檢測與轉(zhuǎn)換分解

檢測與轉(zhuǎn)換分解第一頁，共102頁。第二頁，共102頁。信息采集信息傳輸信息處理傳感器技術(shù)通信技術(shù)計算機(jī)技術(shù)傳感器陣列智能傳感器Internet3GPC信息技術(shù)(IT)三大基礎(chǔ)第三頁，共102頁。自動控制系統(tǒng)：應(yīng)用控制裝置自動地、有目的地控制或操縱機(jī)器設(shè)備或過程，使之具有一定的狀態(tài)和性能，這樣的系統(tǒng)就是自動控制系統(tǒng)。溫度傳感器電加熱器電爐計算機(jī)系統(tǒng)加熱器控制器打印機(jī)報警器電爐控制系統(tǒng)組成框圖控制器被測對象傳感器信號變換處理可用信號被測量顯示記錄輸出單元給定信號第四頁，共102頁。汽車應(yīng)用第五頁，共102頁。在汽車中的應(yīng)用日新月異發(fā)動機(jī)：向發(fā)動機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機(jī)的工作狀況信息，對發(fā)動機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等

汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車身：提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測距、圖象等第六頁，共102頁。船舶和海洋工程應(yīng)用第七頁，共102頁。第八頁，共102頁。課程概述28理論＋8實(shí)驗主要內(nèi)容傳感器與檢測概論傳感器基本特性電阻傳感器電容傳感器電感傳感器熱電傳感器壓電傳感器（應(yīng)變式）光電傳感器霍爾傳感器半導(dǎo)體傳感器（氣敏、濕敏）超聲波傳感器數(shù)字式傳感器新型傳感器

本課程的任務(wù)和目的（教材2，P3）第九頁，共102頁。參考書目《傳感器與檢測技術(shù)》，鄧長輝，大連理工大學(xué)出版社，2012版《檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》，董愛華，中國電力出版社，2007版，高等教育“十一五”規(guī)劃教材《傳感器技術(shù)及應(yīng)用》，樊尚春，北京航空航天大學(xué)出版社，2004版第十頁，共102頁。檢測與傳感器技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)一

概述：了解課程內(nèi)容任務(wù)二測量與測量誤差任務(wù)三了解傳感器的定義、組成、分類任務(wù)四掌握傳感器基本特性

第十一頁，共102頁。1檢測技術(shù)的概念2檢測技術(shù)的作用3自動檢測系統(tǒng)的組成4自動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢任務(wù)一概述：了解課程內(nèi)容第十二頁，共102頁。1檢測技術(shù)的概念檢測定義：利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過檢查與測量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過程稱為檢測技術(shù)。第十三頁，共102頁。檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)是自動檢測技術(shù)與自動轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱，是信息技術(shù)的重要組成部分。它是以研究自動檢測系統(tǒng)中的信息的提取、信息轉(zhuǎn)換以及信號處理的理論和技術(shù)為主要內(nèi)容的一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。第十四頁，共102頁。自動檢測系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)流量傳感器中間轉(zhuǎn)換電路壓力傳感器中間轉(zhuǎn)換電路溫度傳感器中間轉(zhuǎn)換電路微機(jī)打印機(jī)報警器液壓元件檢測試驗臺系統(tǒng)組成框圖自動檢測系統(tǒng)：是自動測量、自動計量、自動保護(hù)、自動診斷等諸系統(tǒng)的統(tǒng)稱。被測對象傳感器信號變換處理顯示記錄輸出單元可用信號被測量第十五頁，共102頁。3 自動檢測系統(tǒng)的組成第十六頁，共102頁。

