傳感器基本特性2

傳感器與測試技術(shù)什么是傳感器？課前回顧自動系統(tǒng)傳感器是將被測量轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。第二章

傳感器的基本特性

從系統(tǒng)角度看，一種傳感器就是一種系統(tǒng)。而一個系統(tǒng)總可以用一個數(shù)學(xué)方程式或函數(shù)來描述。即用某種方程式或函數(shù)表征傳感器的輸出和輸入的關(guān)系和特性，從而，用這種關(guān)系指導(dǎo)對傳感器的設(shè)計、制造、校正和使用。通常從傳感器的靜態(tài)輸入-輸出關(guān)系和動態(tài)輸入-輸出關(guān)系兩方面建立數(shù)學(xué)模型。傳感器的數(shù)學(xué)模型概述一、靜態(tài)模型

靜態(tài)模型是指在輸入信號不隨時間變化的情況下，描述傳感器的輸出與輸入量的一種函數(shù)關(guān)系。如果不考慮蠕動效應(yīng)和遲滯特性，傳感器的靜態(tài)模型一般可用多項式來表示：1.靈敏度（在靜態(tài)情況下）

K為常數(shù)可帶來如下便利：①簡化傳感器的理論分析和計算；②便于傳感器的標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理；③有利于安裝調(diào)試，確保測量精度。當(dāng)傳感器的靈敏度為常數(shù)時，輸出—輸入關(guān)系為：式中k——為靈敏度a0、k

確定了傳感器的所有輸出—輸入關(guān)系。常稱這類傳感器為線性傳感器。2.1靜態(tài)特性靈敏度的解釋由圖可知靈敏度k

是特性曲線上某點的切線斜率。如果特性曲線是直線，則k為常數(shù)；如果特性曲線是非線性的，則k是變化的。——最大非線性誤差；——傳感器的滿量程輸出值。當(dāng)滿足使用誤差的要求時，就可以用線性代替非線性。2.線性度:輸出量--輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離擬合直線的最大偏差，稱非線性誤差或線性度。可用相對誤差表示:理論線性度以零點（0％）為起始點，滿量程輸出（100％）為終止點，連接這兩點的直線（y=kx）即為理論直線。由此計算出的線性度——稱為理論線性度（絕對線性度）。理論直線最大誤差實際曲線理論線性度擬合直線：端基線性度以零點輸出的平均值為起始點，滿量程輸出平均值為終止點，連接這兩點的直線（y=a0+kx）即為端基擬合直線。由此計算出的線性度——稱為端基線性度。擬合直線：a0——被測量為零時的傳感器輸出值。端基線性度平均選點線性度將標(biāo)定出的全部數(shù)據(jù)分成近似相等的兩組，分別求其點系中心坐標(biāo)為：連接兩點得擬合直線。式中：平均選點線性度獨立線性度作兩條與端基直線平行的直線，使之恰好包圍所有的標(biāo)定點，然后在這一對平行線之間作一條等距直線，使實際輸出特性相對于所選擬合直線的最大偏差值和最小偏差值相等。也稱端基平行直線。獨立線性度分段線性化這種方法被稱為折線逼近法，通常用精密折點電路實現(xiàn)，也可在具有CPU的測量裝置中非常方便的用軟件實現(xiàn)。分段線性化的線性度則分段按端基線性度計算，取其最大者。3．分辨率與閾值：傳感器在規(guī)定的范圍所能檢測輸入量的最小變化量。閾值是使傳感器的輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零點附近的分辨力。4.遲滯（滯環(huán)）傳感器在正向（被測量增大）和反向（被測量減小）時，輸出特性曲線不重合的程度，稱為遲滯（滯環(huán)）。

遲滯：產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因有傳感器機械部分存在不可避免的缺陷，如軸承摩擦、間隙、緊固件松動、材料的內(nèi)摩擦、積塵等，以及磁滯和電元件的單向特性等等。

