傳感器的一般特性

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容2.1 2.1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.2 2.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.3 2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析2.4 2.4 傳感器技術(shù)指標(biāo)傳感器技術(shù)指標(biāo)2.5 2.5 提高傳感器性能的方法提高傳感器性能的方法2.6 2.6 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定傳感器的傳感器的輸入輸入與與輸出輸出間間 的關(guān)系特性。的關(guān)系特性。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)( (靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)) )：信號(hào)不隨時(shí)間變化或緩：信號(hào)不隨時(shí)間變化或緩慢變化；慢變化；動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)( (周期或瞬態(tài)變化周期或瞬態(tài)變化) )：信號(hào)隨時(shí)間變化：信號(hào)隨時(shí)間變化而變化。而變化。 穩(wěn)定性穩(wěn)定性(零漂零漂)

2、溫度溫度供電供電各種干擾穩(wěn)定性各種干擾穩(wěn)定性溫漂溫漂分辨力分辨力沖擊與振動(dòng)沖擊與振動(dòng)電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)線性線性滯后滯后重復(fù)性重復(fù)性靈敏度靈敏度輸入輸入誤差因素誤差因素外界影響外界影響輸出輸出傳感器輸入與輸出之間作用中的誤差因素取決傳感器輸入與輸出之間作用中的誤差因素取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時(shí)也可以對(duì)外界條件加以限制。以抑制，有時(shí)也可以對(duì)外界條件加以限制。衡量傳感器特性衡量傳感器特性的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo)傳感器傳感器靜態(tài)特性：靜態(tài)特性：傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入傳感器在被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入Y輸出輸出X之間的關(guān)系。

3、之間的關(guān)系。靜態(tài)特性可用下列多項(xiàng)式代數(shù)方程表示：靜態(tài)特性可用下列多項(xiàng)式代數(shù)方程表示： 式中：式中：y-輸出量；輸出量；x-輸入量；輸入量； a0-零點(diǎn)輸出；零點(diǎn)輸出； a1-理論靈敏度；理論靈敏度； a2、a3、 、 an-非線性項(xiàng)系數(shù)非線性項(xiàng)系數(shù)特例：特例：1 1) )，2 2) )，3 3) )圖示例圖示例y=a0+a1x+a2x2+a3x3+anxn2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度1)理想理想 ，a0=a2 an=0特點(diǎn)：完全線性化特點(diǎn)：完全線性化2)僅有偶次非線性項(xiàng)僅有偶次非線性項(xiàng)特點(diǎn)：無對(duì)稱性，線性范圍窄。特點(diǎn)：無對(duì)稱性，線性范圍

4、窄。3)僅有奇次非線性項(xiàng)僅有奇次非線性項(xiàng)特點(diǎn)：有對(duì)稱性，線性范圍寬。易補(bǔ)償。特點(diǎn)：有對(duì)稱性，線性范圍寬。易補(bǔ)償。y(x) = -y(-x)y = a1x + a2x2 + a4x 4+ y = a1x + a3x3 + a5x5 + y =a1x2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度可以考慮消除傳感器中電氣元件的偶次分量來改善線可以考慮消除傳感器中電氣元件的偶次分量來改善線性范圍，常用的方法就是使電氣元件性范圍，常用的方法就是使電氣元件對(duì)稱排列對(duì)稱排列，形成，形成差動(dòng)差動(dòng)工作方式，如差動(dòng)式工作方式，如差動(dòng)式傳感器一邊輸出：傳感器一邊輸出：y1=a

5、1x+a2x2 +a3x3 +anxn另一邊反向輸出：另一邊反向輸出：y2=-a1x+a2x2 -a3x3 + (-1)naxn y = y1 - y2 =2( a1x+ a3x3 + a5x5 +)由上式可使差動(dòng)式傳感器消除了偶次項(xiàng)，使線性得到由上式可使差動(dòng)式傳感器消除了偶次項(xiàng)，使線性得到改善，靈敏度提高一倍。改善，靈敏度提高一倍。2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度USCRR+RTACDBRR+RTR+R+RTR+R+RTEImaxFSymxyxmaxFS

6、ymxyxmaxFSymxyx實(shí)際的輸出實(shí)際的輸出-輸入曲線與擬合曲線輸入曲線與擬合曲線(工作曲線，一般為直工作曲線，一般為直線線)間必有偏差，其最大偏差的相對(duì)值間必有偏差，其最大偏差的相對(duì)值 EL 即為即為線性度線性度。EL=maxYFS100%最大偏差最大偏差輸出滿量程值輸出滿量程值傳感器的靜態(tài)模型常為多項(xiàng)式傳感器的靜態(tài)模型常為多項(xiàng)式 y = a0+a1x + a2x2 + a3x3 +在經(jīng)過零點(diǎn)校正后在經(jīng)過零點(diǎn)校正后(即即a0 = 0), y = a1x + a2x2 + a3x3 +2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度 測(cè)量范圍與量程測(cè)

7、量范圍與量程YFSv測(cè)量上限：傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量的數(shù)值測(cè)量上限：傳感器所能測(cè)量的最大被測(cè)量的數(shù)值(Xmax) 。v測(cè)量下限：傳感器所能測(cè)量的最小被測(cè)量的數(shù)值測(cè)量下限：傳感器所能測(cè)量的最小被測(cè)量的數(shù)值 (Xmin) 。 v測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：-50150,050,-50 50,20100v量程：測(cè)量上限和測(cè)量下限的代數(shù)差量程：測(cè)量上限和測(cè)量下限的代數(shù)差,量程量程=Xmax-Xmin-500c2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度獲取擬合直線方法：獲取擬合直線方法：(a) (a) 端點(diǎn)連線法：端點(diǎn)連線法：算法算法：檢測(cè)系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩：檢