把傳感器輸出的電量變成具有一定驅(qū)動和傳輸能力的信號，以推動后級的顯示電路、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號處理電路第十七頁，共102頁。模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示及記錄儀等。模擬顯示：直觀顯示器數(shù)字顯示：準(zhǔn)確，但最后一位經(jīng)常跳動不止。第十八頁，共102頁。圖像顯示：能顯示復(fù)雜的圖形和曲線，但價格昂貴。第十九頁，共102頁。記錄儀：主要用來記錄被檢測對象的動態(tài)變化過程第二十頁，共102頁。主要是指計算機(jī)，將復(fù)雜的系統(tǒng)用到頻譜分析儀。數(shù)據(jù)處理裝置第二十一頁，共102頁。通常是指各種繼電器，電磁鐵、電磁閥門、電磁調(diào)節(jié)閥、伺服電動機(jī)等，它們在電路中是起通斷、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)等作用的電器設(shè)備。繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二十二頁，共102頁。電磁閥門固態(tài)繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二十三頁，共102頁。電磁調(diào)節(jié)閥報警器執(zhí)行機(jī)構(gòu)第二十四頁，共102頁。4 自動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢新型傳感器無損、非接觸傳感器精密化智能化虛擬化網(wǎng)絡(luò)化微型化集成化第二十五頁，共102頁。應(yīng)用新技術(shù)和新的物理效應(yīng)，擴(kuò)大檢測領(lǐng)域火星車第二十六頁，共102頁。不斷提高檢測系統(tǒng)的測量精度、量程范圍、延長使用壽命、提高可靠性。提高測量精度將量程切換到2V時，最小顯示值為1μV第二十七頁，共102頁。發(fā)展微型化、集成化、智能化、虛擬化的傳感器智能化面部識別技術(shù)單片機(jī)芯片第二十八頁，共102頁。網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測技術(shù)逐步發(fā)展第二十九頁，共102頁。網(wǎng)絡(luò)化傳感器及檢測技術(shù)逐步發(fā)展第三十頁，共102頁。任務(wù)二 測量與測量誤差1 測量的分類2 測量誤差及分類第三十一頁，共102頁。動態(tài)測量與靜態(tài)測量當(dāng)測量系統(tǒng)用于測量快速變化信號(被測量本身隨時間變化而變化)時，稱它處于動態(tài)測量情況，描述儀器進(jìn)行動態(tài)測量時的方程、圖形、指標(biāo)等統(tǒng)稱為動態(tài)特性。當(dāng)測量系統(tǒng)用于測量固定不變的信號或者緩慢變化的信號時，稱它處于靜態(tài)測量情況，描述儀器進(jìn)行靜態(tài)測量的行為的方程、圖形、指標(biāo)等統(tǒng)稱為儀器的靜態(tài)特性。第三十二頁，共102頁。靜態(tài)測量第三十三頁，共102頁。動態(tài)測量第三十四頁，共102頁。接觸測量與非接觸測量第三十五頁，共102頁。直接測量與間接測量第三十六頁，共102頁。在線測量和離線測量第三十七頁，共102頁。測量誤差1.誤差公理：測量結(jié)果與被測量真實(shí)值之差就是測量誤差。它反映了測量質(zhì)量的好壞，所有測量都有誤差，誤差自始至終都存在于所有科學(xué)實(shí)驗和檢測之中。在分析測量誤差時，人們采用的被測量真值是指在確定的時間、地點(diǎn)和狀態(tài)下，被測量所表現(xiàn)出來的實(shí)際大小。一般來說，真值是未知的，所以誤差也是未知的。但有些值可以作為真值來使用。例如理論真值，它是理論設(shè)計和理論公式的表達(dá)值。還有計量學(xué)約定真值，它是由國際計量學(xué)大會確定的長度、質(zhì)量、時間等基本單位。另外，考慮到多級計量網(wǎng)中計量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞，高一級標(biāo)準(zhǔn)器的量值也可以作為相對真值。第三十八頁，共102頁。2.等精度測量：在同一條件下所進(jìn)行的一系列重復(fù)測量。3.非等精度測量：在多次測量中如對測量結(jié)果精確度有影響的一切條件不能完全維持不變。4.真值：被測量本身所具有的真正值。5.實(shí)際值：精度更高一級的標(biāo)準(zhǔn)器具所測得的近似值。6.標(biāo)稱值：測量器具上所標(biāo)出來的值7.示值：由測量器具讀數(shù)裝置所指示出來的被測量的數(shù)值。第三十九頁，共102頁。絕對誤差是儀表的指示值x與被測量的真值x0之間的差值，記做Δ絕對誤差有符號和單位，它的單位與被測量相同。引入絕對誤差后，被測量真值可以表示為式中，c=-Δ

