傳感器的一般特性

1、1/21 傳感器與檢測(cè)技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù) Sensor and Detection technology 朱啟兵朱啟兵2/21第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)一、傳感器的特性與指標(biāo)一、傳感器的特性與指標(biāo)二、改善傳感器性能的技術(shù)途徑二、改善傳感器性能的技術(shù)途徑三、傳感器的合理選用三、傳感器的合理選用四、傳感器的標(biāo)定四、傳感器的標(biāo)定1.1 檢測(cè)技術(shù)的基本概念檢測(cè)技術(shù)的基本概念 一、測(cè)量的基本概念及分類一、測(cè)量的基本概念及分類 二、測(cè)量誤差分析二、測(cè)量誤差分析1.2傳感器特性與標(biāo)定傳感器特性與標(biāo)定第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)3/21一、測(cè)量的基本概念及分

2、類(1)測(cè)量：以確定客觀事物的量值為目的，借助于一定的工具和設(shè)備，用比較的方法取得被測(cè)量數(shù)據(jù)的過(guò)程，包括數(shù)據(jù)處理、顯示或記錄等步驟。(2)檢測(cè)：利用傳感器把被測(cè)信息檢取出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成測(cè)量?jī)x表或儀器所能接收的信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量以確定量值的過(guò)程；或轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器所能接收的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的控制。(3)測(cè)試：帶有試驗(yàn)性質(zhì)的檢測(cè)，在特定情況下，檢測(cè)信號(hào)可由模擬被測(cè)物理量的信號(hào)發(fā)生裝置產(chǎn)生。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)4/211.按測(cè)量過(guò)程的特點(diǎn)分類可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。2.按測(cè)量?jī)x表是否與被測(cè)物體相接觸分類可分為接觸測(cè)量法和非接觸測(cè)量法。3.按測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)分類可分為靜態(tài)

3、測(cè)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)5/211.按測(cè)量過(guò)程的特點(diǎn)分類可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。(1)直接測(cè)量:直接測(cè)量是針對(duì)被測(cè)量選用專用儀表進(jìn)行測(cè)量，直接獲取被測(cè)量值的過(guò)程，如用溫度表測(cè)溫度和用電位差計(jì)測(cè)電動(dòng)勢(shì)等。1)偏差法。2)零位法。3)微差法。(2)間接測(cè)量：用直接測(cè)量法測(cè)得與被測(cè)量有確切函數(shù)關(guān)系的一些物理量，然后通過(guò)計(jì)算求得被測(cè)量值的過(guò)程稱為間接測(cè)量。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)6/212.按測(cè)量?jī)x表是否與被測(cè)物體相接觸分類可分為接觸測(cè)量法和非接觸測(cè)量法。(1)接觸測(cè)量法：檢測(cè)儀表的傳感器與被測(cè)對(duì)象直接接觸，承受被測(cè)參數(shù)的作

4、用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法，稱接觸測(cè)量法。(2)非接觸測(cè)量法：檢測(cè)儀表的傳感器不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是間接承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得信號(hào)，以達(dá)到測(cè)量目的的方法，稱非接觸測(cè)量法。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)7/213.按測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)分類可分為靜態(tài)測(cè)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。(1)靜態(tài)測(cè)量法:靜態(tài)測(cè)量方法是指被測(cè)對(duì)象處于穩(wěn)定情況下的測(cè)量。(2)動(dòng)態(tài)測(cè)量法:動(dòng)態(tài)測(cè)量是指在被測(cè)對(duì)象處于不穩(wěn)定的情況下進(jìn)行的測(cè)量。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)8/21二、測(cè)量誤差分析1.按誤差的表示方法分類可分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。2.按誤

5、差的性質(zhì)分類可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。3.按被測(cè)量與時(shí)間關(guān)系分類可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。誤差分類誤差分類第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)9/21精度第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)10/21(1)絕對(duì)誤差：某被測(cè)量的儀表示值x與其約定真值A(chǔ)0的差值，稱為絕對(duì)誤差x，即0 xxA （2）示值誤差：由于一般測(cè)量時(shí)，無(wú)法獲得真值，用實(shí)際值A(chǔ)代替， x與A的差值xxA 第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)11/21(3)相對(duì)誤差：即百分比誤差，分為實(shí)際相對(duì)誤差、示值(標(biāo)稱)相對(duì)誤差和滿度(引用)相對(duì)誤差。1)實(shí)際相對(duì)誤差等于絕對(duì)誤差與

