傳感器及其應(yīng)用傳感器簡(jiǎn)論教學(xué)ppt課件

1、1.傳感檢測(cè)技術(shù)根底2.常用傳感器原理3.傳感器信號(hào)處置電路4.典型傳感器運(yùn)用一、傳感器測(cè)技術(shù)概念一、傳感器測(cè)技術(shù)概念1.傳感檢測(cè)技術(shù)作用意義、重要性傳感檢測(cè)技術(shù)作用意義、重要性 在自然界、社會(huì)生活、消費(fèi)實(shí)際、科學(xué)在自然界、社會(huì)生活、消費(fèi)實(shí)際、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，存在各種各樣的量，需求知實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，存在各種各樣的量，需求知道他們的存在和大小。有些量大到可以被人道他們的存在和大小。有些量大到可以被人們感知，有些量較小，不能被人們感知。要們感知，有些量較小，不能被人們感知。要測(cè)出人們感興趣量的大小，就要用到對(duì)這些測(cè)出人們感興趣量的大小，就要用到對(duì)這些量敏感的傳感器，信號(hào)處置調(diào)理電路，量敏感的傳感器

2、，信號(hào)處置調(diào)理電路，檢測(cè)技術(shù)等檢測(cè)技術(shù)等2.2.傳感器的概念傳感器的概念傳感器是人體五官傳感器是人體五官耳、眼、鼻、舌、皮膚的工程耳、眼、鼻、舌、皮膚的工程模擬物。模擬物。傳感器廣義概念是一種以一定的準(zhǔn)確度將被丈量轉(zhuǎn)傳感器廣義概念是一種以一定的準(zhǔn)確度將被丈量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于準(zhǔn)確處置換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于準(zhǔn)確處置 和丈和丈量的某種物理量的丈量部件或安裝。量的某種物理量的丈量部件或安裝。傳感器狹義概念是能把外界非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳感器狹義概念是能把外界非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的器件或安裝。輸出的器件或安裝。隨著科學(xué)技術(shù)的提高，傳感器的隨著科學(xué)技術(shù)的提高，傳感器的“可用信號(hào)

3、內(nèi)涵可用信號(hào)內(nèi)涵也會(huì)隨之改動(dòng)，如人們跨入光子時(shí)代，光信號(hào)將成也會(huì)隨之改動(dòng)，如人們跨入光子時(shí)代，光信號(hào)將成為更便于快速、高效處置與傳輸?shù)臑楦阌诳焖?、高效處置與傳輸?shù)摹翱捎眯盘?hào)了?？捎眯盘?hào)了。3.傳感器的組成傳感器的組成敏感敏感元件元件被丈量被丈量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換元件元件根本轉(zhuǎn)根本轉(zhuǎn)換電路換電路電量電量電路參數(shù)電路參數(shù)物理量物理量例如：懸臂梁加速度傳感器例如：懸臂梁加速度傳感器敏感元件：懸臂梁把加速度轉(zhuǎn)化為懸臂梁的應(yīng)變敏感元件：懸臂梁把加速度轉(zhuǎn)化為懸臂梁的應(yīng)變 。轉(zhuǎn)換元件：電阻應(yīng)變片把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化。轉(zhuǎn)換元件：電阻應(yīng)變片把應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化。根本轉(zhuǎn)換電路：電橋把電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓輸出。根本轉(zhuǎn)換電路：

4、電橋把電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓輸出。dV二、傳感器的任務(wù)機(jī)理和分類二、傳感器的任務(wù)機(jī)理和分類1.傳感器任務(wù)機(jī)理傳感器任務(wù)機(jī)理 傳感器的任務(wù)機(jī)理是基于各種物理、化學(xué)和生傳感器的任務(wù)機(jī)理是基于各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等，并受相應(yīng)的定律和法那么支配。了解這物效應(yīng)等，并受相應(yīng)的定律和法那么支配。了解這些定律和法那么有助于對(duì)傳感器本質(zhì)的了解和對(duì)新些定律和法那么有助于對(duì)傳感器本質(zhì)的了解和對(duì)新效應(yīng)傳感器的開發(fā)。效應(yīng)傳感器的開發(fā)。守恒定律：包括能量、動(dòng)量、電荷量等守恒定律。守恒定律：包括能量、動(dòng)量、電荷量等守恒定律。場(chǎng)的定律：如重力場(chǎng)、靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)等。遵守場(chǎng)定場(chǎng)的定律：如重力場(chǎng)、靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)等。遵守場(chǎng)定律的傳感器可