被測量增大被測量減小最大誤差5.重復(fù)陽性：輸入兇量按覺同一津方向歇作全悼程多字次測霞試時責(zé)，所總得特欠性曲停線不晚一致省的程造度。圖2-4重復(fù)性yx0Rmax2Rmax1傳感良器的伙其他亭性能扮指標(biāo)1．穩(wěn)污定性保：表刪示傳飲感器軟維持耐其性姑能參往數(shù)（爛如靈兼敏度永、線床性度伶等）盼長時乎間不塞變化告的能稱力。銜如在孩某條斜件和譯環(huán)境辦下用另“個月忙不超配過%滿量任程輸飲出”館給傳翼感器垮標(biāo)定京的有動效期垃，超仰過穩(wěn)誤定期燥限，宰傳感奪器應(yīng)晨重新鴿標(biāo)定跳其主質(zhì)要的惰性能貸參數(shù)廟。否母則，屈測量洲誤差饅將會飼超出摸允許渾范圍籮，造刪成測麻量結(jié)懇果的冷不精籃確。2．零半漂：迫表示愚在零殿輸入慮狀態(tài)泰下傳矮感器嗚的輸絹出漂孩移，未通常萍有兩腎種情怎況。（1）時漢間零慰漂：援指在涼規(guī)定瞧時間服內(nèi)，刊規(guī)定江的使芽用條只件下館傳感漿器的具零輸捐出漂鞠移。（2）溫緣瑞漂：銅指在魔其它害規(guī)定辦使用毫條件應(yīng)不變陰的情糠況下爭，溫廚度每壩增加10C，傳感薦器的受零輸織出漂幼移。概零漂闊可以臭用變宿化值欺本身配來表至示，鳴也可廉以用架變化鏟值與槍滿量儲程輸原出的桿百分犧比來圓表示冷。3．輸悄入特持性：讓在測鑒量過波程中騰，傳凱感器焦成為膜被測遵對象濕的負(fù)四載時佳，將塞產(chǎn)生消“載篩荷”莫效應(yīng)柿。如販測力則傳感陪器測匪量運飲動機鐘械的屬動態(tài)灰力時芹，由于言傳感襪器存棗在質(zhì)而量M和剛衣性K，必然喬要吸削收運遵動機威械的皆部分譯能量像轉(zhuǎn)換汽成動山能和六彈性道勢能儲。因而截，使城得被管測對睡象偏你離了脅其本碌來的罷工作狹狀態(tài)圈，會區(qū)給測倦量結(jié)河果帶軟來誤榮差。要“載演荷”踢效應(yīng)袍產(chǎn)生島的原由因主羨要是仇傳感喪器的脾輸入跪“阻謝抗”槳。在芝測量兄靜態(tài)亞變量辨（如豬力、糠壓力甩等）租，就慎象電趟學(xué)中古測量秒電壓曲和電爭勢一造樣，猶希望谷傳感痰器的劉輸入箱“阻乳抗”爸越大玻越好念，這濤樣在愁單位走時間史內(nèi)吸放收被翅測對月象的貧能量冠就少更；相蝦反，限測量核動態(tài)倉變量腰（如宜速度告、加割速度架、流鐮量等鼠），色就象過電學(xué)障里測墳電流堤，希左望傳膜感器爽的輸鑼入“崗阻抗?jié)u”越兼小越獸好。4．輸箏出特啦性：輝傳感枝器的鼓輸出霉端都喚要與墾一些僑后續(xù)拖的處片理電協(xié)路、配傳輸告電路跌或儀潤表等網(wǎng)相連港接。呀因此衰，存嚷在傳橫感器僑的輸愚出阻貞抗與見后續(xù)代裝置駁輸入吼的匹絮配問觀題。際選擇規(guī)傳感殼器時膜，要落了解咽傳感螞器的輸出畢電量傘的形倚式和窯輸出泊阻抗妖值。5．可欲靠性揚：指理規(guī)定揪的工患作條駝件和壩工作幼時間伸內(nèi)傳捎感器秘保持肥原有貢性能猴指標(biāo)沫的能星力。愁傳感趟器在氧有效幸的壽瞞命期饒內(nèi)，氏如不傷超過直規(guī)定脫的工墻作條估件，概其測昆量結(jié)符果應(yīng)彎是真榴實可飼信的勻。傳謝感器駝作為侮任何翠系統(tǒng)羨的主汽要部堅件其牧可靠費性將遍影響貝系統(tǒng)耐的壽匪命，漆可靠碧性指臘標(biāo)應(yīng)椅得到毒使用幣者的孩重視扯。6．對脫環(huán)境掉的要喝求：捐由于館傳感倦器的險工作滴原理四及結(jié)令構(gòu)等朱的不肅同，睬受外與界因喜素（軍溫度患、蔑濕度呆、磁厭場振黃動、著化學(xué)代腐蝕握、防得爆、慰防火宴等）摸的影哥響不率同。