，稱為修正值或校正量，它與絕對誤差的數(shù)值相等，但符號相反。絕對誤差愈小，說明指示值愈接近真值，測量精度愈高。但這一結(jié)論只適用于被測量值相同的情況，而不能說明不同值的測量精度。為此，人們引入了相對誤差的概念。絕對誤差第四十頁，共102頁。相對誤差是儀表指示值的絕對誤差Δ與被測量真值x0的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示，無單位，即表示形式：實(shí)際相對誤差：示值相對誤差：相對誤差使用相對誤差采評定測量精度，也有局限性。它只能說明不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，但不適用于衡量測量儀表本身的質(zhì)量。因為同一臺儀表在整個測量范圍內(nèi)的相對誤差不是定值。隨著被測量的減小相對誤差變大。為了更合理地評價儀表質(zhì)量；采用了引用誤差的概念。第四十一頁，共102頁。引用(滿度)相對誤差引用誤差是絕對誤差與儀表量程上的比值；通常以百分?jǐn)?shù)表示。引用誤差也叫滿度誤差。如果以測量儀表整個量程中，可能出現(xiàn)的絕對誤差最大值Δm代替Δ，則可得到最大引用誤差。對一臺確定的儀表或一個檢測系統(tǒng)，最大引用誤差就是一個定值。第四十二頁，共102頁。準(zhǔn)確度等級顯然，精度等級已知的測量儀表只有在被測量值接近滿量程時，才能發(fā)揮它的測量精度。因此，使用測量儀表時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被測量的大小和測量精度要求，合理地選擇儀表量程和精度等級，只有這樣才能提高測量精度。第四十三頁，共102頁。誤差產(chǎn)生的原因系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差粗大誤差第四十四頁，共102頁。系統(tǒng)誤差也稱裝置誤差，它反映了測量值偏離真值的程度（準(zhǔn)確度）。凡誤差的數(shù)值固定或按一定規(guī)律變化者，均屬于系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是有規(guī)律性的，因此可以通過實(shí)驗的方法或引入修正值的方法計算修正，也可以重新調(diào)整測量儀表的有關(guān)部件予以消除。

系統(tǒng)誤差第四十五頁，共102頁。在同一條件下，多次測量同一被測量，有時會發(fā)現(xiàn)測量值時大時小，誤差的絕對值及正、負(fù)以不可預(yù)見的方式變化，該誤差稱為隨機(jī)誤差，也稱偶然誤差，它反映了測量值離散性的大?。ň芏龋?。隨機(jī)誤差是測量過程中許多獨(dú)立的、微小的、偶然的因素引起的綜合結(jié)果。存在隨機(jī)誤差的測量結(jié)果中，雖然單個測量值誤差的出現(xiàn)是隨機(jī)的，既不能用實(shí)驗的方法消除，也不能修正，但是就誤差的整體而言，多數(shù)隨機(jī)誤差都服從正態(tài)分布規(guī)律。隨機(jī)誤差第四十六頁，共102頁。隨機(jī)誤差的正態(tài)分布規(guī)律長度相對測量值次數(shù)統(tǒng)計第四十七頁，共102頁。a)的系統(tǒng)誤差較小，正確度較高。但隨機(jī)誤差較大，精密度較低。b)的系統(tǒng)誤差較大，正確度較差。但隨機(jī)誤差較小，精密度較高。c)的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都較小，即正確度和精密度都較高。因此精確度高。顯然，一切測量都應(yīng)當(dāng)力求精密而又正確。第四十八頁，共102頁。明顯偏離真值的誤差稱為粗大誤差，也叫過失誤差。粗大誤差主要是由于測量人員的粗心大意及電子測量儀器受到突然而強(qiáng)大的干擾所引起的。如測錯、讀錯、記錯、外界過電壓尖峰干擾等造成的誤差。就數(shù)值大小而言，粗大誤差明顯超過正常條件下的誤差。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗大誤差時，應(yīng)予以剔除。粗大誤差第四十九頁，共102頁。系統(tǒng)誤差-隨機(jī)誤差-粗大誤差第五十頁，共102頁。3.按誤差來源分類（1）工具誤差（2）方法誤差4.按被測量隨時間變化的速度分類（1）靜態(tài)誤差：靜態(tài)誤差是指在測量過程中，被測量隨時間變化很緩慢或基本不變時的測量誤差。（2）動態(tài)誤差：動態(tài)誤差是指在被測量隨時間變化很快的過程中測量所產(chǎn)生的附加誤差。動態(tài)誤差是由于有慣性、滯后等造成的。第五十一頁，共102頁。5.按使用條件分類（1）基本誤差：檢測系統(tǒng)在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下使用時所產(chǎn)生的誤差。檢測系統(tǒng)的精確度由基本誤差決定（2）附加誤差：當(dāng)使用條件偏離規(guī)定條件時，除基本誤差外還會產(chǎn)生附加誤差。第五十二頁，共102頁。誤差的處理（一）、系統(tǒng)誤差的減小或消除1.引入修正值法：