6、實(shí)際值A(chǔ)的百分比，用A表示，即2)示值相對(duì)誤差等于絕對(duì)誤差與示值x的百分比，用x表示，即3)滿度（引用）相對(duì)誤差等于絕對(duì)誤差與儀表滿量程值yFS的百分比，用n表示，即100%AxA100%xxx100%nFSxy第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)12/21當(dāng)x取儀表的最大絕對(duì)誤差值m時(shí)，引用誤差常被用來(lái)確定儀表的準(zhǔn)確度（Degree of Accuracy）等級(jí)S，即m100FSSy我國(guó)的模擬儀表有下列七種等級(jí)，準(zhǔn)確度等級(jí)的數(shù)值越小，儀表的就越昂貴。表1-1 儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)和基本誤差準(zhǔn)確度等級(jí)0.10.20.51.01.52.55.0基本誤差0.1%0.2%0.5%1.0%

7、1.5%2.5%5.0%儀表的準(zhǔn)確度與“精度”舉例，在正常情況下，用0.5級(jí)、量程為100溫度表來(lái)測(cè)量溫度時(shí)，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為：m（0.5%）Am（0.5%100）0.5第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)13/21例1-1 某壓力表準(zhǔn)確度為2.5級(jí)，量程為01.5MPa，求：1）可能出現(xiàn)的最大滿度相對(duì)誤差n。2）可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差m為多少kPa？3）測(cè)量結(jié)果顯示為0.70MPa時(shí)，可能出現(xiàn)的最大示值相對(duì)誤差x。 例1-2現(xiàn)有準(zhǔn)確度為0.5級(jí)的0300的和準(zhǔn)確度為1.0級(jí)的0100的兩個(gè)溫度計(jì)，要測(cè)量80的溫度，試問(wèn)采用哪一個(gè)溫度計(jì)好？ 第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)

8、基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)14/21圖示為一個(gè)圖示為一個(gè)三位半三位半數(shù)字顯示電壓表數(shù)字顯示電壓表1 1量程量程 2 2分辨力分辨力 3 3讀數(shù)讀數(shù) 4 4示值相對(duì)誤差示值相對(duì)誤差 5 5滿度相對(duì)誤差滿度相對(duì)誤差200200； 0.10.1； 126.5 126.5 ； 0.10.1126.5 126.5 0.08%0.08% ； 0.10.1200 = 200 = 0.050.05% %第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)15/21 )(211mnnii 22221mn 若第i個(gè)環(huán)節(jié)的滿度相對(duì)誤差為i時(shí)，則輸出端的滿度相對(duì)誤差m與i之間的關(guān)系可用以下兩種方法來(lái)確定： （1）絕對(duì)值

9、合成法（誤差的估計(jì)偏大） （2）方均根合成法 第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)16/212.按誤差的性質(zhì)分類可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。(1)系統(tǒng)誤差：在相同測(cè)量條件下多次測(cè)量同一物理量，其誤差大小和符號(hào)保持恒定或按某一確定規(guī)律變化，此類誤差稱作系統(tǒng)誤差。(2)隨機(jī)誤差：在相同測(cè)量條件下多次測(cè)量同一物理量，其誤差沒(méi)有固定的大小和符號(hào)，呈無(wú)規(guī)律的隨機(jī)性，此類誤差稱為隨機(jī)誤差。(3)粗大誤差：明顯偏離約定真值的誤差稱為粗大誤差。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)17/213.按被測(cè)量與時(shí)間關(guān)系分類可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。(1)靜態(tài)誤差：被測(cè)量不隨時(shí)間

