測(cè)量系統(tǒng)與傳感器

1、課程內(nèi)容介紹包括兩部分內(nèi)容第一部分：偏重傳感器的基礎(chǔ)理論及MEMS技術(shù)傳感器與測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)基本理論，傳感器的發(fā)展?fàn)顩r、研究及應(yīng)用；傳感器的材料及加工工藝，重點(diǎn)闡述微傳感器及MEMS技術(shù)；幾類重要的物理量傳感器；微弱信號(hào)檢測(cè)的基本概念、檢測(cè)方法和檢測(cè)技術(shù)，傳感器的信號(hào)調(diào)理以及數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。課程內(nèi)容介紹第二部分：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)介紹無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)概述及關(guān)鍵技術(shù)；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)管理；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計(jì)；無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。參考書籍傳感技術(shù)與系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，作者：董永貴，2006傳感器原理及工程應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，作者：郁有文，常健，程繼紅，2008現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用，呂

2、泉，清華大學(xué)出版社，2006傳感技術(shù)與實(shí)驗(yàn)：傳感器件外形、標(biāo)定與實(shí)驗(yàn)，張洪潤(rùn)，張亞凡，清華大學(xué)出版社，2005微傳感器MEMS與智能器件，朱利安W.加德納等著，范茂軍等譯，中國(guó)計(jì)量出版社，2007微機(jī)電系統(tǒng)封裝，徐泰然（HsuT.R.）著，清華大學(xué)出版社，2006無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，王營(yíng)冠、王智，電子工業(yè)出版社，2012年無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用，人民郵電出版社，作者：王汝傳、孫力娟，2011無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)原理與安全，易平等，清華大學(xué)出版社，2009年10月無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，尚鳳軍，電子工業(yè)出版社，2011年6月第1版無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)，王雪，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年3月無(wú)線

3、傳感器網(wǎng)絡(luò)，孫利民、李建中、陳渝開等，清華大學(xué)出版社，2011年7月參考網(wǎng)站傳感器世界http:/中國(guó)傳感器網(wǎng)/中華傳感器http:/SensorsOnlinehttp:/傳感器之家http:/ 基本概念系統(tǒng)Agroupofinteracting,interrelated,orinterdependentelementsformsacompletewhole.由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。為實(shí)現(xiàn)某種目的而互相作用的一組事物的集合，是從周圍世界中孤立出來(lái)的、相對(duì)于“環(huán)境”而存在的、具有一定結(jié)構(gòu)的元素所組成的集合。通信系統(tǒng)控制系統(tǒng)計(jì)

4、算機(jī)系統(tǒng)若干元件組成的電路1.1 基本概念測(cè)量系統(tǒng)作用：以客觀和實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)客體或事件的特性、品質(zhì)加以定量描述特性：客觀性：測(cè)量結(jié)果必須不依賴于觀察者實(shí)驗(yàn)性：測(cè)量結(jié)果必須以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，通過實(shí)驗(yàn)的方式獲取。1.1 基本概念測(cè)量的目的用于客體對(duì)象的監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度/濕度病人狀態(tài)大氣壓力PM10/PM2.5/SO2控制1.1 基本概念典型的測(cè)量控制系統(tǒng)物理/化學(xué)/生物等參量性能好壞直接影響系統(tǒng)性能。若傳感器不能靈敏地感受被測(cè)量，或不能把感受到的被測(cè)量精確地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其它儀表和裝置的精確度再高也無(wú)意義。測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分。它將傳感器的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于傳輸、顯示或記錄的信號(hào)，能更好地滿足后