5、稱為律的傳感器可稱為“構(gòu)外型傳感器構(gòu)外型傳感器物質(zhì)定律：表示物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律。遵守物物質(zhì)定律：表示物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律。遵守物質(zhì)定律的傳感器稱為質(zhì)定律的傳感器稱為“物性型傳感器物性型傳感器統(tǒng)計(jì)法那么：把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)起來的法統(tǒng)計(jì)法那么：把微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)起來的法那么。那么。2.傳感器的分類傳感器的分類按被丈量分類按被丈量分類 該分類法明確了傳感器的用途，便于運(yùn)用者選擇該分類法明確了傳感器的用途，便于運(yùn)用者選擇傳感器，如位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器、傳感器，如位移傳感器、力傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、速度傳感器等。壓力傳感器、流量傳感器、速度傳感器等。按

6、任務(wù)原理分類按任務(wù)原理分類 該分類法清楚地該分類法清楚地 闡明了傳感器的任務(wù)原理，有闡明了傳感器的任務(wù)原理，有利于傳感器的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，如電阻式、電感式、電利于傳感器的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，如電阻式、電感式、電容式、壓電式、磁電式傳感器等。容式、壓電式、磁電式傳感器等。 按任務(wù)機(jī)理分類按任務(wù)機(jī)理分類 物性型：依托敏感元件本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變物性型：依托敏感元件本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。如壓阻式傳感器、壓電式傳感器化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換。如壓阻式傳感器、壓電式傳感器等。等。 構(gòu)外型：依托傳感器構(gòu)造參量的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)構(gòu)外型：依托傳感器構(gòu)造參量的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。如電容式、電感式傳感器等。換。如電容式、

7、電感式傳感器等。按根本效應(yīng)分類按根本效應(yīng)分類 物理型：利用某些變換元件的物理性質(zhì)或某些功物理型：利用某些變換元件的物理性質(zhì)或某些功能資料的特殊性能制成的傳感器。如能資料的特殊性能制成的傳感器。如PN溫度傳感器。溫度傳感器。 化學(xué)型：利用電化學(xué)反響原理把有機(jī)和無機(jī)的化化學(xué)型：利用電化學(xué)反響原理把有機(jī)和無機(jī)的化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器 。如接觸熄滅氣敏傳感器等。如接觸熄滅氣敏傳感器等。 生物型：利用生物功能物質(zhì)作識(shí)別器件制成的傳生物型：利用生物功能物質(zhì)作識(shí)別器件制成的傳感器。如酸度計(jì)傳感器等。感器。如酸度計(jì)傳感器等。按能量轉(zhuǎn)換關(guān)系分類按能量轉(zhuǎn)

8、換關(guān)系分類 能量轉(zhuǎn)換型無源型、發(fā)電型或自動(dòng)型傳感器能量轉(zhuǎn)換型無源型、發(fā)電型或自動(dòng)型傳感器 不需求外加電源而將被丈量轉(zhuǎn)化為電量輸出，但不需求外加電源而將被丈量轉(zhuǎn)化為電量輸出，但其負(fù)載才干有限，運(yùn)用時(shí)需求留意。如熱電偶、壓其負(fù)載才干有限，運(yùn)用時(shí)需求留意。如熱電偶、壓電式傳感器等。電式傳感器等。 能量控制型有源型、被動(dòng)型傳感器能量控制型有源型、被動(dòng)型傳感器 需求外加電源才干將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量，能量控需求外加電源才干將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量，能量控制型傳感器本身參數(shù)的改動(dòng)如電阻、電容、電感制型傳感器本身參數(shù)的改動(dòng)如電阻、電容、電感不起換能作用。不起換能作用。按輸出信號(hào)的方式分類按輸出信號(hào)的方式分類 模擬

9、式：傳感器輸出模擬信號(hào)。大多傳感器如此模擬式：傳感器輸出模擬信號(hào)。大多傳感器如此 數(shù)字式：傳感器輸出數(shù)字信號(hào)。如編碼器式傳感數(shù)字式：傳感器輸出數(shù)字信號(hào)。如編碼器式傳感器。器。 工程習(xí)慣上常根據(jù)任務(wù)原理和被丈量命名傳感器，工程習(xí)慣上常根據(jù)任務(wù)原理和被丈量命名傳感器，電感式位移傳感器，電容式加速度傳感器等。電感式位移傳感器，電容式加速度傳感器等。三、傳感器數(shù)學(xué)模型描畫方法三、傳感器數(shù)學(xué)模型描畫方法 傳感器作為感受被丈量信息的器件，傳感器作為感受被丈量信息的器件，總希望它能按照一定的規(guī)律輸出有用信號(hào)，總希望它能按照一定的規(guī)律輸出有用信號(hào)，因此，需求研討其輸出因此，需求研討其輸出- -輸入關(guān)系及特性。

