第3章传感器理论基础﹝改﹞﹝5﹞.ppt

第3章　传感器理论基础;3.1.1 传感器的定义;包含的概念：;图 3-1 传感器的组成 ;;分类;3.2传感器的基本特性;3.3传感器的一般特性;3.3传感器的一般特性;1.灵敏度;2.线性度(Line);图 3- 5几种直线拟合方法(a) 理论拟合； (b) 过零旋转拟合； (c) 端点连线拟合； (d) 端点平移拟合 ;3.迟滞(Hold);图3-6 迟滞特性;4.重复性(Repeat);5.漂移;;课堂练习(例3-1)　　;解:拟合直线由(0，0)和(5，25)两个端点确定,直线方程为 y=5x 比较线性化后的(xi，yi)各点对应的输出与实际测得的输出，最大线性度误差为 ΔLmax=ΔL1=ΔL2=…=1mV 则线性误差为 灵敏度为 ;　　最大迟滞误差发生在第一循环测量xi=3mm处，为 ΔHmax=ΔH3=2mV 则迟滞误差为 对比上行程之间、下行程之间各点的输出偏差，最大重复性误差 ΔRmax=1 mV 则重复性误差为 ;3.3.2动态特性;--- 相当于一个匀速加载过程;传感器基本动态特性方程;动态特性除了与传感器的固有因素有关之外，还与传感器输入量的变化形式有关。也就是说，我们在研究传感器动特性时， 通常是根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的。 瞬态响应特性——用得较多的标准输入信号有阶跃信号和脉冲信号 　频域响应特性——输入为正弦信号;1.瞬态响应特性（1）;1.瞬态响应特性（2）;1.瞬态响应特性（2）;2.传感器的时域动态性能指标;图 3-11 动态响应指标 (a) 一阶传感器；(b) 二阶传感器;3.频率响应特性;图3-12 一阶传感器的幅频和相频响应曲线;3.频率响应特性;二阶传感器的频率响应特性好坏主要取决于传感器的固有频率ωn和阻尼比ξ。 当ξ1, ωn?ω时, A(ω)≈1, Φ(ω)很小, 此时, 传感器的输出y(t)再现了输入x(t)的波形。通常固有频率ωn至少应大于被测信号频率ω的 3～5 倍, 即ωn≥（3～5）ω。;4.频率响应特性指标;4.频率响应特性指标;例 3-2 有一个温度传感器，其响应曲线如图3-14所示，被测介质温度T1与传感器示值温度T2之间的关系为 其中，τ0=120 s。当介质温度从25℃突升至300℃时，试确定从温度突变时候起，350 s后传感器的示值温度。;图 3-14 温度传感器的响应曲线;　　解：传感器在题意状态是一种阶跃响应。传感器为一阶，其动态响应过程为 温度突变幅值为 t=350 s时的输出为 ;定义：是指利用较高等级的标准器具(或仪器、仪表)对传感器的特性进行刻度标定，或者说通过试验建立传感器的输入量与输出量之间的关系。同时，通过标定也可确定出不同使用条件下的误差关系。 意义：(1) 在投入使用前应对其进行标定，以确定输入/输出的对应关系及相关的误差等性能指标。 (2)在使用过程中定期进行检查，以判断其性能参数是否偏离初始标定的性能指标，确定是否需要重新标定或停止使用。 分类：静态标定和动态标定;6.传感器静态特性标定 ;例如，S型拉力传感器因其具有较高的可靠性和较低的成本，通常用于标准称重，如平台秤、料斗称重系统等，如图。;3-1 传感器通常由哪几部分组成? 为什么说传感器组成的概念还在不断拓展和延伸？ 3-2 传感器的静态特性指标主要有哪些？写出说明及相关表达式。 3-3 用一个时间常数为0.355 s的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？ 3-4 有一个传感器，其微分方程为30 dy/dt+3y=0.15x，其中y为输出电压(mV)，x为输入温度(℃)，写出该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k，并求阶跃输入时传感器的动态响应曲线。　　;3-5 已知某二阶系统传感器的自振频率f0=20 kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围，绘出幅频特性响应曲线。