5、續(xù)電路或裝置對(duì)輸入信號(hào)的要求。包括信號(hào)放大、電平調(diào)節(jié)、濾波、阻抗匹配、信號(hào)調(diào)制解調(diào)等。傳感器所產(chǎn)生的電信號(hào)一般非常弱，必須經(jīng)過放大處理后才能利用電纜線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)獲取(DAQ)模塊進(jìn)行進(jìn)一步處理；或者傳感器的輸出范圍與DAQ部件的輸入范圍不一致；傳感器信號(hào)中的無(wú)用噪聲必須盡可能過濾掉或最小化以得到干凈的信號(hào)。通過信號(hào)調(diào)理，對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行再加工，使其更適合于后續(xù)的信號(hào)傳輸及處理。1.1 基本概念傳感器sensor定義1：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置。（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87）定義2：將感受到的物理量、化學(xué)量等信息，按照一定規(guī)律，轉(zhuǎn)換成便

6、于測(cè)量和傳輸?shù)男盘?hào)的裝置。一般概念上的傳感器是指將非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的元件或裝置（因?yàn)殡娦盘?hào)易于傳輸和處理）。別名：敏感元件、變送器、轉(zhuǎn)換器、探頭、微傳感器(microsensor)、靈巧(smart)傳感器、智能傳感器有細(xì)微區(qū)別1.1 基本概念傳感器的組成敏感元件(sensing element)： 直接感受被測(cè)量的變化，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件，它是傳感器的核心。轉(zhuǎn)換元件(transduction element)： 將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量電信號(hào)的元件。測(cè)量電路(measuring circuit)： 將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)換和處理的部

7、分，如放大、濾波、線性化、補(bǔ)償?shù)?，以獲得更好的品質(zhì)特性，便于后續(xù)電路實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、處理及控制等功能。敏感元件轉(zhuǎn)換元件測(cè)量電路被測(cè)量電量1.1 基本概念理解傳感器傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；傳感器的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等等；傳感器的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量主要是電量；輸入輸出有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。1.2 傳感器的分類根據(jù)對(duì)外界能源的需要有源傳感器敏感元件本身能將非電量直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)：超聲波換能器、熱電偶、光電池?zé)o源傳感器敏感元件本身無(wú)能量轉(zhuǎn)換能力，隨輸入信號(hào)改變本身

8、的電特性。必須采用外加激勵(lì)源進(jìn)行激勵(lì)才能得到輸出信號(hào)：熱敏電阻、濕敏電容、壓敏電阻1.2 傳感器的分類根據(jù)輸出信號(hào)類型模擬傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，輸出信號(hào)一般由信號(hào)幅度表達(dá)。準(zhǔn)數(shù)字傳感器：輸出為方波信號(hào)，頻率或占空比受被測(cè)參量變化而變化的傳感器。優(yōu)點(diǎn)：可直接輸入到MCU里，利用MCU的計(jì)數(shù)器即可獲得相應(yīng)的測(cè)量值，與數(shù)字電路具有很好的兼容性。1.2 傳感器的分類根據(jù)輸出信號(hào)類型數(shù)字傳感器將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。優(yōu)點(diǎn)：重復(fù)性好可靠性高不需要ADC，比模擬量信號(hào)更容易傳輸1.2 傳感器的分類按用途分位移傳感器力傳感器速度傳感器振動(dòng)傳感器壓力傳感器溫度傳感器濕度傳感器密

9、度傳感器氣體傳感器按工作原理分電阻式傳感器電感式傳感器電容式傳感器電渦流式傳感器磁電式傳感器壓電式傳感器光電式傳感器諧振式傳感器電化學(xué)式傳感器各種傳感器光柵直線位移與角位移傳感器光柵直線位移與角位移傳感器各種傳感器電感式位移傳感器電感式位移傳感器各種傳感器面陣和線陣圖像傳感器面陣和線陣圖像傳感器各種傳感器PH值傳感器值傳感器各種傳感器壓力壓力/力傳感器力傳感器各種傳感器溫度傳感器溫度傳感器各種傳感器氣體傳感器氣體傳感器各種傳感器光纖傳感器光纖傳感器 DSP-4000干涉型光纖陀螺各種傳感器粉塵傳感器粉塵傳感器1.3 傳感器的基本特性理想傳感器的特點(diǎn)傳感器的輸出量?jī)H對(duì)特定的輸入量敏感傳感器的輸出