10、變化時(shí)測(cè)得的測(cè)量誤差稱為靜態(tài)誤差。(2)動(dòng)態(tài)誤差：被測(cè)量在隨時(shí)間變化過(guò)程中所測(cè)得的測(cè)量誤差稱為動(dòng)態(tài)誤差。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)18/21隨機(jī)誤差的處理1.隨機(jī)誤差的特性2.隨機(jī)誤差的計(jì)算方法國(guó)內(nèi)外廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)誤差(方均根誤差)來(lái)評(píng)定測(cè)量隨機(jī)誤差的大小。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)19/211.隨機(jī)誤差的特性(1)對(duì)稱性：絕對(duì)值出現(xiàn)正誤差和負(fù)誤差的概率相等。圖1-1正態(tài)分布曲線第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)20/21(2)單峰性：只有一個(gè)峰值，峰值就是概率密度函數(shù)的極大值。(3)互抵性：對(duì)一系列等精度的n次測(cè)量，當(dāng)n+時(shí)

11、，各次測(cè)量的隨機(jī)誤差i(i=1，2，n)的代數(shù)和趨于零。(4)有界性：絕對(duì)值很大的誤差出現(xiàn)的概率趨近于零，即誤差的絕對(duì)值實(shí)際上不會(huì)超過(guò)某個(gè)限值。表1-1置信系數(shù)與置信概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)21/212.隨機(jī)誤差的計(jì)算方法國(guó)內(nèi)外廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)誤差(方均根誤差)來(lái)評(píng)定測(cè)量隨機(jī)誤差的大小。標(biāo)準(zhǔn)法貝塞爾公式：設(shè)n次等精度測(cè)量的測(cè)得值為x1,x2,xn。1)測(cè)得值的算術(shù)平均值為2)各測(cè)得值xi的剩余誤差(殘差)vi為3)標(biāo)準(zhǔn)誤差為11niixxniivxx211niivn第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)22/21系統(tǒng)誤差的處理1.系統(tǒng)誤差的分

12、類及產(chǎn)生原因產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因主要有：檢測(cè)所用傳感器和儀表本身性能有限；檢測(cè)系統(tǒng)安裝、布置及調(diào)整不當(dāng)；測(cè)量者視覺(jué)原因；測(cè)量環(huán)境條件(如溫度和壓力等)變化；測(cè)量方法不完善；測(cè)量依據(jù)的理論不完善等。2.系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)3.消除或減弱系統(tǒng)誤差的測(cè)量方法第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)23/211.系統(tǒng)誤差的分類及產(chǎn)生原因(1)已定系差:指在測(cè)量過(guò)程中誤差大小和符號(hào)都不變的系差。(2)未定系差:在測(cè)量過(guò)程中大小和符號(hào)變化不定，或按一定規(guī)律變化的系差。1)線性變化(或累進(jìn)變化)系差。2)周期性變化的系差。3)復(fù)雜規(guī)律變化的系差。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)24/

13、212.系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)(1)恒定系差的檢驗(yàn):恒定系差不影響剩余誤差的計(jì)算，即不影響測(cè)量結(jié)果的精密度，在處理隨機(jī)誤差時(shí)不可能發(fā)現(xiàn)。(2)未定系差的發(fā)現(xiàn)1)剩余誤差觀察法。2)馬利科夫判據(jù)用于檢查線性系差。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)25/213.消除或減弱系統(tǒng)誤差的測(cè)量方法w誤差源消除w修正值法w補(bǔ)償法w零位式測(cè)量w對(duì)照法。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)26/21第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)一、傳感器的特性與指標(biāo)一、傳感器的特性與指標(biāo)二、改善傳感器性能的技術(shù)途徑二、改善傳感器性能的技術(shù)途徑三、傳感器的合理選用三、傳感器的合理選

14、用四、傳感器的標(biāo)定四、傳感器的標(biāo)定1.2傳感器特性與標(biāo)定傳感器特性與標(biāo)定27/21第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)一、傳感器的特性與指標(biāo)一、傳感器的特性與指標(biāo)基本特性：輸入輸出關(guān)系特性基本特性：輸入輸出關(guān)系特性不失真測(cè)試條件不失真測(cè)試條件0000( )()()()()j ty tA x ttY jH jA eX jt tA Ax(t)x(t)靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性 該系統(tǒng)的輸出該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形精確地一致，波形精確地一致，只是幅值放大了只是幅值放大了A A0 0倍，倍，在時(shí)間上延遲了在時(shí)間上延遲了t t0 0而而已。這種情況下，已

