第2章传感器一般特性.ppt

2.1传感器的静态特性2.2传感器的动态特性2.3传感器校准2。测量的两种形式(X):静态量：在稳定或缓慢变化的状态下测量。动态量：测量的随时间的变化。传感器的输入输出特性静态特性：传感器在静态工作状态下的输入输出特性。也就是说，输入量是一个静态量，输出量是输入量的一个确定函数。由静态性能指标表示。动态特性：输入量是一个动态量，反映了传感器对输入量的响应特性。2.1传感器的静态特性，3。方程式表达式-代数多项式：在大多数情况下，静态特性方程式可以用以下代数多项式形式编写：Y=a0 a1x a2x2 anxn曲线表达式：曲线图可以显示传感器特性的变化趋势，以及哪里有最大或最小输出，哪里传感器灵敏度高，哪里传感器灵敏度低。当然，也可以通过其特征曲线粗略地确定它是线性还是非线性传感器。该表表明，数据的数量比较和处理容易，简单易行。2.1.1静态特性的表示，4，传感器几种典型静态特性的示意图，5，传感器的主要静态性能指标，一致性，灵敏度，线性度，零点和温度漂移，重复性，滞后，分辨率和阈值，测量范围和范围，总精度，2.1.2传感器的主要静态性能指标，6，1，测量范围和范围，测量上限：传感器可以测量的最大测量值(xmax)。测量下限：传感器可以测量的最小测量值(xmin)。测量范围：例如：-50 1500，0 500，50 500，20 1000范围：测量上限和下限之间的代数差。Range=xmax-xmin，例如range=150-(-50)=200，7，2，分辨率和阈值，xmax，ymax，输入分辨率：输出分辨率：阈值(死区，灵敏度极限):输入量从零变为输入量，导致输出量发生可观察到的变化。灵敏度，传感器在静态工作条件下的单位输入产生的输出称为灵敏度，或更严格的静态灵敏度。传感器的灵敏度：指它的高灵敏度，也指它的高分辨率。迟滞：对于某个输入，在相同的输入下，传感器在正冲程中的输出与传感器在反向冲程中的输出明显且有规律地不同。这种现象被称为迟滞。迟滞原因：摩擦、间隙、机械零件松动、磁性材料迟滞等。重复性：在相同的工作条件下，当输入量在短时间内从同一方向变化到满量程时，对应于同一输入值的一组输出值被连续测量几次，它们之间的相互偏离程度称为传感器的重复性。重复性反映了传感器的随机误差，可以用标准偏差S表示，11，计算标准偏差(S)，(1)，用贝塞尔公式计算，其中：YIJ-在I校准点的j测量值(I=1 m，j=1 n)。yi-在I校准点的一组测量值的算术平均值。12，2。范围法计算：其中：wi- range。在I校准点，n个测量值的最大值和最小值之间差值的绝对值。Dn-范围系数。取决于测量的次数。线性定义：传感器的输入和输出校准曲线与所选参考线之间的偏差程度。绝对线性结束基线线性独立线性最小二乘线性，线性分类：14，1，绝对线性，传感器实际平均输出特性曲线与其范围内预定理论直线的最大偏差，有时称为理论线性。理论直线和实际特性曲线表示为传感器满量程输出的百分比：15，端基直线，实际特性曲线，范围，2，端基线性，以及传感器实际平均输出特性曲线与端基直线的最大偏差。端基直线：定义为由传感器范围确定的实际平均输出特性曲线的第一个和最后一个端点之间的连接线。，16，平移末端基线：平移末端基线，平移末端基线，17，平移末端基线一般计算步骤：计算正向和反向行程平均校准曲线的测量上限和下限以及算术平均值。确定端点(xmin，ymin)和(xmax，ymax)。求解端基直线方程，将每个标定点xi代入端基直线方程，得到每个标定点对应的理论输出值yi。分别计算每个校准点的正向和反向冲程输出平均值与理论值之间的差值。找出测量范围内最大正负偏差平移，得到平移端群线性方程。找到测量范围内的最大非线性偏差。找到线性度。18，3，独立线性，最佳直线，相对于“最佳直线”线性，也称为最佳线性。所谓最佳是指确保最小最大偏差。19，4，最小二乘线性：校准数据的理论直线通过最小二乘法获得。假设有n个测量点，第一个测量点的残差为：get:20，7，重合度，所谓重合是指传感器的输入输出特性符合或接近某一参考曲线的性能。评价符合性的指标叫做符合性。确定参考曲线的函数形式时：满足拟合精度要求的函数形式尽可能简单，多项式次数尽可能低，21，8，零点漂移，y0:传感器零点的初始输出值，y0:传感器零点的最大或最小输出值，1，零点漂移：传感器一小时内的零点漂移D为：22，2，零点温度漂移：零点漂移，灵敏度漂移，9，灵敏度漂移，室温T1下传感器满量程输出的平均值。在T2温度下保持一小时后，传感器满量程输出的平均值。