知道修正值后，將測量結(jié)果的指示值加上修正值，就可得到被測量的實(shí)際值。智能傳感器更容易采用該方法。2.零位式測量法：零位式測量法是標(biāo)準(zhǔn)量與被測量相比較的測量方法。其優(yōu)點(diǎn)是測量誤差主要取決于參加比較的標(biāo)準(zhǔn)器具的誤差，該方法要求檢測系統(tǒng)具有足夠的靈敏度。如自動平衡顯示儀表。3.替換法（替代法、代替法）：替換法是用可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)器具代替被測量接入檢測系統(tǒng)，然后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)器具，使檢測系統(tǒng)的指示與被測量接入時相同，則此時標(biāo)準(zhǔn)器具的數(shù)值等于被測量。替換法在兩次測量過程中測量電路及指示器的工作狀態(tài)均保持不變。第五十三頁，共102頁。4.補(bǔ)償法：補(bǔ)償法是替換法的一種特殊形式，相當(dāng)于部分替換法和不完全替換法。5.對照法：在一個檢測系統(tǒng)中，改變一下測量安排，測出兩個結(jié)果。將這兩個結(jié)果互相對照，并通過適當(dāng)處理，可對測量結(jié)果進(jìn)行改正，這種方法稱之為對照法。第五十四頁，共102頁。（二）、隨機(jī)誤差的減小或消除隨機(jī)誤差就單次測量而言是無規(guī)律的，其大小和方向不可預(yù)知，但當(dāng)測量次數(shù)足夠多時，隨機(jī)誤差的總體服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，它具有以下特性：1.集中性：大量重復(fù)測量時所測得的數(shù)值均集中在平均值附近2.對稱性：測量次數(shù)足夠多時，符號相反、絕對值相等的誤差出現(xiàn)的機(jī)會大致相等。3.有限性：絕對值很大的誤差出現(xiàn)的機(jī)會極少，誤差有限。4.抵償性：測量次數(shù)趨于無窮時隨機(jī)誤差的均值為零。第五十五頁，共102頁。（三）、粗大誤差含有粗大誤差的測量數(shù)據(jù)屬于可以值或異常值，應(yīng)予以剔除，以減少和避免粗大誤差的出現(xiàn)。判斷粗大誤差可以從定性和定量兩方面考慮。第五十六頁，共102頁。1傳感器的定義2傳感器的組成3傳感器分類任務(wù)三

了解傳感器的定義、組成、分類第五十七頁，共102頁。傳感器定義根據(jù)國標(biāo)（GB7665-87傳感器通用術(shù)語），傳感器（Transducer/Sensor）定義為：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件（SensingElement）：傳感器中能夠直接感受被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件（TransductionElement）：傳感器中能將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器的定義及其組成第五十八頁，共102頁。對傳感器定義的理解傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它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,因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。物理量電量轉(zhuǎn)換必須按照一定的規(guī)律進(jìn)行。且應(yīng)有一定的精確程度。第五十九頁，共102頁。輸出電量傳感器的構(gòu)成敏感元件：它直接感受被測量，并輸出與被測量城區(qū)定關(guān)系的某一物理量。轉(zhuǎn)換元件：它將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成一定的電路參數(shù)。有時敏感元件和轉(zhuǎn)換元件的功能是由一個元件(敏感元件)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)理電路：它將敏感元件和轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)轉(zhuǎn)換、調(diào)理成一定形式的電量輸出。