15、。這種情況下，認(rèn)為測(cè)試系統(tǒng)具有認(rèn)為測(cè)試系統(tǒng)具有不失真的特性。不失真的特性。28/211.靜態(tài)特性靜態(tài)特性靜態(tài)特性：檢測(cè)系統(tǒng)在被測(cè)量處于靜態(tài)特性：檢測(cè)系統(tǒng)在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的時(shí)的輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系非線性非線性傳感器傳感器輸入輸入 x輸出輸出 y = f(x)溫溫度度濕濕度度壓壓力力沖沖擊擊振振動(dòng)動(dòng)磁磁場(chǎng)場(chǎng)電電場(chǎng)場(chǎng)摩摩擦擦間間隙隙松松動(dòng)動(dòng)遲遲滯滯蠕蠕變變變變形形老老化化外界干擾外界干擾兩個(gè)因素：兩個(gè)因素：隨機(jī)干擾和非線性隨機(jī)干擾和非線性第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)29/21靜態(tài)特性指標(biāo)靜態(tài)特性指標(biāo)1）基本功能特性）基本功能特性 - 決定系統(tǒng)的工作能力決定系

16、統(tǒng)的工作能力 測(cè)量范圍（測(cè)量范圍（Range）：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量時(shí)的最大輸入信號(hào)范圍）：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量時(shí)的最大輸入信號(hào)范圍上限值、下限值上限值、下限值 分辨力（分辨力（Resolution） 動(dòng)態(tài)范圍（動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range）跨度與絕對(duì)分辨力之比跨度與絕對(duì)分辨力之比 - 系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)大小的綜合檢測(cè)能力系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)大小的綜合檢測(cè)能力 跨度（跨度（Span）：）：- 測(cè)量范圍上限與下限的算術(shù)差值測(cè)量范圍上限與下限的算術(shù)差值線性檢測(cè)裝置線性檢測(cè)裝置 - 常數(shù)；常數(shù)；非線性檢測(cè)裝置非線性檢測(cè)裝置 - 變量變量 靈敏度（靈敏度（Sensitivity）：系統(tǒng)輸出信號(hào)的變化相對(duì)于輸

17、入信號(hào)變化）：系統(tǒng)輸出信號(hào)的變化相對(duì)于輸入信號(hào)變化的比值的比值 k =dy/dx能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的最小的輸入變化量能使系統(tǒng)輸出發(fā)生變化所對(duì)應(yīng)的最小的輸入變化量絕對(duì)值絕對(duì)值 - ；相對(duì)值；相對(duì)值 - 滿刻度（滿刻度（Full Scale）的百分比）的百分比minmaxxx動(dòng)態(tài)范圍minmaxlg20 xx動(dòng)態(tài)范圍分貝數(shù)表示分貝數(shù)表示200200800800 C C、 5mm5mm第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)30/21靜態(tài)特性指標(biāo)靜態(tài)特性指標(biāo)2）精度特性）精度特性 - 決定系統(tǒng)在什么程度上完成所需的檢測(cè)決定系統(tǒng)在什么程度上完成所需的檢測(cè) 線性度（線性度（Linea

18、rity）：輸入輸出曲線與理想直線）：輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度的偏離程度相對(duì)誤差相對(duì)誤差%100.maxSFLyLemaxL.SFy輸出值與理想直線的最大偏差值輸出值與理想直線的最大偏差值理論滿量程輸出值理論滿量程輸出值理想直線：理想直線：表達(dá)表達(dá):xy擬合直線擬合直線一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果一般不存在或很難獲得準(zhǔn)確結(jié)果利用測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算獲得利用測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算獲得理想檢測(cè)系統(tǒng)理想檢測(cè)系統(tǒng) - 輸出與輸入輸出與輸入 - 比例關(guān)系：比例關(guān)系：y(t)=kx(t)實(shí)際檢測(cè)裝置實(shí)際檢測(cè)裝置 - 輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系輸出與輸入不是理性的線性關(guān)系第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