8、測(cè)系統(tǒng)輸入輸出曲線的兩端點(diǎn)連線端點(diǎn)連線; ;特點(diǎn)特點(diǎn)：簡單、方便，偏差：簡單、方便，偏差大，與測(cè)量值有關(guān)大，與測(cè)量值有關(guān)(b) (b) 最佳直線法：最佳直線法：算法算法：使得正負(fù)行程的非線性偏差：使得正負(fù)行程的非線性偏差相等且最小相等且最小; ;特點(diǎn)特點(diǎn)：精度最高，計(jì)算：精度最高，計(jì)算法法( (迭代、逐次逼近迭代、逐次逼近). ).簡單實(shí)用，三簡單實(shí)用，三點(diǎn)作圖法點(diǎn)作圖法( (兩高一低兩高一低/ /兩低一高兩低一高) )xyxy2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度(c) 最小二乘法最小二乘法：算法算法: :計(jì)算計(jì)算n個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù): (x

9、1,y1), (x2,y2), , (xn,yn)，(n2)殘差：殘差： i = yi(a+bxi) 殘差平方和最?。簹埐钇椒胶妥钚。?i=min特點(diǎn)特點(diǎn): :精度高精度高22)(iiiiiixxnyxyxnb222)(iiiiiiixxnyxxyxa2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度獲取擬合直線方法：獲取擬合直線方法：誤差因素誤差因素傳傳 感感 器器輸入輸入 x輸入輸入 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2 2.1 .1 傳感器的靜

10、態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.1 2.1.1 線性度線性度非線性的原因：非線性的原因：Sn 的定義是輸出增量與輸入增量的比值。即的定義是輸出增量與輸入增量的比值。即x yxy ixyxxySn ixxinxdydS 2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.2 2.1.2 靈敏度靈敏度Sn (或或 K) 純線性傳感器靈敏度為常數(shù)：純線性傳感器靈敏度為常數(shù)：S n=a 1。 非線性傳感器靈敏度非線性傳感器靈敏度S n與與x有關(guān)。有關(guān)。m FSymxyx%max100FSmHyEE遲滯回差遲滯回差EH反映了傳感器的輸入量在正向行程和反向行程反映了傳感器的輸入量在正向行程和反向行程全

11、量程多次測(cè)試時(shí)，所得到的特性曲線的不重合程度。全量程多次測(cè)試時(shí)，所得到的特性曲線的不重合程度。 m：正反行程輸出值的最大偏差正反行程輸出值的最大偏差2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.3 2.1.3 遲滯遲滯(回差回差EH) (hysteresis)重復(fù)性重復(fù)性 Ex 反映了傳感器在輸入量按同一方向反映了傳感器在輸入量按同一方向(增或減增或減)全全量程多次測(cè)試時(shí)，所得到的特性曲線的不一致程度。量程多次測(cè)試時(shí)，所得到的特性曲線的不一致程度。%max100FSxyEmax 最大不重復(fù)誤差，最大不重復(fù)誤差，不重復(fù)誤差屬于隨機(jī)誤差，按標(biāo)不重復(fù)誤差屬于隨機(jī)誤差，按標(biāo)準(zhǔn)誤差處理比較合

12、適。準(zhǔn)誤差處理比較合適。2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.4 2.1.4 重復(fù)性重復(fù)性 Ex (不重復(fù)性不重復(fù)性)( repeatability )圖圖 0 0重復(fù)性重復(fù)性mx2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.4 2.1.4 重復(fù)性重復(fù)性 Ex (不重復(fù)性不重復(fù)性)( repeatability )1()(2 nnyynjiij %max100FSnxytEyij為某校準(zhǔn)點(diǎn)為某校準(zhǔn)點(diǎn)i的第的第j個(gè)輸出值，個(gè)輸出值，yi為該點(diǎn)輸出值的算術(shù)平為該點(diǎn)輸出值的算術(shù)平均值，均值，tn是與第是與第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)n有關(guān)的置信因子有關(guān)的置

13、信因子(見見物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn))。在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器所能檢測(cè)出輸入量的最在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器所能檢測(cè)出輸入量的最小變化值。有時(shí)也用相對(duì)與輸入滿量程的相對(duì)值表示。即小變化值。有時(shí)也用相對(duì)與輸入滿量程的相對(duì)值表示。即xFS-輸入量的滿量程值輸入量的滿量程值xmin xFS100%說明：分辨力是絕對(duì)數(shù)值，如說明：分辨力是絕對(duì)數(shù)值，如0.01mm，0.1g，10ms。分。分辨率是相對(duì)數(shù)值：能檢測(cè)的最小被測(cè)量的變換量相對(duì)于辨率是相對(duì)數(shù)值：能檢測(cè)的最小被測(cè)量的變換量相對(duì)于 滿滿量程的百分?jǐn)?shù)，如：量程的百分?jǐn)?shù)，如： 0.1%, 0.02%。2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1

14、.5 2.1.5 分辨率分辨率( xmin ) ( resolution )2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.6 2.1.6 穩(wěn)定性穩(wěn)定性(stability)(stability)時(shí)間穩(wěn)定性時(shí)間穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟陂L時(shí)間工作的情況下輸出量是指?jìng)鞲衅髟陂L時(shí)間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化，有時(shí)稱為長時(shí)間工作穩(wěn)定性或發(fā)生的變化，有時(shí)稱為長時(shí)間工作穩(wěn)定性或零點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移。測(cè)測(cè)試時(shí)先將傳感器輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，相隔試時(shí)先將傳感器輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，相隔4h、8h或一定的工作次數(shù)后，再讀出輸出值，前后兩次輸出值之或一定的工作次數(shù)后，再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即