10、最輸入關(guān)系及特性。最有效的描畫方法是傳感器的數(shù)學(xué)模型。有效的描畫方法是傳感器的數(shù)學(xué)模型。 由于傳感器可以丈量時(shí)不變信號(hào)和時(shí)變由于傳感器可以丈量時(shí)不變信號(hào)和時(shí)變信號(hào)，所以應(yīng)該以帶隨機(jī)變量的非線性微分信號(hào)，所以應(yīng)該以帶隨機(jī)變量的非線性微分方程作為數(shù)學(xué)模型。這樣在數(shù)學(xué)上有困難，方程作為數(shù)學(xué)模型。這樣在數(shù)學(xué)上有困難，所以，實(shí)踐上把傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特所以，實(shí)踐上把傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性分開思索，從而有靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。性分開思索，從而有靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。1.1.靜態(tài)數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 指在靜態(tài)信號(hào)作用下即輸入量對(duì)時(shí)間指在靜態(tài)信號(hào)作用下即輸入量對(duì)時(shí)間t t的各階導(dǎo)的各階導(dǎo)數(shù)等于數(shù)等于0 0

11、得到的數(shù)學(xué)模型。其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為得到的數(shù)學(xué)模型。其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為非線性項(xiàng)待定常數(shù)。非線性項(xiàng)待定常數(shù)。傳感器的靈敏度；傳感器的靈敏度；傳感器零位輸出；傳感器零位輸出；輸出量；輸出量；輸入量；輸入量；式中式中nnnaaaayxxaxaxaay1102210 xay133221xaxaxay55331xaxaxay44221xaxaxay(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)表示輸出與輸入量之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線表示輸出與輸入量之間的關(guān)系曲線稱為特性曲線2.2.動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是指?jìng)鞲衅髟谠獾綍r(shí)變傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是指?jìng)鞲衅髟谠獾綍r(shí)變輸入量作用時(shí)，其輸出

12、輸入之間的關(guān)系，通常稱輸入量作用時(shí)，其輸出輸入之間的關(guān)系，通常稱為呼應(yīng)特性。為呼應(yīng)特性。 有些傳感器雖然有良好的靜態(tài)特性，但有些傳感器雖然有良好的靜態(tài)特性，但由于傳感器總存在著彈性、慣性、阻尼等要素，使由于傳感器總存在著彈性、慣性、阻尼等要素，使傳感器的輸出量不僅與輸入量有關(guān)，而且還與輸入傳感器的輸出量不僅與輸入量有關(guān)，而且還與輸入量的變化速度等有關(guān)，所以將導(dǎo)致嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)誤差，量的變化速度等有關(guān)，所以將導(dǎo)致嚴(yán)重的動(dòng)態(tài)誤差，這就必需仔細(xì)研討傳感器的動(dòng)態(tài)呼應(yīng)特性，為此建這就必需仔細(xì)研討傳感器的動(dòng)態(tài)呼應(yīng)特性，為此建立的數(shù)學(xué)模型稱為動(dòng)態(tài)模型。常用的動(dòng)態(tài)方程有：立的數(shù)學(xué)模型稱為動(dòng)態(tài)模型。常用的動(dòng)態(tài)方程有

13、：微分方程、傳送函數(shù)、頻率呼應(yīng)函數(shù)。微分方程、傳送函數(shù)、頻率呼應(yīng)函數(shù)。xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.1 1微分方程時(shí)域內(nèi)微分方程時(shí)域內(nèi)優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過解微分方程易于分清暫態(tài)呼應(yīng)和穩(wěn)態(tài)優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)過解微分方程易于分清暫態(tài)呼應(yīng)和穩(wěn)態(tài)呼應(yīng)。通解僅與傳感器本身特性及初始條件有關(guān)呼應(yīng)。通解僅與傳感器本身特性及初始條件有關(guān)；特解不僅與傳感器的特性有關(guān)，而且還與輸入；特解不僅與傳感器的特性有關(guān)，而且還與輸入量有關(guān)。量有關(guān)。缺陷：求解費(fèi)事，尤其是經(jīng)過增減環(huán)節(jié)來改善傳缺陷：求解費(fèi)事，尤其是經(jīng)過增減環(huán)節(jié)來改善傳感器的特性時(shí)顯得更不方便。感器