19、傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)31/21獲取擬合直線方法：獲取擬合直線方法：(c) 最小二乘法最小二乘法：計(jì)算：有計(jì)算：有n個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù): (x1,y1), (x2,y2), , (xn,yn)， (n2)殘差：殘差： i = yi (a + b xi) 殘差平方和最?。簹埐钇椒胶妥钚。?i=min22)(iiiiiixxnyxyxnb222)(iiiiiiixxnyxxyxa(a) 端點(diǎn)連線法端點(diǎn)連線法xy(b) 最佳直線法最佳直線法第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)32/21 回程誤差回程誤差（Hysteresis）正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g正向（輸入量

20、增大）和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g - 檢測(cè)裝置輸入檢測(cè)裝置輸入 輸出曲線的不重合程度。輸出曲線的不重合程度。%100maxFSHhy表達(dá)：表達(dá)：maxH.SFy正反行程輸出的最大差值正反行程輸出的最大差值理論滿量程輸出值理論滿量程輸出值產(chǎn)生：檢測(cè)裝置中的彈性元件、機(jī)械傳動(dòng)中的產(chǎn)生：檢測(cè)裝置中的彈性元件、機(jī)械傳動(dòng)中的間隙和內(nèi)摩擦、磁性材料的磁滯。間隙和內(nèi)摩擦、磁性材料的磁滯。第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)33/21重復(fù)性（重復(fù)性（Repeatability）同一條件下，對(duì)同一被測(cè)量，同一方向，多次重復(fù)測(cè)量，差同一條件下，對(duì)同一被測(cè)量，同一方向，多次重復(fù)測(cè)量，差異程度。反映

21、測(cè)量數(shù)據(jù)的分散性異程度。反映測(cè)量數(shù)據(jù)的分散性-隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差重復(fù)性是檢測(cè)系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標(biāo)，是其他各項(xiàng)指標(biāo)的重復(fù)性是檢測(cè)系統(tǒng)最基本的技術(shù)指標(biāo)，是其他各項(xiàng)指標(biāo)的前提和保證前提和保證1)(12nyyniiyi-測(cè)量輸出值，測(cè)量輸出值，i=1,2,ny-輸出值的平均值輸出值的平均值. .100%RF Saeya 置信系數(shù)置信系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)34/21閾值（閾值（Threshold）當(dāng)一個(gè)傳感器的輸入從零開(kāi)始極緩慢地增加，只有在達(dá)到了某一最當(dāng)一個(gè)傳感器的輸入從零開(kāi)始極緩慢地增加，只有在達(dá)到了某一最小值后，才測(cè)得出輸出變化，這個(gè)最小值就稱為傳感器的

22、閾值小值后，才測(cè)得出輸出變化，這個(gè)最小值就稱為傳感器的閾值 。兩種情況兩種情況（1）死區(qū)（非線性）死區(qū)（非線性） （2）噪聲電平（噪聲）噪聲電平（噪聲）穩(wěn)定性（穩(wěn)定性（Stability ）傳感器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍能保持不超過(guò)允許誤差的能力。傳感器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍能保持不超過(guò)允許誤差的能力。 漂移（漂移（Drift)輸入不變的情況下，傳感器隨時(shí)間（溫度）的變化趨勢(shì)。漂移包括輸入不變的情況下，傳感器隨時(shí)間（溫度）的變化趨勢(shì)。漂移包括零點(diǎn)漂移與靈敏度漂移。零點(diǎn)漂移與靈敏度漂移。靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差精度精度（Precision） 靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)量值與真實(shí)值的偏離程度。靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)量值與真實(shí)值的偏離程度。

23、第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)35/212.動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性傳感器在傳感器在被測(cè)量隨時(shí)間變化被測(cè)量隨時(shí)間變化的條件下的條件下輸入輸出關(guān)系。輸入輸出關(guān)系。研究工具：研究工具： 頻率響應(yīng)函數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)： 正弦信號(hào)正弦信號(hào) 階躍信號(hào)階躍信號(hào)01110111)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm01110111)()()(ajajajabjbjbjbjXjYjWnnnnmmmm0n 1n 2n 零階傳感器；一階傳感器；二階傳感器 第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)36/21（1）0階傳感器階傳感器電位器式電位器式

