉格朗日插值、 牛顿插值、埃米特插值牛顿插值、埃米特插值 9 3. 3. 重复性重复性 传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量 程连续多次测试时，所得特性曲线间一致程度的指标程连续多次测试时，所得特性曲线间一致程度的指标 。 置信系数置信系数 ； = 2= 2，置，置 信概率为信概率为95.4%95.4%。 各校准点输出值标准各校准点输出值标准 偏差的最大值偏差的最大值 。 贝赛尔公式贝赛尔公式 ： 10 4. 4. 灵敏度灵敏度 5. 5. 分辨力（率分辨力（率 ） 分辨力：能检测出的输入量的分辨力：能检测出的输入量的 最小变化量最小变化量 分辨率：分辨力分辨率：分辨力/ /满量程输入值满量程输入值 非线性传感器非线性传感器 线性传感器线性传感器= =常数 常数 11 6. 6. 稳定性稳定性 7. 7. 漂移漂移 8. 8. 阈值阈值 零点漂移、灵敏度漂移零点漂移、灵敏度漂移 时间漂移（时漂）、温度漂移（温漂时间漂移（时漂）、温度漂移（温漂 ） 产生可测输出变化量时的最小输入量值产生可测输出变化量时的最小输入量值 长期稳定性长期稳定性有效期有效期 外界干扰下，输出量发生与输入量无关的变化。外界干扰下，输出量发生与输入量无关的变化。 12 9. 9. 静态误差（精度）静态误差（精度） （1 1）将非线性、滞后、重复性误差几何、代数法综合）将非线性、滞后、重复性误差几何、代数法综合 偏大偏大 （2 2）将全部校准数据相对于拟合直线求标准偏差）将全部校准数据相对于拟合直线求标准偏差 偏小偏小 （3 3）将非线性、滞后视为系统误差，重复性视）将非