15、為穩(wěn)定性誤差。它可用相對(duì)誤差表示差即為穩(wěn)定性誤差。它可用相對(duì)誤差表示,也可用絕對(duì)誤差也可用絕對(duì)誤差表示。表示。2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.6 2.1.6 穩(wěn)定性穩(wěn)定性(stability)(stability)溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性又稱為溫度漂移，是指?jìng)鞲衅髟谕饨鐪囟葴囟确€(wěn)定性又稱為溫度漂移，是指?jìng)鞲衅髟谕饨鐪囟认螺敵隽堪l(fā)生的變化。測(cè)試時(shí)先將傳感器置于一定溫度下輸出量發(fā)生的變化。測(cè)試時(shí)先將傳感器置于一定溫度(如如20),將其輸出調(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，使溫度上升或?qū)⑵漭敵稣{(diào)至零點(diǎn)或某一特定點(diǎn)，使溫度上升或下降一定的度數(shù)下降一定的度數(shù)(如如5或或10),再讀出

16、輸出值，前后兩次再讀出輸出值，前后兩次輸出值之差即為溫度穩(wěn)定性誤差。溫度穩(wěn)定性誤差用溫度輸出值之差即為溫度穩(wěn)定性誤差。溫度穩(wěn)定性誤差用溫度每變化若干每變化若干的絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示的絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差表示,每每引起的傳感引起的傳感器誤差又稱為器誤差又稱為溫度誤差系數(shù)溫度誤差系數(shù)。2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.6 2.1.6 穩(wěn)定性穩(wěn)定性(stability)(stability)抗干擾穩(wěn)定性抗干擾穩(wěn)定性指?jìng)鞲衅鲗?duì)外界干擾的抵抗能力，指?jìng)鞲衅鲗?duì)外界干擾的抵抗能力，例如抗沖擊和振動(dòng)的能例如抗沖擊和振動(dòng)的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場(chǎng)干擾的能力等。評(píng)價(jià)這些能力、抗潮濕的能

17、力、抗電磁場(chǎng)干擾的能力等。評(píng)價(jià)這些能力比較復(fù)雜，一般也不易給出數(shù)量概念，需要具體問題具力比較復(fù)雜，一般也不易給出數(shù)量概念，需要具體問題具體分析。體分析。222HxLEEEE方和根表示法：方和根表示法：代數(shù)和表示法：代數(shù)和表示法：HxLEEEE 有些傳感器在零點(diǎn)附近存在嚴(yán)重的非線性；有些傳感器在零點(diǎn)附近存在嚴(yán)重的非線性； 噪聲電平的干擾噪聲電平的干擾(噪聲電平幅度超過了零點(diǎn)附近的輸出噪聲電平幅度超過了零點(diǎn)附近的輸出)2 2.1 .1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.1.7 2.1.7 閾值閾值( (死區(qū)死區(qū)) )2.1.2.1.8 8 總精度總精度( (總不確定度總不確定度) )一般可用方和

18、根來表示一般可用方和根來表示(推薦推薦)，有時(shí)也可用代數(shù)和表示。，有時(shí)也可用代數(shù)和表示。被測(cè)量隨時(shí)間變化的形式可能是各種各樣的，被測(cè)量隨時(shí)間變化的形式可能是各種各樣的，只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)。只要輸入量是時(shí)間的函數(shù)，則其輸出量也將是時(shí)間的函數(shù)。通常研究動(dòng)態(tài)特性是根據(jù)通常研究動(dòng)態(tài)特性是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)輸入特性標(biāo)準(zhǔn)輸入特性來考慮傳感器的響來考慮傳感器的響應(yīng)特性。標(biāo)準(zhǔn)輸入有三種：應(yīng)特性。標(biāo)準(zhǔn)輸入有三種：正弦變化的輸入正弦變化的輸入階躍變化的輸入階躍變化的輸入線性輸入線性輸入2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性例：動(dòng)態(tài)測(cè)溫例：動(dòng)態(tài)測(cè)溫 設(shè)環(huán)境溫度為設(shè)環(huán)境溫度為T0

19、,水槽中水的溫度為水槽中水的溫度為T,而且而且T T0 傳感器突然插入被測(cè)介質(zhì)中；傳感器突然插入被測(cè)介質(zhì)中； 用熱電偶測(cè)溫用熱電偶測(cè)溫,理想情況測(cè)試曲線理想情況測(cè)試曲線T是階躍變化的；是階躍變化的； 實(shí)際熱電偶輸出值是緩慢變化，存在一個(gè)過渡過程實(shí)際熱電偶輸出值是緩慢變化，存在一個(gè)過渡過程2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性，必須建立數(shù)學(xué)模型分析傳感器動(dòng)態(tài)特性，必須建立數(shù)學(xué)模型, ,根據(jù)相應(yīng)的物理根據(jù)相應(yīng)的物理定律定律, ,用用表示系統(tǒng)的輸入表示系統(tǒng)的輸入x x與輸出與輸出y y關(guān)系關(guān)系的數(shù)字方程式的數(shù)字方程式, ,通過對(duì)微分方程求解，得出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。通過對(duì)微

20、分方程求解，得出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111ai、bi (i=0,1,)為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性常參數(shù)，系統(tǒng)的階次由輸為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性常參數(shù)，系統(tǒng)的階次由輸出量最高微分階次決定。常見為出量最高微分階次決定。常見為0階、階、1階、階、2階系統(tǒng)階系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：概念清晰，輸入概念清晰，輸入- -輸出關(guān)系明了。輸出關(guān)系明了。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：求解方程麻求解方程麻煩，傳感器調(diào)整時(shí)分析困難。煩，傳感器調(diào)整時(shí)分析困難。2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.2.1 2.2.1 傳感器的數(shù)學(xué)模型傳感器的數(shù)學(xué)模型0