10、量與輸入量呈唯一的、穩(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且最好是線性關(guān)系傳感器的輸出量可實(shí)時(shí)反映輸入量的變化但是1.3 傳感器的基本特性實(shí)際應(yīng)用中，傳感器本身的結(jié)構(gòu)、電子電路器件、電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各種環(huán)境因素的存在均可能影響到傳感器的整體性能。影響傳感器性能的因素1.3 傳感器的基本特性對(duì)慢變輸入信號(hào)的反應(yīng)能力靜態(tài)特性對(duì)快變輸入信號(hào)的反應(yīng)能力動(dòng)態(tài)特性1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性定義：在穩(wěn)態(tài)條件下，傳感器的輸出與輸入關(guān)系。典型的傳感器特性曲線描述方式：y=f(x)y: 輸出量，x: 輸入量1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性理想的傳感器輸入輸出特性是線性的：01yaa x1.3.1 傳感器的靜態(tài)特性線性特性的優(yōu)點(diǎn)：可大大簡(jiǎn)化

11、傳感器的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算；為標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來(lái)很大方便，只要知道線性輸出輸入特性上的兩點(diǎn)(一般為零點(diǎn)和滿度值)就可以確定其余各點(diǎn)；避免了非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，后續(xù)儀表制作、安裝、調(diào)試容易，提高測(cè)量精度；實(shí)際傳感器特性曲線理想01yaa x2012nnyaa xa xa x僅有奇次非線性項(xiàng)35135ya xa xa x僅有偶次非線性項(xiàng)442210 xaxaxaay缺乏對(duì)稱性，線性范圍較窄相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)稱，因此具有較寬的近似線性范圍，比較接近于理想直線的非線性特性。理想線性特性曲線難以得到，因此傳感器的設(shè)計(jì)中多追求盡量寬范圍的近似線性特性。奇次非線性項(xiàng)對(duì)傳感器非線性范圍的影響更好，因此多追求奇次非線性

12、的特性。1、可通過傳感器結(jié)構(gòu)及原理設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)；2、可能通過測(cè)試電路的設(shè)置得到。例：利用差動(dòng)結(jié)構(gòu)提高線性范圍21012nnyaa xa xa x正向輸出：反向輸出：2320123( 1)nnnyaa xa xa xa x 總輸出為二者之差：35121352()yyya xa xa x 靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍 偶次項(xiàng)消除，線性范圍擴(kuò)大偶次項(xiàng)消除，線性范圍擴(kuò)大例：利用差動(dòng)結(jié)構(gòu)提高線性范圍例：變面積式差動(dòng)電容器變面積式差動(dòng)電容器由一個(gè)定極板和兩個(gè)動(dòng)極板組成。其中，兩個(gè)動(dòng)極板1、2固定在一起，分別與定極板構(gòu)成兩個(gè)完全相同的變面積式電容傳感器。極板間距為d，動(dòng)極板的有效面積為l.b。例：利用

13、差動(dòng)結(jié)構(gòu)提高線性范圍例：變面積式差動(dòng)電容器當(dāng)動(dòng)極板1、2隨著被測(cè)物一起發(fā)生位移l 時(shí)，極板1的有效面積增大，而極板2的有效面積相應(yīng)減小，則動(dòng)極板1的電容C1和動(dòng)極板2的電容C2分別為： dllbC)(01dllbC)(02dlbCCC)2021dlbCS02可見，輸出靈敏度增大了一倍，并且消除了零位輸出項(xiàng)l。輸出靈敏度1.3.2 靜態(tài)特性參數(shù) ：靈敏度(sensitivity)定義：傳感器的輸出增量與輸入增量之比。對(duì)于線性傳感器或非線性傳感器的近似線性段ySxdySdx對(duì)于非線性傳感器，靈敏度可用一階導(dǎo)數(shù)形式表示靜態(tài)特性參數(shù) ：靈敏度(sensitivity)市場(chǎng)上的傳感器產(chǎn)品一般為線性特性：