敏感元件

轉(zhuǎn)換元件

調(diào)理電路被測量中間量輸出電量電量第六十頁，共102頁。敏感元件的作用通常是將被測量（非電量1）變換成另一個與被測量有確定關(guān)系的非電量2，而非電量2易于通過變換元件轉(zhuǎn)換為電量。例如應(yīng)變式壓力傳感器中的彈性模片就將其被測量（壓力）轉(zhuǎn)換為另一非電量（應(yīng)變）。變換元件通常不直接感受被測量。例如應(yīng)變壓力傳感器中的應(yīng)變片，它并不直接感受壓力，而是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。不是所有的傳感器都能明確的區(qū)分敏感元件與變換元件。傳感器組成的理解第六十一頁，共102頁。傳感器的輸出信號通常需要必要的信號調(diào)節(jié)電路將其進(jìn)行放大或轉(zhuǎn)換，而變成易于傳輸、處理、記錄和顯示的形式。常見的信號調(diào)節(jié)電路有放大器、電橋、阻抗變換器、振蕩器等。信號調(diào)節(jié)電路通常完成傳感器輸出與后續(xù)測量電路之間的匹配。第六十二頁，共102頁。測定油箱內(nèi)油面高度的裝置。所用器材和電路元件如圖所示，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是杠桿的一端，R’是定值電阻，油量表（由電壓表改裝而成）。油面浮標(biāo)上升時，油量表示數(shù)變大；反之，油量表示數(shù)變小。第六十三頁，共102頁。舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器第六十四頁，共102頁。傳感器的分類1)按被測物理量分類常見的被測物理量機(jī)械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,

旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,

壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,

流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場.溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩第六十五頁，共102頁。機(jī)械式,電氣式,磁電式,光學(xué)式,流體式等2)按工作的物理基礎(chǔ)分類:第六十六頁，共102頁。3)按信號變換特征:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.第六十七頁，共102頁。對傳感器的一般要求各種傳感器，由于原理、結(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同，其技術(shù)指標(biāo)也不可能相同。但是有些一般要求，卻基本上是共同的，這就是：①可靠性；②靜態(tài)精度；③動態(tài)性能；④量程；⑤抗干擾能力；⑥通用性；⑦輪廓尺寸；⑧成本；⑨能耗；⑩對被測對象的影響等。第六十八頁，共102頁。傳感器輸入與輸出之間的關(guān)系 被測量為某值時，可用信號輸出應(yīng)該是多少？可用信號輸出為某值時，對應(yīng)的被測量輸入應(yīng)該是什么？ 輸入應(yīng)該按照某種規(guī)律轉(zhuǎn)換為輸出，同時，輸出可以以某種規(guī)律反推出輸入。傳感器被測量輸入可用信號輸出第六十九頁，共102頁。1傳感器的靜態(tài)特性2傳感器的動態(tài)特性任務(wù)四掌握傳感器基本特性第七十頁，共102頁。穩(wěn)定性(零漂)傳感器溫度供電各種干擾穩(wěn)定性溫漂分辨力沖擊與振動電磁場線性滯后重復(fù)性靈敏度輸入誤差因素外界影響

傳感器輸入輸出作用圖輸出取決于傳感器本身，可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時也可以對外界條件加以限制。衡量傳感器特性的主要技術(shù)指標(biāo)第七十一頁，共102頁。1傳感器的靜態(tài)特性靜特性指標(biāo)1、線性度2、靈敏度3、遲滯4、重復(fù)性5、零點(diǎn)漂移6、溫度漂移靜態(tài)特性：輸入量為常量，或變化極慢。第七十二頁，共102頁。靜態(tài)特性曲線可實(shí)際測試獲得。在獲得特性曲線之后，可以說問題已經(jīng)得到解決。但是為了標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理的方便，希望得到線性關(guān)系。這時可采用各種方法，其中也包括硬件或軟件補(bǔ)償，進(jìn)行線性化處理。傳感器的輸出輸入關(guān)系或多或少地存在非線性。在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下，其靜態(tài)特性可用下列多項式代數(shù)方程表示：式中：y—輸出量；x—輸入量；a0—零點(diǎn)輸出；

a1—理論靈敏度；a2、a3、…、an—非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同，決定了特性曲線的具體形式。y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型第七十三頁，共102頁。線性度直線擬合線性化非線性誤差或線性度最大非線性誤差滿量程輸出指傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差與傳感器滿量程輸出的百分比，表達(dá)式：第七十四頁，共102頁。①線性度