21、階系統(tǒng)：階系統(tǒng)：例電位計(jì)、電子示波器例電位計(jì)、電子示波器)()(00txbtya1階系統(tǒng)：階系統(tǒng)：例例: : 無質(zhì)量單自由度振動(dòng)系統(tǒng)、無質(zhì)量單自由度振動(dòng)系統(tǒng)、無源積分電路、液位溫度計(jì)無源積分電路、液位溫度計(jì))()()(001txbtyadttdya2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.2.1 2.2.1 傳感器的數(shù)學(xué)模型傳感器的數(shù)學(xué)模型2 2階系統(tǒng)：階系統(tǒng)：)()()()(001222txbtyadttdyadttyda彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)在信息論和工程控制中，通常采用一些足以反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)在信息論和工程控制中，通常采用一些足以反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的函數(shù)，將系統(tǒng)的輸出與

22、輸入聯(lián)系起來。這些函數(shù)有特性的函數(shù)，將系統(tǒng)的輸出與輸入聯(lián)系起來。這些函數(shù)有傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)等等。傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)等等。2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.2.1 2.2.1 傳感器的數(shù)學(xué)模型傳感器的數(shù)學(xué)模型利用拉氏變換，將微分方程轉(zhuǎn)換成為復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，利用拉氏變換，將微分方程轉(zhuǎn)換成為復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比：輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比：01110111)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：對(duì)對(duì)(S)=(S)(S)進(jìn)行反變換，即可得到進(jìn)行反變換，即

23、可得到Y(jié)(t)與與X(t) 關(guān)系。關(guān)系。(微分方程的拉氏微分方程的拉氏變換求解法變換求解法) Y( S )( anS n + an-1S n-1 + an-2S n-2 + a1S + a0 ) =X( S )( bmS m + bm-1S m-1 + bm-2S m-2 + b1S + b0 )2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.2.2 2.2.2 傳感器的傳遞函數(shù)傳感器的傳遞函數(shù)01110111)()()()()()()()()(ajajajabjbjbjbjXjYjHnnnnmmmmH(j )-系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，簡稱頻率響應(yīng)或頻率特性。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，簡稱頻率響

24、應(yīng)或頻率特性。通常通常(j)是個(gè)復(fù)數(shù)，可以用是個(gè)復(fù)數(shù)，可以用e指數(shù)的形式表示：指數(shù)的形式表示：傅立葉變換得到頻率響應(yīng)函數(shù)：傅立葉變換得到頻率響應(yīng)函數(shù)：jeAjXjYjH)()()()(2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.2.3 2.2.3 傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)2 2. .2 2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.2.3 2.2.3 傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)其中其中2I2Rj)()(|)(|)(HHHA稱為傳感器的稱為傳感器的，表示輸出與輸入幅值之比隨頻率，表示輸出與輸入幅值之比隨頻率的變化。的變化。 )()(tgarc)(RIHH稱為傳

25、感器的稱為傳感器的，表示輸出超前輸入的角度；，表示輸出超前輸入的角度；通常輸出總是滯后于輸入，故總是負(fù)值。通常輸出總是滯后于輸入，故總是負(fù)值。 )(A)( 傳感器的種類和形式很多，一般一個(gè)高階系統(tǒng)的傳感傳感器的種類和形式很多，一般一個(gè)高階系統(tǒng)的傳感器總可以看成是由若干個(gè)零階、器總可以看成是由若干個(gè)零階、 一階和二階系統(tǒng)組合而成一階和二階系統(tǒng)組合而成的的, , 既可以簡化為一階或二階系統(tǒng)。所以分析了一階和二既可以簡化為一階或二階系統(tǒng)。所以分析了一階和二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，就可以對(duì)各種傳感器的動(dòng)態(tài)特性有基階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，就可以對(duì)各種傳感器的動(dòng)態(tài)特性有基本了解。研究動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面采

26、用瞬本了解。研究動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器對(duì)傳感器對(duì)的響應(yīng)特性的響應(yīng)特性, , 稱為頻率響應(yīng)特性。稱為頻率響應(yīng)特性。頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)法是從傳感器的頻率特性出發(fā)研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性。特性。 零階系統(tǒng)零階系統(tǒng)：微分方程：微分方程：xbya0000/abSn靜態(tài)靈敏度系數(shù)靜態(tài)靈敏度系數(shù)幅頻特性：幅頻特性：nSA)(相頻特性：相頻特性：0)(2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率

27、響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)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)；b)輸出輸出 輸入，輸入，又稱：比例環(huán)又稱：比例環(huán)節(jié)；節(jié)； c)與時(shí)間無關(guān)，與頻率無關(guān)，無滯后，與時(shí)間無關(guān)，與頻率無關(guān)，無滯后，無慣性。屬于無慣性。屬于理想環(huán)節(jié)；理想環(huán)節(jié)；d)實(shí)際零階環(huán)節(jié)：緩慢變化，頻率較低實(shí)際零階環(huán)節(jié)：緩慢變化，頻率較低 。近似。近似零階環(huán)節(jié)。零階環(huán)節(jié)。實(shí)例：電位計(jì)式角位移傳感器實(shí)例：電位計(jì)式角位移傳感器KUUE180/0微分方程：微分方程：靜態(tài)靈敏度系數(shù)：靜態(tài)靈敏度系數(shù)：180/EUK UEU0零階系統(tǒng)零階系統(tǒng)：2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率響應(yīng)傳

28、感器的頻率響應(yīng)一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)：微分方程：微分方程：)()()(0001txabtydttdyaa01/aa時(shí)間常數(shù)：時(shí)間常數(shù)：1/00abSn幅頻特性：幅頻特性：傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：頻率特性：頻率特性：歸一化靈敏度：歸一化靈敏度：相頻特性：相頻特性：1111)(01ssaasH1)(1)(jjH2)(11)(A)arctan()(2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)一階傳感器的頻率特性如下圖所示一階傳感器的頻率特性如下圖所示A( )0.10.20.30.50.71.020.1 0.20.5 1.025100.1 0.