14、maxminmaxmin() ()x xx xSyyxx靜態(tài)特性參數(shù) ：量程定義：傳感器能夠檢測(cè)的輸入量的最大最小值。靜態(tài)特性參數(shù) ：線性度(linearity)線性度(linearity)(linearity)/非線性誤差(non-linearity error)(non-linearity error)定義：傳感器特性曲線與其規(guī)定的擬合直線之間最大偏差與傳感器滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)。max|100%LFSy傳感器的線性度靜態(tài)特性參數(shù) ：線性度(linearity)線性度的具體值與具體采取的擬合直線計(jì)算方法很有關(guān)系，同樣的傳感器數(shù)據(jù)，采用不同的擬合直線可得到不同的線性度指標(biāo)。目前擬合直線的獲

15、得有多種標(biāo)準(zhǔn)，一般是以在標(biāo)稱輸出范圍中和標(biāo)定曲線的各點(diǎn)偏差平方之和最小(即最小二乘法原理)的直線作為擬合直線。在具體研究或應(yīng)用過程中，應(yīng)參照具體標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。靜態(tài)特性參數(shù) ：滯后(Hysteresis)定義：滯后（遲滯、回差）是指?jìng)鞲衅髡谐烫匦郧€與反行程特性曲線不一致的程度。靜態(tài)特性參數(shù) ：滯后(Hysteresis)計(jì)算方法：一般采用正、反行程特性曲線之最大差值與滿量程輸出值之比的百分?jǐn)?shù)表示。max(|)100%fbiiHFSyyyf正行程（forward)b反行程（backward)靜態(tài)特性參數(shù) ：滯后(Hysteresis)滯后現(xiàn)象的存在，使傳感器當(dāng)前的輸出值不僅取決于當(dāng)前的輸入值，

16、而且與過去的輸入值有關(guān)。由于輸入信號(hào)的變化情況很難預(yù)測(cè)，因此采用一般的數(shù)字?jǐn)M合方法很難對(duì)傳感器的滯后進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)物理量傳感器物理量傳感器：滯后一般是由塑性變形或磁滯現(xiàn)象引起，可通過敏感元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)加以改善。對(duì)以分子間相互作用為基礎(chǔ)的化學(xué)量傳感器化學(xué)量傳感器：分子間的結(jié)合與脫開都很難做到完全徹底。一般的化學(xué)量傳感器都會(huì)有這一指標(biāo)。靜態(tài)特性參數(shù) ：重復(fù)性(repeatability)定義：傳感器輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得曲線不一致的程度。特性曲線一致，則重復(fù)性好。計(jì)算方法：先分別測(cè)出正、反行程多次測(cè)量的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的最大偏差，再取兩者中的最大值maxmax|100%RFSy靜態(tài)特性

17、參數(shù) ：精度定義：傳感器示值與被測(cè)量真值之間的最大偏差。計(jì)算方法：綜合考慮室溫下傳感器的線性度、滯后及重復(fù)性三方面的誤差，按下式計(jì)算：222RHL靜態(tài)特性參數(shù) ：零點(diǎn)漂移定義：傳感器在長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，稱為長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。傳感器無(wú)輸入時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值，即為零點(diǎn)漂移：%100FS0YY零漂 式中Y0最大零點(diǎn)偏差； YFS 滿量程輸出。靜態(tài)特性參數(shù) ：溫度漂移定義：傳感器在外界溫度變化下輸出量發(fā)出的變化。一般以溫度變化1，輸出最大偏差與滿量程的百分比來(lái)表示。%100FSmaxTY溫漂 式中max 輸出最大偏差；T 溫度變化范圍； YFS 滿量程