24、 傳感器、傳感器、高階系統(tǒng)高階系統(tǒng)在低頻輸在低頻輸入時(shí)的簡(jiǎn)入時(shí)的簡(jiǎn)化化oUUxL微分方程：微分方程：xbya00Kxxaby00幅頻特性：幅頻特性：KA)(相頻特性：相頻特性：0)(特點(diǎn)特點(diǎn)：a) 屬于靜態(tài)環(huán)節(jié)：屬于靜態(tài)環(huán)節(jié)：c) 與時(shí)間無(wú)關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)，無(wú)滯后，與時(shí)間無(wú)關(guān)，與頻率無(wú)關(guān)，無(wú)滯后，無(wú)慣性無(wú)慣性理想環(huán)節(jié)理想環(huán)節(jié)00/abK 靜態(tài)靈敏度系數(shù)靜態(tài)靈敏度系數(shù)b) 輸出輸出 輸入輸入比例環(huán)節(jié)比例環(huán)節(jié)第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)37/21（2）1階傳感器階傳感器微分方程：微分方程：xbyadtdya001xabydtdyaa000101/aa時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)靜態(tài)靈敏度

25、靜態(tài)靈敏度00/abK 幅頻特性：幅頻特性：相頻特性：相頻特性：1)(/)(2KA)arctan()( 1/ A( )=K零階零階 ( )=0無(wú)滯后無(wú)滯后 1/ 失真失真A( ) ( ) 幅值衰減幅值衰減相位滯后相位滯后第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)38/21（2）1階傳感器階傳感器輸入階躍信號(hào)：輸入階躍信號(hào)：000)(ttAtx)1 (/teKAy/)1 (ttdeKAeKAKAe特點(diǎn)特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性主要取決于時(shí)間常數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性主要取決于時(shí)間常數(shù) ； 小小階躍響應(yīng)迅速階躍響應(yīng)迅速截止頻率高截止頻率高慣性小慣性小 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)實(shí)例：實(shí)例：bxkydtdyc運(yùn)動(dòng)方程

26、：運(yùn)動(dòng)方程：kc/時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：kbK/靜態(tài)靈敏度系數(shù)：靜態(tài)靈敏度系數(shù)：帶阻尼彈簧測(cè)力傳感器帶阻尼彈簧測(cè)力傳感器k-彈簧剛度彈簧剛度c-阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)t=5 ：ed=0.7%；第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)39/21（3）2階傳感器階傳感器微分方程：微分方程：xbyadtdyadxyda00122220/aan固有頻率固有頻率阻尼比阻尼比2012/aaa幅頻特性：幅頻特性：相頻特性：相頻特性：222/2)/(1 )(nnKA)/(1/2arctan)(2nn / n1A( ) K， ( ) 0 近似零階近似零階 較小時(shí)較小時(shí) ：A( )隨隨 出現(xiàn)較大波動(dòng)出現(xiàn)較大波

27、動(dòng)0.7時(shí)時(shí)：A( )平坦段最寬，平坦段最寬， ( )接近斜直線接近斜直線A( )0.3當(dāng)當(dāng) =0時(shí)，時(shí)，A( n) = , 附近諧振附近諧振 較大時(shí)較大時(shí)：第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)40/21（3）2階傳感器階傳感器輸入輸入000)(ttAtx當(dāng)當(dāng) 1時(shí)時(shí)：應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例：Fkydtdycdtydm22當(dāng)當(dāng) 1時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng) =1時(shí)時(shí)：無(wú)過(guò)沖，無(wú)震蕩，無(wú)過(guò)沖，無(wú)震蕩，過(guò)阻尼過(guò)阻尼曲線上升慢，響應(yīng)速度低曲線上升慢，響應(yīng)速度低產(chǎn)生衰減震蕩產(chǎn)生衰減震蕩 欠阻尼欠阻尼曲線上升塊，響應(yīng)速度高曲線上升塊，響應(yīng)速度高臨界阻尼臨界阻尼彈簧彈簧(k)阻尼阻尼(c)質(zhì)量質(zhì)量(m)壓電式動(dòng)