29、20.5 1.02510020406080() 當(dāng)當(dāng)1時(shí)，有時(shí)，有A() 1， () 0，表明傳感器的輸出與，表明傳感器的輸出與輸入呈線性關(guān)系，且相位差也很?。惠敵瞿鼙容^真實(shí)地反輸入呈線性關(guān)系，且相位差也很??；輸出能比較真實(shí)地反映輸入的變化。映輸入的變化。因此因此, 減小減小可改善傳感器的頻率特性?？筛纳苽鞲衅鞯念l率特性。一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)：2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)微分方程：微分方程：xbyadtd

30、yadxyda00122220/aan固有頻率固有頻率阻尼比阻尼比2012/aaa傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：頻率特性：頻率特性：二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)：2221)(nnsssHn2n2-11)(jjH2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)：212n222n4-1)(A2nn-12arctan)(二階傳感器的幅頻特性和相頻特性曲線二階傳感器的幅頻特性和相頻特性曲線可見，傳感器的頻率響應(yīng)特性好壞，主要取決于傳感器的可見，傳感器的頻率響應(yīng)特性好壞，主要取決于傳感器的和和當(dāng)當(dāng)l， / n1時(shí)時(shí)

31、：A()l，幅頻特性平直，輸出與輸，幅頻特性平直，輸出與輸入為線性關(guān)系；入為線性關(guān)系；()很小，很小，()與與為線性關(guān)系。此時(shí)，系統(tǒng)的輸出為線性關(guān)系。此時(shí)，系統(tǒng)的輸出y(t)真實(shí)準(zhǔn)確地再現(xiàn)輸入真實(shí)準(zhǔn)確地再現(xiàn)輸入x(t)的波形，這是測(cè)試設(shè)備應(yīng)有的性能。的波形，這是測(cè)試設(shè)備應(yīng)有的性能。0.10.20.51.02510A()0.31.00.010.030.050.13510( )040801201600.10.20.51.025100.10.20.40.60.81.01.00.80.60.40.20.10.52 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.1 2.3.1 傳感器的頻率

32、響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)：結(jié)論：為了使測(cè)試結(jié)果能精確地再現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的波形，結(jié)論：為了使測(cè)試結(jié)果能精確地再現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的波形，在傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，必須使其阻尼比在傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，必須使其阻尼比0時(shí)時(shí), x(t)=ssX1)(sssXsHsY111)()()(進(jìn)行拉氏反變換，進(jìn)行拉氏反變換， 得其單位階躍響應(yīng)信號(hào)為得其單位階躍響應(yīng)信號(hào)為 tety1)(輸入信號(hào)輸入信號(hào)x(t)的拉氏變換為的拉氏變換為 傳感器輸出的拉氏變換為傳感器輸出的拉氏變換為一階系統(tǒng)階系統(tǒng)：2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.2 2.3.2 傳感器的階躍響應(yīng)傳感器的階躍響應(yīng)由左圖可見由左圖可見,

33、一階傳感器系統(tǒng)一階傳感器系統(tǒng)存在慣性存在慣性, 它的它的輸出不能立即輸出不能立即復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào), 而是從零開始而是從零開始, 按指數(shù)規(guī)律上升按指數(shù)規(guī)律上升, 最終達(dá)到穩(wěn)最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。理論上傳感器的響應(yīng)態(tài)值。理論上傳感器的響應(yīng)只在只在t趨于無窮大時(shí)才達(dá)到穩(wěn)趨于無窮大時(shí)才達(dá)到穩(wěn)態(tài)值態(tài)值, 但實(shí)際上當(dāng)?shù)珜?shí)際上當(dāng)t=4時(shí)其輸時(shí)其輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98.2%, 可以認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)可以認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)態(tài)。越小越小, 響應(yīng)響應(yīng)曲線越接近于輸入階躍曲線曲線越接近于輸入階躍曲線, 因此因此, 是一階傳感器重要是一階傳感器重要的性能參數(shù)。的性能參數(shù)。一階系統(tǒng)階系統(tǒng)：2 2. .3 3 傳感器動(dòng)

34、態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.2 2.3.2 傳感器的階躍響應(yīng)傳感器的階躍響應(yīng)2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.2 2.3.2 傳感器的階躍響應(yīng)傳感器的階躍響應(yīng)2222)(nnnsssH )2()(222nnnssssY 二階傳感器的傳遞函數(shù)二階傳感器的傳遞函數(shù)二階傳感器的單位階躍響應(yīng)：二階傳感器的單位階躍響應(yīng)：傳感器輸出的拉氏變換傳感器輸出的拉氏變換: : 二階傳感器對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)在很大程度上取決于阻尼二階傳感器對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)在很大程度上取決于阻尼比比和固有頻率和固有頻率n。固有頻率。固有頻率n由傳感器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)所由傳感器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定決定, n