14、的特性時(shí)顯得更不方便。2 2傳送函數(shù)復(fù)數(shù)域內(nèi)傳送函數(shù)復(fù)數(shù)域內(nèi) 在數(shù)學(xué)上，假設(shè)運(yùn)用拉普拉斯變換將時(shí)域的數(shù)學(xué)在數(shù)學(xué)上，假設(shè)運(yùn)用拉普拉斯變換將時(shí)域的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，就得到傳送函數(shù)。模型轉(zhuǎn)換成復(fù)數(shù)域的數(shù)學(xué)模型，就得到傳送函數(shù)。 上述微分方程在初始條件為零時(shí)，輸出上述微分方程在初始條件為零時(shí)，輸出y(t)拉氏拉氏變換變換Y(S)和輸入和輸入x(t)的拉氏變換的拉氏變換X(S)之比，即為傳送之比，即為傳送函數(shù)函數(shù)G(S)。01110111)()()(aSaSaSabSbSbSbSXSYsGnnnnmmmm其中其中 jS 傳送函數(shù)傳送函數(shù)G(S)G(S)用于描畫系統(tǒng)本身固有的特性，用于描畫系

15、統(tǒng)本身固有的特性，而與輸入量無關(guān)。而與輸入量無關(guān)。3 3頻率呼應(yīng)函數(shù)頻域內(nèi)頻率呼應(yīng)函數(shù)頻域內(nèi)對(duì)于傳感器或系統(tǒng)，其頻率呼應(yīng)函數(shù)為：初始條件為對(duì)于傳感器或系統(tǒng)，其頻率呼應(yīng)函數(shù)為：初始條件為零時(shí)，輸出的傅立葉變換和輸入的傅里葉變換之比，零時(shí)，輸出的傅立葉變換和輸入的傅里葉變換之比，即即01110111)()()()()()()()(ajajajabjbjbjbSGjGnnnnmmmmjS 如將如將 G(j) G(j)的實(shí)部和虛部分開，那么有的實(shí)部和虛部分開，那么有 G(j)= P()+ jQ() G(j)= P()+ jQ()其中，其中，P()P()和和 Q() Q()都是都是的實(shí)函數(shù)，以頻率的實(shí)函

16、數(shù)，以頻率為為橫坐標(biāo)，以橫坐標(biāo)，以P()P()和和Q()Q()為縱坐標(biāo)所繪的圖形分別稱為縱坐標(biāo)所繪的圖形分別稱為系統(tǒng)的實(shí)頻特性圖與虛頻特性圖。為系統(tǒng)的實(shí)頻特性圖與虛頻特性圖。 又假設(shè)將又假設(shè)將G(j)G(j)寫成寫成 G(j)=A()ej() G(j)=A()ej() 其中其中 )()()()()()()(22 PQarctgQPjGA分別稱為幅頻特性和相頻特性。分別稱為幅頻特性和相頻特性。四、傳感器的特性分析四、傳感器的特性分析 傳感器的特性主要是指其輸出與輸入之間的傳感器的特性主要是指其輸出與輸入之間的關(guān)系，有靜特性和動(dòng)特性之分。關(guān)系，有靜特性和動(dòng)特性之分。1.1.傳感器的靜特性傳感器的靜

17、特性 靜特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)靜特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)定形狀時(shí)的輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)輸入量是常量或定形狀時(shí)的輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)輸入量是常量或變化極慢時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。變化極慢時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。 衡量傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)目的有線性度、衡量傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)目的有線性度、反復(fù)性、遲滯、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、反復(fù)性、遲滯、靈敏度、分辨力、閾值、穩(wěn)定性、漂移、準(zhǔn)確度等。漂移、準(zhǔn)確度等。1線性度線性度 標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。標(biāo)定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。假設(shè)在標(biāo)稱全量程輸出范圍假設(shè)在標(biāo)稱全量程輸出范圍A內(nèi)，標(biāo)定曲線偏