18、輸出。 靜態(tài)特性參數(shù) ：穩(wěn)定性(stability)時(shí)間零漂時(shí)間零漂傳感器輸出零點(diǎn)隨時(shí)間發(fā)生漂 移的情況零點(diǎn)溫漂零點(diǎn)溫漂傳感器輸出零點(diǎn)隨溫度變化發(fā)生漂移的情況靈敏度溫漂靈敏度溫漂傳感器靈敏度隨溫度變化發(fā)生漂移的情況選擇高穩(wěn)定性器件，優(yōu)化電路參數(shù)采取溫度補(bǔ)償措施尤其是利用CPU靜態(tài)特性參數(shù) ：分辨率(resolution)/閾值(threshold)閾值：當(dāng)輸入量變小到某一值時(shí)，即觀察不到輸出量變化，這時(shí)的輸入量稱為傳感器的閾值。分辨率：可觀察到輸出量變化的最小輸入變量閾值是指?jìng)鞲衅鬏斎肓泓c(diǎn)附近的分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅髂軝z測(cè)到的最小輸入量的變化值閾值大的傳感器，其遲滯必然大，但分辨率不一定差1.

19、3.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性定義：指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性，是傳感器的輸出值能夠真實(shí)地再現(xiàn)變化著的輸入量能力的反映。動(dòng)態(tài)特性好：輸出量隨時(shí)間變化的曲線與相應(yīng)輸入量隨同一時(shí)間變化的曲線相同或近似，即輸出-輸入具有相同類型的時(shí)間函數(shù)，可實(shí)時(shí)反映被測(cè)量的變化情況。對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合至關(guān)重要?jiǎng)討B(tài)測(cè)控系統(tǒng)1.3.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性可以通過傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)來(lái)描述。動(dòng)態(tài)模型：指?jìng)鞲衅髟趧?dòng)態(tài)信號(hào)作用下，其輸出和輸入信號(hào)的一種數(shù)學(xué)關(guān)系。通常采用微分方程和傳遞函數(shù)來(lái)描述。1.3.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性研究動(dòng)態(tài)特性時(shí)，一般都忽略傳感器的非線性及隨機(jī)變化等因素，把傳感

20、器看成一個(gè)線性的定常系統(tǒng)來(lái)考慮，即用線性常系數(shù)微分方程來(lái)描述傳感器輸出量y(t)與輸入量x(t)的動(dòng)態(tài)關(guān)系，其通式為：其中 是取決于傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的常數(shù)。一般而言，除傳感器的)(.)()()()(.)()(011101111txbtxdtdbtxdtdbtyatydtdatydtdatydtdammmmmmnnnnnnmnbbbaaa,.,.,10100.,0110mbbbb外1.3.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性常見的傳感器，其動(dòng)態(tài)模型通?？捎昧汶A、一階或二階常微分方程來(lái)描述，分別稱為零階環(huán)節(jié)、一階環(huán)節(jié)和二階環(huán)節(jié)：零階環(huán)節(jié)：一階環(huán)節(jié)：二階環(huán)節(jié)：)()(tkxty)()()(001txbtyatydtd

21、a)()()()(001222txbtyatydtdatydtda1.3.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性零階傳感器：能用一個(gè)零階線性微分方程來(lái)描述的傳感器一階傳感器二階傳感器一般而言，階數(shù)越高，傳感器的動(dòng)態(tài)特性就越復(fù)雜。1.3. 4 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析一階傳感器系統(tǒng)的微分方程為令時(shí)間常數(shù)，靜態(tài)靈敏度，則上式變?yōu)?()()(001txbtyatydtda01aa00abK )()()(tKxtytydtd 頻率響應(yīng)特性分析對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換，得則傳遞函數(shù)為頻率響應(yīng)函數(shù)為幅頻特性為相頻特性為1)()()(sKsXsYsH)()() 1(sKXsYs1)()()(jKjXjYjH1)(2