35、越高越高, 傳感器的響應(yīng)越快。傳感器的響應(yīng)越快。二階系統(tǒng)階系統(tǒng)：)sin(1/1)(22ttetydn左圖為二階傳感器的單位階躍響左圖為二階傳感器的單位階躍響應(yīng)曲線。阻尼比應(yīng)曲線。阻尼比直接影響超調(diào)量直接影響超調(diào)量和振蕩次數(shù)。和振蕩次數(shù)。1, 過阻尼過阻尼, 無超調(diào)無超調(diào)也無振蕩也無振蕩, 達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間較長。達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間較長。=1時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短。時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短。1, 欠阻尼欠阻尼, 衰減振蕩衰減振蕩,達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間隨達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間隨的減小而變長。的減小而變長。=0,臨界阻尼臨界阻尼,超超調(diào)量為調(diào)量為100%,產(chǎn)生等幅振蕩產(chǎn)生等幅振蕩,達(dá)不達(dá)不2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器

36、動(dòng)態(tài)特性分析2.3.2 2.3.2 傳感器的階躍響應(yīng)傳感器的階躍響應(yīng)二階系統(tǒng)階系統(tǒng)：到穩(wěn)態(tài)。但實(shí)際使用中常按稍欠阻尼調(diào)整到穩(wěn)態(tài)。但實(shí)際使用中常按稍欠阻尼調(diào)整最大超調(diào)量不超過最大超調(diào)量不超過2.5%-10%,允許動(dòng)態(tài)誤差允許動(dòng)態(tài)誤差2%-5%。2 2. .3 3 傳感器動(dòng)態(tài)特性分析傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.3.2 2.3.2 傳感器的階躍響應(yīng)傳感器的階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) ：系統(tǒng)輸出值上升系統(tǒng)輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值到穩(wěn)態(tài)值yc的的63.2%所需的時(shí)所需的時(shí)間；間；上升時(shí)間上升時(shí)間Tr：傳感器輸出傳感器輸出從穩(wěn)態(tài)值從穩(wěn)態(tài)值yc的的10%上升到上升到90%所需時(shí)間；所需時(shí)間；響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間Ts：輸出輸出

37、值達(dá)到允許范圍值達(dá)到允許范圍%的所需時(shí)的所需時(shí)間；間；超調(diào)量超調(diào)量a1：響應(yīng)曲線第一響應(yīng)曲線第一次超過穩(wěn)態(tài)值次超過穩(wěn)態(tài)值yc的峰高：的峰高：ymax-yc；衰減率；衰減率 ：相鄰兩個(gè)波峰：相鄰兩個(gè)波峰階躍響應(yīng)特性指標(biāo)階躍響應(yīng)特性指標(biāo)：(或波谷或波谷)高度下降的百分?jǐn)?shù)；高度下降的百分?jǐn)?shù)；穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差ess：無限長時(shí)間后，無限長時(shí)間后，傳感器穩(wěn)態(tài)值與目標(biāo)值偏差的相對(duì)誤差。傳感器穩(wěn)態(tài)值與目標(biāo)值偏差的相對(duì)誤差。2 2. .4 4 傳感器的技術(shù)指標(biāo)傳感器的技術(shù)指標(biāo)基本參數(shù)指標(biāo)基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)其他指標(biāo)其他指標(biāo)量程指標(biāo)：量程指標(biāo)：量程范圍、量程范圍、過載能力等過載

38、能力等靈敏度指標(biāo)：靈敏度指標(biāo)：靈敏度靈敏度、分辨力、滿量程輸出、分辨力、滿量程輸出等等精度有關(guān)指標(biāo)：精度有關(guān)指標(biāo)：精度精度、誤差、線性、滯后、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性穩(wěn)定性 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：固定固定頻率、阻尼比、時(shí)間常頻率、阻尼比、時(shí)間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)間等界速度、穩(wěn)定時(shí)間等溫度指標(biāo)：溫度指標(biāo)：工作溫工作溫度范圍、溫度誤差、度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等數(shù)、熱滯后等抗沖振指標(biāo)：抗沖振指標(biāo)：允許允許各向抗沖振的頻率各向抗沖振的頻率、振幅

39、及加速度、振幅及加速度、沖振所引入的誤差沖振所引入的誤差其他環(huán)境參數(shù)：其他環(huán)境參數(shù)：抗抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕潮濕、抗介質(zhì)腐蝕等能力、抗電磁場(chǎng)等能力、抗電磁場(chǎng)干擾能力等干擾能力等工作壽命、工作壽命、平均無故障平均無故障時(shí)間、保險(xiǎn)時(shí)間、保險(xiǎn)期、疲勞性期、疲勞性能、絕緣電能、絕緣電阻、耐壓及阻、耐壓及抗飛弧等抗飛弧等使用有關(guān)指標(biāo)：使用有關(guān)指標(biāo)：供電方式供電方式( (直流、直流、交流、頻率及波交流、頻率及波形等形等) )、功率、各、功率、各項(xiàng)分布參數(shù)值、項(xiàng)分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定電壓范圍與穩(wěn)定度等度等外形尺寸、重量外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等構(gòu)特點(diǎn)等安裝方式、饋線安裝方式、饋線電纜