28、態(tài)測(cè)力傳感器壓電式動(dòng)態(tài)測(cè)力傳感器靜態(tài)靈敏度系數(shù)：靜態(tài)靈敏度系數(shù)：運(yùn)動(dòng)微分方程：運(yùn)動(dòng)微分方程：mkaan/20固有頻率固有頻率:阻尼比阻尼比:kmcaaa2/2/201一般取：一般?。?=0.60.8kK 階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)：第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)41/21二、改善傳感器性能的技術(shù)途徑二、改善傳感器性能的技術(shù)途徑非線非線性性傳感器傳感器輸輸入入 x輸出輸出 y = f(x)溫溫度度濕濕度度壓壓力力沖沖擊擊振振動(dòng)動(dòng)磁磁場(chǎng)場(chǎng)電電場(chǎng)場(chǎng)摩摩擦擦間間隙隙松松動(dòng)動(dòng)遲遲滯滯蠕蠕變變變變形形老老化化外界干擾外界干擾1.結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇2.差動(dòng)技術(shù)差

29、動(dòng)技術(shù)3.平均技術(shù)平均技術(shù) 4.穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理 5.屏蔽、隔離與干擾抑制屏蔽、隔離與干擾抑制6.零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù)零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù) 7.補(bǔ)償與校正補(bǔ)償與校正 8.集成化、智能化與信息融合集成化、智能化與信息融合 第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)42/21 輸入量性能指標(biāo)：量程、測(cè)量范圍、過(guò)載能力等輸入量性能指標(biāo)：量程、測(cè)量范圍、過(guò)載能力等 靜態(tài)特性指標(biāo)：線性度、遲滯、重復(fù)性、準(zhǔn)確度、靈敏度、靜態(tài)特性指標(biāo)：線性度、遲滯、重復(fù)性、準(zhǔn)確度、靈敏度、分辨率、閾值、穩(wěn)定性、漂移等分辨率、閾值、穩(wěn)定性、漂移等 動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)：時(shí)間常數(shù)、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、過(guò)沖量、阻動(dòng)

30、態(tài)特性指標(biāo)：時(shí)間常數(shù)、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、過(guò)沖量、阻尼率、固有頻率、頻率特性、頻響范圍、穩(wěn)態(tài)誤差、臨界速度、采尼率、固有頻率、頻率特性、頻響范圍、穩(wěn)態(tài)誤差、臨界速度、采樣頻率等樣頻率等 對(duì)環(huán)境和配接要求：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、靈對(duì)環(huán)境和配接要求：工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、靈敏度溫度系數(shù)、熱滯后、抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕、抗電磁干擾能力、敏度溫度系數(shù)、熱滯后、抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕、抗電磁干擾能力、抗沖振要求等抗沖振要求等 可靠性指標(biāo)：平均壽命、平均無(wú)故障工作時(shí)間、故障率、疲勞可靠性指標(biāo)：平均壽命、平均無(wú)故障工作時(shí)間、故障率、疲勞性能、絕緣耐壓、耐溫、保險(xiǎn)期、時(shí)間穩(wěn)定性、抗過(guò)載能力等性能、絕緣耐壓、耐溫、保險(xiǎn)期、時(shí)間穩(wěn)定性、抗過(guò)載能力等 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：性能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：性能/價(jià)格比價(jià)格比三、傳感器合理選用三、傳感器合理選用如何選擇？如何選擇？第第1章章 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)43/21三、傳感器合理選用三、傳感器合理選用 分辨力分辨力 重視指標(biāo)：重視指標(biāo)：要干什么？能干些什么？能在什么程度上干些什么？要干什么？能干些什么？能在什么程度上干些什么？ 工作工作/ /檢測(cè)范圍檢測(cè)范圍 工作頻率工作頻率 精度精度/重復(fù)性重復(fù)性 工作環(huán)境與壽命工作環(huán)境與壽命 成本與價(jià)格成本與價(jià)格寬工作范圍寬工作范圍 - 大的跨度和高分