18、內(nèi)，標(biāo)定曲線偏離擬合直線的最大偏向?yàn)殡x擬合直線的最大偏向?yàn)锽，那么定義非線性度為，那么定義非線性度為 線性度線性度=(B/A)100% 線性度圖線性度圖 擬合直線實(shí)際直線法、端點(diǎn)擬合直線實(shí)際直線法、端點(diǎn)平移法、端點(diǎn)線法、最小二乘平移法、端點(diǎn)線法、最小二乘法，該如何確定，目前國(guó)內(nèi)法，該如何確定，目前國(guó)內(nèi)外尚無一致的規(guī)范。較常用的外尚無一致的規(guī)范。較常用的是最小二乘法是最小二乘法 。2 2遲滯遲滯 傳感器在正傳感器在正( (輸入量增大輸入量增大) )反反( (輸入量減小輸入量減小) )行行程中輸出輸入曲線不重合程度稱為遲滯。遲滯誤程中輸出輸入曲線不重合程度稱為遲滯。遲滯誤差普通以正反行程中輸出的最

19、大偏向量與滿量程差普通以正反行程中輸出的最大偏向量與滿量程輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示，即輸出之比的百分?jǐn)?shù)表示，即 %100FSmHH 遲滯特性遲滯特性遲滯特性普通由實(shí)驗(yàn)方法確定。遲滯特性普通由實(shí)驗(yàn)方法確定。3 3反復(fù)性反復(fù)性 指?jìng)鞲衅髟谳斎氚赐环较蜃魅砍萄永m(xù)多次指?jìng)鞲衅髟谳斎氚赐环较蜃魅砍萄永m(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得的特性曲線不一致的程度。反復(fù)性誤差變動(dòng)時(shí)所得的特性曲線不一致的程度。反復(fù)性誤差常用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示。常用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示。 正行程的最大反復(fù)性偏正行程的最大反復(fù)性偏向向?yàn)闉镽max1Rmax1，反行程的最大反，反行程的最大反復(fù)復(fù)性偏向?yàn)樾云驗(yàn)镽max2 Rmax2 。反復(fù)性。

20、反復(fù)性誤差誤差取這兩個(gè)最大偏向之中較大者取這兩個(gè)最大偏向之中較大者為為RmaxRmax，與滿量程輸出之，與滿量程輸出之比比的百分?jǐn)?shù)表示，即的百分?jǐn)?shù)表示，即 %100maxFSRyR 4 4靈敏度靈敏度 傳感器輸出的變化量與引起此變化量的輸入變傳感器輸出的變化量與引起此變化量的輸入變化量之比即為其靈敏度。靈敏度表示傳感器對(duì)被測(cè)化量之比即為其靈敏度。靈敏度表示傳感器對(duì)被測(cè)變化量的反響才干。線性傳感器的靈敏度就是擬合變化量的反響才干。線性傳感器的靈敏度就是擬合直線的斜率，即直線的斜率，即xyk 非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，可表示為非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，可表示為dxdyk 5 5分辨力與閾值

21、分辨力與閾值 分辨力是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定丈量范圍內(nèi)所能檢測(cè)分辨力是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定丈量范圍內(nèi)所能檢測(cè)出被測(cè)輸入量的最小變化值。有時(shí)對(duì)該值用相對(duì)滿出被測(cè)輸入量的最小變化值。有時(shí)對(duì)該值用相對(duì)滿量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示，那么稱為分辨率。量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示，那么稱為分辨率。 閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零點(diǎn)附近的分辨力。小被測(cè)輸入量值，即零點(diǎn)附近的分辨力。 有些傳感器在零位附近有嚴(yán)重的非線性，構(gòu)成有些傳感器在零位附近有嚴(yán)重的非線性，構(gòu)成所謂所謂“死區(qū)，那么將該死區(qū)，那么將該“死區(qū)的大小作為閾值。死區(qū)的大小作為閾值。6 6穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)

22、定性又稱長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即傳感器在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性又稱長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即傳感器在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)堅(jiān)持其原性能的才干。穩(wěn)定性普通以室溫條件下經(jīng)堅(jiān)持其原性能的才干。穩(wěn)定性普通以室溫條件下經(jīng)過規(guī)定時(shí)間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的過規(guī)定時(shí)間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差別來表示，有時(shí)也用標(biāo)定的有效期來輸出之間的差別來表示，有時(shí)也用標(biāo)定的有效期來表示。表示。7 7漂移漂移 漂移是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存漂移是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器的輸出存在著與被測(cè)輸入量無關(guān)的、不需求的變化。漂移常在著與被測(cè)輸入量無關(guān)的、不需求的變化。漂移常包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。 零點(diǎn)漂移