40、等電纜等2 2. .5 5 提高傳感器性能的方法提高傳感器性能的方法合理選擇結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)根據(jù)實(shí)際需要與可能，在設(shè)計(jì)、制造傳感器時(shí)合理選根據(jù)實(shí)際需要與可能，在設(shè)計(jì)、制造傳感器時(shí)合理選擇其結(jié)構(gòu)、擇其結(jié)構(gòu)、 材料和參數(shù)，以確保高的性能價(jià)格比材料和參數(shù)，以確保高的性能價(jià)格比.差動(dòng)技術(shù)如第一傳感器輸出如第一傳感器輸出y1=a0+a1x+a2x2+a3x3；另一傳感器；另一傳感器 y2=a0-a1x+a2x2-a3x3；兩者相減兩者相減y=y1-y2=2(a1x+ a3x3+)?？傒敵鱿肆阄惠敵龊团即畏椒蔷€性項(xiàng)，減小非線性，總輸出消除了零位輸出和偶次方非線性項(xiàng)，減小非線性，靈敏度增加一倍，如靈敏度

41、增加一倍，如差動(dòng)式電阻應(yīng)變式、電感式、電容式差動(dòng)式電阻應(yīng)變式、電感式、電容式等。等。2 2. .5 5 提高傳感器性能的方法提高傳感器性能的方法補(bǔ)償與修正技術(shù)補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況：補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況： 針對(duì)傳感器本身特性：針對(duì)傳感器本身特性：對(duì)于對(duì)于傳感器特性傳感器特性，找出誤差，找出誤差的變化規(guī)律，或者測(cè)出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒拥淖兓?guī)律，或者測(cè)出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。以補(bǔ)償或修正。 針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境：針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境：針對(duì)針對(duì)傳感器工傳感器工作條件或外界環(huán)境作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感

42、器精度的進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)溫度敏感，由于溫度變化引有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。為了解決這個(gè)問題，必要時(shí)可以控制起的誤差十分可觀。為了解決這個(gè)問題，必要時(shí)可以控制溫度，搞恒溫裝置，但往往費(fèi)用太高，或使用現(xiàn)場(chǎng)不允許。溫度，搞恒溫裝置，但往往費(fèi)用太高，或使用現(xiàn)場(chǎng)不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng)而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng)找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。平均技術(shù)在傳感器中普遍采用平均技術(shù)可產(chǎn)生在傳感器中普遍

43、采用平均技術(shù)可產(chǎn)生平均效應(yīng)平均效應(yīng)，其原，其原理是利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)感受被測(cè)量，其輸出則是這理是利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)感受被測(cè)量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來的誤差均可些單元輸出的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來的誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小為將減小為=/n式中：式中：n-傳感單元數(shù)?？梢?，在傳感器中利用平均技術(shù)不傳感單元數(shù)?？梢姡趥鞲衅髦欣闷骄夹g(shù)不僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號(hào)量，即增大傳感器僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號(hào)量，即增大傳感器靈敏度。靈敏度。2 2. .5

44、5 提高傳感器性能的方法提高傳感器性能的方法屏蔽、隔離與干擾抑制傳感器大都要在現(xiàn)場(chǎng)工作，現(xiàn)場(chǎng)的條件往往是難以充傳感器大都要在現(xiàn)場(chǎng)工作，現(xiàn)場(chǎng)的條件往往是難以充分預(yù)料的，有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感分預(yù)料的，有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能。為了減小測(cè)量誤差，保證其原有器的精度與各有關(guān)性能。為了減小測(cè)量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素對(duì)傳感器的影響。其性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素對(duì)傳感器的影響。其方法有：減小傳感器對(duì)影響因素的靈敏度；降低外界因素方法有：減小傳感器對(duì)影響因素的靈敏度；降低外界因素對(duì)傳感器實(shí)際作用的程度。對(duì)于電磁干擾，可以采

45、用對(duì)傳感器實(shí)際作用的程度。對(duì)于電磁干擾，可以采用屏蔽屏蔽、隔離隔離措施，也可用措施，也可用濾波濾波等方法抑制。對(duì)于如溫度、濕度、等方法抑制。對(duì)于如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應(yīng)機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應(yīng)的的隔離措施隔離措施，如，如隔熱、密封、隔振隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電等，或者在變換成為電量后對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行量后對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行分離或抑制分離或抑制，減小其影響。，減小其影響。2 2. .5 5 提高傳感器性能的方法提高傳感器性能的方法穩(wěn)定性處理造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：隨著時(shí)間的推移和隨著時(shí)間的推

46、移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。發(fā)生變化。傳感器作為長期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，其穩(wěn)定性顯傳感器作為長期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，其穩(wěn)定性顯得特別重要，其重要性甚至勝過精度指標(biāo)，尤其是對(duì)那些得特別重要，其重要性甚至勝過精度指標(biāo)，尤其是對(duì)那些很難或無法定期標(biāo)定的場(chǎng)合。提高傳感器性能的穩(wěn)定性措很難或無法定期標(biāo)定的場(chǎng)合。提高傳感器性能的穩(wěn)定性措施：施：對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如永磁材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁如永磁材料的時(shí)間老化、溫度老化、

47、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件的老化篩選等。在使用傳感器時(shí)，若測(cè)量處理、電氣元件的老化篩選等。在使用傳感器時(shí)，若測(cè)量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元件、后續(xù)電路的關(guān)要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元件、后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。鍵元器件進(jìn)行老化處理。2 2. .5 5 提高傳感器性能的方法提高傳感器性能的方法標(biāo)定是定量描述的誤差標(biāo)定是定量描述的誤差,確定誤差確定誤差/確定特性的所有操作確定特性的所有操作的過程。的過程。傳感器的標(biāo)定分為傳感器的標(biāo)定分為:靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定-線性度、靈敏度、線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性；滯后和重復(fù)性；動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定-頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻頻率響應(yīng)、