線性度又稱非線性誤差，是指測試裝置的輸入和輸出是否保持線性關(guān)系,非線性誤差越小越好。模擬儀表的刻度就可做成均勻刻度，而數(shù)字式儀表就可以不必采用線性化環(huán)節(jié)。線性刻度的測量儀表往往實(shí)際特性偏離其理論上的線性特性，即非線性現(xiàn)象。線性度是衡量實(shí)際曲線偏離理論線性特性曲線程度的指標(biāo)，它以實(shí)際示值與理論值之間差值的最大值和儀表測量范圍之比的百分?jǐn)?shù)表示。第七十五頁，共102頁。

傳感器的輸入輸出是線性關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)：⑴大大簡化傳感器的理論分析和設(shè)計計算；⑵為標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來方便（已知兩點(diǎn)可確定其它點(diǎn)）；⑶使儀表刻度容易，制作、安裝調(diào)試方便；⑷避免了非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。實(shí)際上只有在理想情況下，傳感器的輸入—輸出靜態(tài)特性才呈線性。線性度：傳感器的實(shí)際靜特性曲線偏離某種擬合直線的程度。（“非線性誤差”，通常用相對誤差表示其大小，即相對應(yīng)的最大偏差與傳感器滿量程輸出之比）第七十六頁，共102頁。直線擬合線性化擬合方法：①理論擬合②過零旋轉(zhuǎn)擬合③端點(diǎn)連線擬合④端點(diǎn)連線平移擬合⑤最小二乘擬合

出發(fā)點(diǎn)獲得最小的非線性誤差第七十七頁，共102頁。a.理論擬合擬合直線為傳感器的理論特性，與實(shí)際測試值無關(guān)。方法十分簡單，但一般說較大xyΔLmax第七十八頁，共102頁。b.過零旋轉(zhuǎn)擬合曲線過零的傳感器。擬合時，使xyΔL2ΔL1第七十九頁，共102頁。c.端點(diǎn)連線擬合把輸出曲線兩端點(diǎn)的連線作為擬合直線xyΔLmax第八十頁，共102頁。d.端點(diǎn)連線平移擬合在端點(diǎn)連線擬合基礎(chǔ)上使直線平移，移動距離為原先的一半yxΔLmaxΔL1ΔL2ΔL3第八十一頁，共102頁。作圖法求線性度演示（1—擬合曲線2—實(shí)際特性曲線）第八十二頁，共102頁。e.最小二乘擬合（擬合精度最高）xy=kx+by第八十三頁，共102頁。靈敏度表征傳感器對輸入量變化的反應(yīng)能力靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化值與輸入變化值之比，用K來表示：第八十四頁，共102頁。

(a)線性傳感器(b)非線性傳感器

傳感器的靈敏度

第八十五頁，共102頁。若輸出和輸入都是同一量綱時，則稱為放大倍數(shù)或倍率。例如，一種機(jī)械式位移傳感器當(dāng)輸入信號(位移量)有0.01mm的變化時，輸出信號也是位移量，為10mm，此時

K＝10/0.01＝1000K越大，表示儀器越靈敏。從圖形上看，它表示特性曲線的斜率。

如果特性曲線是一根直線，則K是常數(shù)，意即系統(tǒng)是線性的；如果特性曲線是一根曲線，則K是變量，意即測量系統(tǒng)具有非線性特性，其靈敏度(曲線上各點(diǎn)的斜率)是變化的。K＞0，表示輸出量隨之輸入量的增加而增大；而K＜0，則表示輸出量隨輸入量的增加而減少。

第八十六頁，共102頁。靈敏度作圖第八十七頁，共102頁。作圖法求靈敏度過程xyx1ΔxΔy0切點(diǎn)傳感器特性曲線xmax傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。第八十八頁，共102頁。遲滯傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合的現(xiàn)象稱為遲滯，表達(dá)式：

—正反行程間輸出的最大差值?！獫M量程輸出。第八十九頁，共102頁。遲滯特性xΔHmaxY正行程特性反行程特性影響：分辨力變差希望：遲滯越小越好。第九十頁，共102頁。重復(fù)性傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次