传感器的一般特性2.pptVIP

第二章 传感器的一般特性,一、传感器的静态模型 在静态信号(不随时间变化的输入信号）情况下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系。传感器的输出与输入关系可用一个多项式表示：,y = a0+a1x+a2x2+anxn,式中: a0输入量x为零时的输出量; a1传感器线性灵敏度； a2, , an非线性项系数。,【输入信号】,二、传感器的静态特性,1、测量范围（YFS),2、线性度 传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间的 实际关系曲线偏离直线的程度，又称为非线性误差。, 非线性误差的数学描述：,输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差；,输出满量程值。, 几种直线拟合方法,3、迟滞性,传感器在正向（输入量增大）行程和反向（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象称为迟滞。,迟滞性的数学描述,max正反行程输出值间的最大差值。,4、重复性,重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时, 所得特性曲线不一致的程度(波动性）。, 重复性用极限误差表示的数学描述,输出最大不重复误差；,输出满量程值。, 重复性用最大偏差表示的数学描述,：标准偏差的估计值,5、灵敏度(S),灵敏度S是指传感器的输出量增量y 与引起输出 量增量y的输入量增量x的比值,灵敏度的数学描述：,线性传感器：S为常量，灵敏度就是它的静态特性 的斜率。, 非线性传感器: S为变量，灵敏度就是它某一工 作点切线的斜率。,6、分辨力,描述传感器可以感受到的被测量最小变化的能力。,传感器分辨力可用 表示。,或者,7、温度稳定性,传感器对于某一设定的输入量，当环境温度变化时，输出量会发生变化，这种变化体现了传感器的温度不稳定性。,温度稳定性用温度系数表示的数学描述：,Y1和Y2表示温度为T1和T2的输出值。,三、传感器的动态模型,在动态信号(随时间变化的输入信号）作用下，描述传感器输出与输入量间的一种函数关系。,1、用微分方程描述的动态模型,2、用传递函数描述的动态模型,拉氏变换,四、 传感器的动态特性：,传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。,1、动态特性的时域分析瞬态响应法 关于激励信号 阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数等。最常以传感器的单位阶跃响应来评价传感器的动态性能指标。 ,单位阶跃信号, 一阶传感器的单位阶跃响应,微分方程,一阶传感器的传递函数：,传感器输出的拉氏变换为,一阶传感器的单位阶跃响应信号,：最大偏离量 ：延滞时间 ：上升时间 ：峰值时间 ：响应时间,阶跃响应,2、动态特性的频域分析频率响应法（稳态响应法）, 关于激励信号,通常利用正弦函数。, 一阶传感器的频率响应,频率特性表达式,幅频特性,相频特性,微分方程,传递函数, 二阶传感器的频率响应, 传感器的固有频率, 传感器的阻尼比,五、 传感器的无失真测试条件,1、 一阶传感器无失真测试条件,一阶传感器输出与输入满足下列关系,或者一阶传感器的传递函数满足,引起的失真幅值失真,不是线性关系引起的失真相位失真,2、 二阶传感器无失真测试条件,对于正弦输入，阻尼比 时，幅值 比在比较宽的范围内保持不变； ， 传感器的 接近于直线，产生的相位失真很小。,六、 传感器的标定,1、 传感器的标定的种类, 静态标定,静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。,动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。, 动态标定,一阶传感器主要有一个时间常数，二阶传感器则主要有固定频率n和阻尼比两个参数。,2、传感器的静态特性标定, 静态标准条件,传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量）及环境温度一般为室温（20土5C）、相对湿度不大于85，大气压力为101土8kPa的情况。, 标定仪器设备的精度等级的确定,对传感器进行标定，是根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。所以在标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。, 静态特性标定的方法,对传感器进行静态特性标定，首先是创造一个静态标准条件。其次是选择与被标定传感器的精度要求相适应一定等级的标定用的仪器设备。然后才能开始对传感器进行静态特性标定。,标定过程步骤：,（1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点；,（2）根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点 的输入标准量值，并记录下与各输入相对应的输出 值；,（3）将输入值由大到小一点一点的减少下来，同时记 录下与个输入值相对应的输出值；,（4）按（2）（3）所述过程，对传感器进行正、反过 程往复循环多次测试，将得到的输出输入测试 数据用表格列出或画成曲线；,（5）对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可 以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复