23、或靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移。時(shí)漂是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間有緩慢的變化；溫漂是指由周圍溫度變化所引起的零點(diǎn)或靈敏度的變化。8靜態(tài)誤差(準(zhǔn)確度) 靜態(tài)誤差是指?jìng)鞲衅髟谄淙砍虄?nèi)任一點(diǎn)的輸出值與其實(shí)際輸出值的偏離程度。是系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合影響程度的評(píng)價(jià)目的。 靜態(tài)誤差的求取方法如下：把全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上對(duì)應(yīng)值的殘差，看成是隨機(jī)分布，求出其規(guī)范偏向，即nniyn12)(11 取取22或或33值即為傳感器的靜態(tài)誤差。值即為傳感器的靜態(tài)誤差。 靜態(tài)誤差是一項(xiàng)綜合性目的，它根本上包含了靜態(tài)誤差是一項(xiàng)綜合性目的，它根本上包含了前述的非線性誤差、遲滯誤差、反復(fù)性誤差等。所以前

24、述的非線性誤差、遲滯誤差、反復(fù)性誤差等。所以也可以把這幾個(gè)單項(xiàng)誤差綜合而得，即也可以把這幾個(gè)單項(xiàng)誤差綜合而得，即222RHL 2.2.傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的呼應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于傳感器本身及呼應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性取決于傳感器本身及輸入信號(hào)的方式。輸入信號(hào)的方式。 因此，工程上常采用正弦函數(shù)和單位階躍函數(shù)作為因此，工程上常采用正弦函數(shù)和單位階躍函數(shù)作為“規(guī)規(guī)范信號(hào)函數(shù)，對(duì)傳感器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)展分析，從而確定范信號(hào)函數(shù)，對(duì)傳感器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)展分析，從而確定評(píng)價(jià)傳感器動(dòng)態(tài)特性的目的。評(píng)價(jià)傳感器動(dòng)態(tài)

25、特性的目的。1頻率呼應(yīng)特性頻率呼應(yīng)特性 傳感器的頻率呼應(yīng)函數(shù)為傳感器的頻率呼應(yīng)函數(shù)為01110111)()()()()()()()(ajajajabjbjbjbSGjGnnnnmmmmjS 對(duì)系統(tǒng)輸入正弦鼓勵(lì)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸入正弦鼓勵(lì)信號(hào)x(x)=Asin(2ft)x(x)=Asin(2ft)，在系統(tǒng)，在系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，丈量輸出和輸入的幅值比和相位差。這樣可到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，丈量輸出和輸入的幅值比和相位差。這樣可以得到頻率以得到頻率f f下系統(tǒng)的傳輸特性。從系統(tǒng)的最低丈量頻率下系統(tǒng)的傳輸特性。從系統(tǒng)的最低丈量頻率fminfmin到系統(tǒng)的最高丈量頻率到系統(tǒng)的最高丈量頻率fmaxfmax，按一定的增量方式逐

26、漸，按一定的增量方式逐漸添加正弦鼓勵(lì)信號(hào)頻率添加正弦鼓勵(lì)信號(hào)頻率f f，記錄各頻率對(duì)應(yīng)的幅值比和相位，記錄各頻率對(duì)應(yīng)的幅值比和相位差，繪制在圖上就可以得到系統(tǒng)的幅頻和相頻特性曲線。差，繪制在圖上就可以得到系統(tǒng)的幅頻和相頻特性曲線。 2 2階躍呼應(yīng)特性階躍呼應(yīng)特性 對(duì)一階系統(tǒng)來說，對(duì)系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)，測(cè)得對(duì)一階系統(tǒng)來說，對(duì)系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)，測(cè)得系統(tǒng)的呼應(yīng)信號(hào)。取系統(tǒng)輸出值到達(dá)最終穩(wěn)態(tài)值的系統(tǒng)的呼應(yīng)信號(hào)。取系統(tǒng)輸出值到達(dá)最終穩(wěn)態(tài)值的63%63%所經(jīng)過的時(shí)間作為時(shí)間常數(shù)所經(jīng)過的時(shí)間作為時(shí)間常數(shù) 。 對(duì)二階系統(tǒng)來說，對(duì)系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)，測(cè)得對(duì)二階系統(tǒng)來說，對(duì)系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)，測(cè)得系統(tǒng)的呼應(yīng)信號(hào)。從而可