48、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比。率和阻尼比。儀表精度等級(jí)儀表精度等級(jí)(去掉儀表誤差的去掉儀表誤差的“ ”號(hào)和號(hào)和“%”)用戶用戶- - 廠家廠家-地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化/ /計(jì)量機(jī)構(gòu)計(jì)量機(jī)構(gòu)-國家標(biāo)準(zhǔn)化國家標(biāo)準(zhǔn)化/ /計(jì)量機(jī)構(gòu)計(jì)量機(jī)構(gòu)( (計(jì)量局計(jì)量局) )( (第一環(huán)第一環(huán)) )( (第二環(huán)第二環(huán)) )( (第三環(huán)第三環(huán)) )最高標(biāo)準(zhǔn)最高標(biāo)準(zhǔn)/ /計(jì)量權(quán)威計(jì)量權(quán)威 a=0.005, 0.01, 0.02, 0.05；0.1, 0.2, ( 0.4), 0.5；1.0, 1.5, 2.5, (4.0)；等；等 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 工業(yè)用表工業(yè)用表2 2. .6 6 傳感器的標(biāo)定傳感器

49、的標(biāo)定 目的：目的：通過各種試驗(yàn)建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關(guān)通過各種試驗(yàn)建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關(guān)系，確定傳感器在不同使用條件下的誤差關(guān)系。系，確定傳感器在不同使用條件下的誤差關(guān)系。方法：方法：利用一定等級(jí)的儀器及設(shè)備利用一定等級(jí)的儀器及設(shè)備( (如標(biāo)準(zhǔn)如標(biāo)準(zhǔn)壓力、加速度、位移等壓力、加速度、位移等) )作為作為，輸入至待標(biāo)定的傳感，輸入至待標(biāo)定的傳感器中，得到傳感器的輸出量；然后將傳感器的器中，得到傳感器的輸出量；然后將傳感器的與與作比較，從而得到一系列曲線作比較，從而得到一系列曲線( (稱為稱為標(biāo)定曲線標(biāo)定曲線) )；通過；通過對(duì)曲線的分析處理，得到其動(dòng)靜態(tài)特性的過程。對(duì)曲線

50、的分析處理，得到其動(dòng)靜態(tài)特性的過程。2 2. .6 6 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定標(biāo)定內(nèi)容：標(biāo)定內(nèi)容： 零點(diǎn)設(shè)置；零點(diǎn)設(shè)置； 量程與范圍；量程與范圍； 分辨力；分辨力； 非線性；非線性； 靈敏度；靈敏度； 頻率相應(yīng)特性；頻率相應(yīng)特性； 階躍與其他輸入的響應(yīng)；階躍與其他輸入的響應(yīng)； 外部環(huán)境外部環(huán)境(溫度、濕度、光照度、振動(dòng)、磁場(chǎng)等溫度、濕度、光照度、振動(dòng)、磁場(chǎng)等)的影響的影響.2 2. .6 6 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定A.靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件無加速度、振動(dòng)、沖擊、溫度無加速度、振動(dòng)、沖擊、溫度205，溫度不大于溫度不大于85%，大氣壓，大氣壓1018Kpa。B. 標(biāo)定儀器的精度等級(jí)至少要比

51、被標(biāo)定儀器的精度等級(jí)至少要比被標(biāo)定的傳感器精度高一個(gè)等級(jí)。標(biāo)定的傳感器精度高一個(gè)等級(jí)。C.靜態(tài)特性標(biāo)定方法靜態(tài)特性標(biāo)定方法a.傳感器全量程分成等間距；傳感器全量程分成等間距；b.由由小到大逐漸輸入標(biāo)準(zhǔn)量值并記錄相對(duì)應(yīng)的輸出值；小到大逐漸輸入標(biāo)準(zhǔn)量值并記錄相對(duì)應(yīng)的輸出值；c.由大由大到小逐漸減少輸入值，記錄相對(duì)應(yīng)的輸出值；到小逐漸減少輸入值，記錄相對(duì)應(yīng)的輸出值；d.對(duì)傳感器對(duì)傳感器進(jìn)行正、反行程往復(fù)循環(huán)，多次測(cè)試；進(jìn)行正、反行程往復(fù)循環(huán)，多次測(cè)試；e.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性。確定線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性。2 2. .6 6 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定2

52、.6.1 2.6.1 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定活塞壓力計(jì)標(biāo)定壓力示意圖活塞壓力計(jì)標(biāo)定壓力示意圖 壓力標(biāo)定曲線壓力標(biāo)定曲線2 2. .6 6 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定2.6.1 2.6.1 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定 某某測(cè)溫傳感器的測(cè)量范圍為測(cè)溫傳感器的測(cè)量范圍為01000，根據(jù)工藝，根據(jù)工藝要求要求，溫度指示值的誤差不允許超過，溫度指示值的誤差不允許超過 7，試問應(yīng)如何，試問應(yīng)如何選擇選擇傳感器傳感器的精度等級(jí)才能滿足以上要求的精度等級(jí)才能滿足以上要求?%7 . 0%100010007%100maxmax量程此精度介于此精度介于0.5級(jí)和級(jí)和1.0級(jí)之間，若選擇精度等級(jí)為級(jí)之間，若選擇精度等級(jí)為1.0級(jí)級(jí)的傳感器，其允許最大絕對(duì)誤差為的傳感器，其允許最大絕對(duì)誤差為 10，超過了工藝要，超過了工藝要求的允許誤差，故應(yīng)選擇求的允許誤差，故應(yīng)選擇0.5級(jí)的精度才能滿足工藝要求。級(jí)的精度才能滿足工藝要求。 解：根據(jù)工藝要求，傳感器的精度應(yīng)滿足：解：根據(jù)工藝要求，傳感器的精度應(yīng)滿足：2 2. .6 6 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定 標(biāo)定數(shù)據(jù)表標(biāo)定數(shù)據(jù)表 輸入