記使用望傳感興器時牢，必議須了貪解傳期感器脂的使泥用條犯件，艙針對票使用擾環(huán)境序合理超的選晃擇傳售感器鏡。7．安怨裝要飯求：義選用釣的傳不感器沒應(yīng)易顯于安念裝、紡維護饞和更緊換。2.禁2動態(tài)裝特性動態(tài)佳特性蹄指傳炒感器誰對隨必時間珠變化斤的輸便入量燈的響牧應(yīng)特術(shù)性。被測勤量隨絕時間館變化典的形軋式可麻能是盡各種賠各樣宗的，暑只要貿(mào)輸入救量是債時間彈的函膏數(shù)，哥則其檔輸出朝量也幸將是倆時間檔的函第數(shù)。雜通?？把芯繒瀯討B(tài)級特性吉是根責(zé)據(jù)標(biāo)乳準(zhǔn)輸汪入特甩性來驚考慮恰傳感蚊器的擾響應(yīng)謎特性蒸。標(biāo)準(zhǔn)足輸入逗有三籮種：經(jīng)常這使用李的是撇前兩邁種。正弦習(xí)變化霜的輸沖入階躍況變化頃的輸璃入線性向輸入2.冠2傳感頁器的污動態(tài)擇特性是指田傳感烤器對共動態(tài)荷激勵鑄（輸賊入）腫的響及應(yīng)（趨輸出爐）特康性，蝦即其牧輸出糾對隨護時間崗變化徑的輸白入量西的響燒應(yīng)特揪性一個拖動態(tài)公特性喪好的感傳感之器，裁其輸滅出隨速時間蒼變化濤的規(guī)戀律，另將能滋再現(xiàn)純輸入議隨時攔間變研化的救規(guī)律挎，即掌具有墊相同艦的時債間函滔數(shù)動態(tài)掛特性肝分析階躍獨響應(yīng)居與時證域性組能指澤標(biāo)響應(yīng)煌時間ts：t1或t2。體現(xiàn)魂了將猾被測蹤蝶量轉(zhuǎn)剩換成繁電量生的快在速性壩。1—一階具系統(tǒng)當(dāng)或二跡階過首阻尼錯系統(tǒng)2—二階霧欠阻辭尼系散統(tǒng)過沖底量（壘超調(diào)棟量）否：表達鋪了傳柄感器區(qū)在響肆應(yīng)過因程的平呆穩(wěn)性鐵。2.創(chuàng)2.壯1傳感膚器的汪數(shù)學(xué)毒模型線性接時不撓變系垃統(tǒng)理涂論來掀描述爸傳感等器的廢動態(tài)彈特性用常度系數(shù)助線性殖微分位方程煤（線飲性定程常系速統(tǒng)）轉(zhuǎn)表示賊傳感旗器輸誕出量公與輸捎入量舅的關(guān)驗系線性刪時不志變系戲統(tǒng)有兩個盒重要污的性龍質(zhì)疊加甩性如果則：頻率牛保持就特性如果則：2.過2.尿2傳遞煩函數(shù)特性廳關(guān)系熊式：拉氏冊變換梁：變形麥：傳遞牧函數(shù)墾：2.鉛2.趣3頻率銅響應(yīng)列函數(shù)傅立店葉變偵換得雄到頻庸率響燈應(yīng)特齊性：指數(shù)渴表示屈：幅頻除特性夏：相頻惕特性盾：2.悼2.蝦4傳感斥器的辜動態(tài)確特性母分析1、一跟階傳嫂感器伙的頻應(yīng)率響睡應(yīng)時間某常數(shù)效越小吐，何越接帖近常平數(shù)1，胸越接斥近0，頻痕率響礎(chǔ)應(yīng)特蛛性越巡壽好。2、二滴階傳仁感器頂?shù)念l衰率響因應(yīng)2.悟3傳感漆器的爺標(biāo)定絕與校壺準(zhǔn)傳感逢器的標(biāo)定是利拌用某錢種標(biāo)浸準(zhǔn)儀蛾器對買新研捏制或捏生產(chǎn)捐的傳灘感器駛進行茫技術(shù)威檢定骨和標(biāo)救度；備它是耽通過痛實驗偵建立姓傳感姓器輸奧入量飽與輸跑出量感間的員關(guān)系攏，并療確定閣出不為同使屬用條澡件下稿的誤病差關(guān)疤系或坡測量喬精度嚴(yán)。傳感地器的校準(zhǔn)是指犧對使贈用或伶儲存驚一段鼓時間劫后的冰傳感夏器性飛能進蓮行再田次測歪試和魂校正乒，校飛準(zhǔn)的蒜方法違和要肚求與練標(biāo)定崇相同