27、以測(cè)出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參系統(tǒng)的呼應(yīng)信號(hào)。從而可以測(cè)出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。數(shù)。 五、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)五、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1.傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)好后，其輸出與輸入的關(guān)傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)好后，其輸出與輸入的關(guān)系并不知道，只需經(jīng)過標(biāo)定才干獲得。系并不知道，只需經(jīng)過標(biāo)定才干獲得。 利用規(guī)范設(shè)備產(chǎn)生知的非電量規(guī)范，利用規(guī)范設(shè)備產(chǎn)生知的非電量規(guī)范，或用基準(zhǔn)量來確定傳感器電輸出與非電量輸或用基準(zhǔn)量來確定傳感器電輸出與非電量輸入關(guān)系的過程，稱為標(biāo)定。入關(guān)系的過程，稱為標(biāo)定。1標(biāo)定設(shè)備標(biāo)定設(shè)備 規(guī)范信號(hào)發(fā)生器、輸出信號(hào)測(cè)試儀器。規(guī)范信號(hào)發(fā)生器、輸出信號(hào)測(cè)試儀器。 2靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定 輸入知規(guī)范

28、非電量，測(cè)出傳感器的輸出，給出標(biāo)定輸入知規(guī)范非電量，測(cè)出傳感器的輸出，給出標(biāo)定曲線、標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)，計(jì)算出傳感器系統(tǒng)曲線、標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)，計(jì)算出傳感器系統(tǒng)的靜態(tài)特性。的靜態(tài)特性。3動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定 用于確定傳感器的動(dòng)態(tài)性能目的。用于確定傳感器的動(dòng)態(tài)性能目的。 2.傳感器的校準(zhǔn)傳感器的校準(zhǔn) 傳感器需求定期檢測(cè)其根本性能參數(shù)，以斷定其傳感器需求定期檢測(cè)其根本性能參數(shù)，以斷定其能否可以繼續(xù)運(yùn)用。假設(shè)能繼續(xù)運(yùn)用，那么應(yīng)對(duì)其能否可以繼續(xù)運(yùn)用。假設(shè)能繼續(xù)運(yùn)用，那么應(yīng)對(duì)其變化的主要目的進(jìn)展修正。確定傳感器的丈量精度變化的主要目的進(jìn)展修正。確定傳感器的丈量精度的過程，稱之為傳感器的校準(zhǔn)。的過程，稱之為

29、傳感器的校準(zhǔn)。 六、改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑六、改善傳感器性能的主要技術(shù)途徑 傳感器性能目的多方面，企圖要求各目的都很傳感器性能目的多方面，企圖要求各目的都很高，不論是設(shè)計(jì)或是制造都很困難，實(shí)踐也沒有高，不論是設(shè)計(jì)或是制造都很困難，實(shí)踐也沒有必要。在運(yùn)用時(shí)，可以確保主要性能目的，放寬必要。在運(yùn)用時(shí)，可以確保主要性能目的，放寬次要性能目的，以提高傳感器的性價(jià)比。同時(shí)，次要性能目的，以提高傳感器的性價(jià)比。同時(shí)，在設(shè)計(jì)和運(yùn)用傳感器時(shí)，還可以采取一些技術(shù)措在設(shè)計(jì)和運(yùn)用傳感器時(shí)，還可以采取一些技術(shù)措施改善傳感器的性能。主要有：施改善傳感器的性能。主要有： 1.差動(dòng)技術(shù)差動(dòng)技術(shù) 設(shè)有一傳感器，其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為設(shè)有一傳感器，其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型為用另一一樣的傳感器，但使其輸入量符號(hào)相反，那用另一一樣的傳感器，但使其輸入量符號(hào)相反，那么么21012 nnyaa xa xa x它的輸出為它的輸出為二者相減得二者相減得于是，有于是，有 消除了零位輸出；消除了零位輸出； 消除了偶次非線性項(xiàng)，得到對(duì)稱于原點(diǎn)的相當(dāng)消除了偶次非線性項(xiàng)，得到對(duì)稱于原點(diǎn)的相當(dāng)寬的近似線性范圍，減小了非線性；寬的近似線性范圍，減小了非線性； 靈敏度提高了一倍；靈敏度提高了一倍； 抵消了共模誤差。抵消了共模誤差。