23，10，总精度，滞后误差：非线性误差：重复性误差，国家压力传感器(静态)验证标准：平方根方法：代数和方法：24，2.2传感器动态特性，2.2.1动态特性通用数学模型2.2.2传递函数2.2.3正弦输入下的频率响应2.2.4阶跃输入下的时间响应，25，2.2.1动态特性通用数学模型，高阶常系数线性微分方程：由d表示，26，2.2.2传递函数，27阶跃输入：时间响应特性(瞬态响应)。频率响应是指在稳态下，B/A的幅值和相位随变化的特性。28，1。正弦输入的频率响应通用公式和频率响应通用公式(传递函数):如何确定传感器的工作频率范围？传感器的工作频率范围与什么有关？对一阶传感器幅相频率特性的分析表明，越大，B/A衰减越快，幅相误差越大。 与有关，输出信号的延迟时间越长达到稳定所需的时间越长。(3)时间常数越小，系统的频率响应越好。(4)当 1，b/a () () ，大，小，32，典型一阶系统，33，3，二阶系统和传感器，34，两侧被a0除，代之以D=d/dt:阶，35，36，幅相频率特性曲线，37，38，讨论：阻尼比对传感器频率特性有很大影响。当/0=1时，增益最大，这称为谐振。特别是在0时，增益。不会发生谐振，增益随着/0的增加而单调下降。越大，相位差的延迟变化越平缓。当=0时，(0)=-900，与无关。通常，取=0.6 0.8/0=3 5，可以得到较小的动态误差。39，40，3。频域性能指数，通带:对应3db幅度衰减的频率范围(0.707)。工作频带g1或g2:对应于5%或10%幅度误差的频率范围。相位误差:工作频带内传感器实际输出和输入之间的相位误差。41、频域各种动态性能指标，0.707、0.95、1.1、1.05、0.9、 b、 g2、g1、通带b、工作频带 g1或g2、42、43、工作频带的计算、44、2.2.4、阶跃输入时的时间响应、一阶传感器的阶跃响应、45、一阶传感器的阶跃响应、46、47、当t=、y=0.66时=1:相同的重根，52，第三种情况：欠阻尼，01:共轭复根，第四种情况：=0，53，54，时间常数:输出上升时间tr:输出值从稳态值的10%上升到90%所需的时间。 响应时间t2或t5:输出值达到稳态值的98%或95%所需的时间。过冲:3。时域性能指标，55、0.1、1、0.9、0.63、y (TP)、t2或t5、TP、tr、时间常数、上升时间tr、响应时间T2或t5、过冲、允许误差：2%或5%、56、传感器性能指标、57、58、2.3传感器校准、传感器校准，使用精度更高的标准仪器校准传感器的过程，通过实验建立传感器输出与输入之间的对应关系，基本方法是使用已知的非电量(如标准力、压力、位移等)。)作为输入量输入到待校准的传感器中，然后将传感器的输出量与输入的标准量进行比较，得到一系列校准数据或曲线。有时校准本质上是要校准的传感器和标准传感器之间的比较。59，2.3.1传感器静态特性的校准方法，静态标准条件：所谓的静态标准条件是指无加速度、振动、冲击(除非这些参数是测量的物理量)的条件，环境温度一般为室温(205)，相对湿度不超过85%，大气压力为(76060)毫米汞柱。校准步骤：(1)将传感器(或传感系统)的整个范围(测量范围)分成多个间隔点；(2)根据传感器的测量范围，由小到大逐位输入标准值，并记录每个输入值对应的输出值；(3)将输入值由大到小逐点减小，同时记录每个输入值对应的输出值；(4)按照2、3所述的程序，在往复的正反冲程循环中对传感器进行多次测试，并将获得的输出-输入测试数据列表或绘制成曲线；(5)对测试数据进行必要的数据处理。根据处理结果，可以确定传感器的线性、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。60，压力传感器静态校准，活塞压力表校准压力示意图1-标准压力表2-重量3-活塞4-进油阀5-油杯6-标记传感器7-针阀8-手轮9-手压泵，61，2.3.2传感器动态特性的校准方法与静态校准相同。对传感器进行动态校准时，首先应建立动态校准系统，标准信号(脉冲、正弦、阶跃信号等)。)应作为校准传感器的输入，并测量其动态响应曲线。(1)冲击响应法，(2)频率响应法，(3)阶跃响应法，62。与动态响应相关的参数：一阶传感器只有一个时间常数，而二阶传感器有两个参数：固有频率0和阻尼比。方法1:向系统施加阶跃信号，然后计算系统达到最终稳定值的63.2%所需的时间，作为系统的时间常数。这种方法的缺点是不够准确。63，定义Z=在1-y(t)中，然后画出Z和t之间的关系，然后可以得到斜率为-1/的直线。从而可以获得更精确的值。根据测量数据点是否落在一条直线上，我们可以判断该系统是否为一阶系统。一阶系统的阶跃测试，方法2:从一阶系统的阶跃响应函数，64，对数衰减率，阻尼系数，无阻尼固有频率，65，压力传感器的动态校准，测量二阶传感器(系统)的动态特性参数，