22、KA)arctan()(1時(shí)，AK。說明傳感器的輸出與輸入為線性關(guān)系，與頻率w無(wú)關(guān)。1時(shí)，()，即()/=-。說明輸出量對(duì)于輸入量的滯后與無(wú)關(guān)。所以，時(shí)間常數(shù)越小，頻率特性越好。 頻率響應(yīng)特性分析幅頻特性曲線為 頻率響應(yīng)特性分析相頻特性曲線為 階躍響應(yīng)特性分析輸入階躍函數(shù)為0,0, 0)(tAttx)()()(001txbtyatydtda)1 (/teKAy可見，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)輸出y=KA，是輸入的K倍；暫態(tài)響應(yīng)是一個(gè)指數(shù)函數(shù)。當(dāng)t= 時(shí)，則一階傳感器系統(tǒng)微分方程的解為KAeKAy632. 0)1 (1暫態(tài)響應(yīng)值達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63.2%，即定義的時(shí)間常數(shù)。越

23、小，響應(yīng)曲線越接近于階躍曲線。1.3. 4 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析例：右圖的溫度傳感器簡(jiǎn)化模型。T0為被測(cè)溫度，T為傳感器敏感部分的溫度。試給出輸入量T0與輸出量T之間的微分方程中，并推導(dǎo)其幅頻特性、相頻特性及階躍響應(yīng)特性。已經(jīng)傳感器敏感部分的質(zhì)量為m，比熱容為c，表面積為S，傳熱系數(shù)為h。溫度傳感器的簡(jiǎn)化模型1.3. 4 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析解：傳感器敏感部分的熱容量=mc，其溫度增量為dT，dT正比于吸收（釋放）的熱量dQ，而與熱容量成反比，即有下式成立：溫度傳感器的簡(jiǎn)化模型mcdQdT 同時(shí)，吸收的熱量dQ又與物體的表面積、傳熱系數(shù)、溫差(T0 -T) 及時(shí)間增量dt 成正比，即dtT

24、ThSdQ)(0所以0TTdtdThSmc這就是溫度傳感器輸入量與輸出量間的一階微分方程。其中， 1, 1010bhSmcaa1.3. 4 一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析則時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度分別為溫度傳感器的簡(jiǎn)化模型mcdQdT 100abK傳感器的頻率響應(yīng)特性為111)()()(0hSmcjjKjTjTjH幅頻特性為111)(22hSmcKA相頻特性為hSmcarctan)arctan()(1.3.5 傳感器的動(dòng)態(tài)特性影響傳感器動(dòng)態(tài)特性的根本因素：儲(chǔ)能元件慣性元件質(zhì)量、電感等容性元件電容、熱容等動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性參數(shù)動(dòng)態(tài)誤差描述輸出與輸入之間差異響應(yīng)速度響應(yīng)時(shí)間、時(shí)間常數(shù)、延遲時(shí)間響應(yīng)帶寬傳感器的其它特性基本特性輸出特性電源環(huán)境其它傳感器的安裝位置測(cè)量精確度分辨率穩(wěn)定性帶寬響應(yīng)時(shí)間輸出阻抗量程抗干擾能力 靈敏度信噪比信號(hào)形式連線形式阻抗若為數(shù)字輸出，需考慮編碼及帶寬電壓電流有效功率頻率（交流電源）穩(wěn)定度電壓波動(dòng)（交流電源）抗強(qiáng)電干擾能力溫度熱沖擊溫度循環(huán)濕度振動(dòng)沖擊化學(xué)試劑爆炸危險(xiǎn)灰塵浸漬電磁環(huán)境靜電放電電離輻射可靠性工作壽命過載保護(hù)購(gòu)置費(fèi)用重量、尺寸適用性電纜敷設(shè)要求裝配要求故障的可測(cè)性可維護(hù)性校準(zhǔn)與測(cè)試費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用更換費(fèi)用1.4 傳感器的標(biāo)定定義：利用已知的輸入量輸入傳感器，觀測(cè)傳感