第三章 节 传感器的一般特性幻灯片.ppt

第三章 传感器的一般特性;引言;传感器的特性包括有： 1.关于输入量的特性 被测物理量 量程或测量范围 过载能力 2.响应特性 1）静态响应特性 精度、重复性、线性度、迟滞回差、灵敏度、分辨率、阀值、稳定性（零点漂移、灵敏度漂移、标定的有效期） 2）动态响应特性 频率响应特性（幅频特性和相频特性） 阶跃响应特性（时间常数、上升时间，过冲量、固有频率和阻尼比等）;3.对仪器和环境的要求 输入特性、输出特性、对环境的要求、安装的考虑、其他（电源、附件、重量、尺寸等） 4.可靠性和易行性 标定和测试的方便性、失灵的保险和识别能力、寿命、时间稳定性 5.供应方面的特性 供应的及时性及充足性、使用时所需要的改装或改进、出厂标定数据是否适用、价格、可供借鉴的使用经验 6.其它 如绝缘电阻、横向灵敏度等一些特定的要求;一、对测试装置的基本要求;（二）、测试装置的经济指标;（三）、测试装置的使用条件;§3-1 传感器的静态特性; 灵敏度 非线性度 回程误差 重复性;一、灵敏度;;二、非线性度;非线性度 ?? 测量系统的标定曲线对理论拟合直线的最大偏差与满量程之比 ;工作直线：在标定过程中，我们由小到大再由大到小给予与传感器各种输入值，同时记录传感器的输出值，这样就得到一系列以输入值为自变量输出值为因变量的数据点。它们反映了输入与输出之间的函数关系，称为实际工作曲线，然后用某种方法作一条似合直线法逼近这些数据点。这条拟合直线即为工作直线 线性化：做出工作直线的过程。 线性化方法:端点线性，独立线性，最小二乘线性;l?端点 指与量程的上下极限值对应的标定数据点 方法：将两端点连接起来的直线作为工作直线 ;;方法:找一条直线使各实际标定点与该直线的垂直偏差(即输出量的偏差)的平方和最小,这条直线就叫最小二乘直线,设其为：y=a+bx,然后求出a,b;Date;Date;三、回程误差（迟滞、迟环）;产生回程误差的原因：;四、重复性;§3-2 传感器的动态特性;动态误差 ?? 输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。;二、传感器动态特性的研究方法及其指标; ;正弦输入 幅频特性：幅值和频率的关系 相频特性：相位和频率的关系 指标： 带宽——幅值比不超过某一规定值的频率范围。;动态特性的三种描述方法： 传递函数 ??动态特性的复频域描述 频率响应函数 ??动态特性的频域描述 脉冲响应函数 ??动态特性的时域描述;三、传递函数;定义传递函数： ;H(s)与输入无关，不因x(t) 而异，只反应系统的特性； H(s)只反应系统的响应特性，而和具体的物理结构无关； H(s)虽与输入无关，但对于任一具体的输入x(t)都确定地给出输出y(t)。 ;（二）、环节的串联和并联;并联 ;§3-3 传感器动态特性分析;一、传感器的传递函数及其频率响应 一阶传感器 通式：;? ; 传递函数只反映系统的响应特性而和具体的物理结构无关 ;例1：液柱式温度计 设温度计液柱介质的热容量为C，传导介质的热阻为R 根据热力学原理，温度计的吸热与散热，在略去热损耗的条件应保持平衡 ;例2：简单的RC电路（电系统） ;例3：无质量弹簧阻尼系统（机械系统） ;相似系统——具有相同输出-输入关系的微分方程的系统。 相似量——在微分方程中占有相同位置的量。 这个理论称为相似理论。 相似系统对实验的作用： 1. 机电模拟 2. 模型实验 ;二阶传感器;;幅频特性;Date;§3-4 传感器在典型输入下的动态响应 ;一、单位阶跃响应;一阶系统在u(t)激励下，稳态输出误差理论上为零;当t=?,y(t)=0.632,即为达到稳定值的63.2%，由此可见，?越小，响应曲线越接近阶跃曲线，故?称为时间常数，它是反映一阶动态系统响应优劣的关键数据 t-∞,总的响应才达到最终的稳定值;二阶系统在u(t)激励下，稳态输出误差为零，其响应取决于?和?n ;§3-5 传感器的无失真测试条件;A(?)?常数?幅值失真 这种失真对多频成分信号的影响是严重的，而对于单频成分的信号只导致幅值测量的线性误差。 ?(?)?-t0 ?或0?相位失真 这种失真对多频信号测量就会造成失真，但是如果是单频信号，则一般可忽略相位失真。如果只需测得信号的有效值或功率，则相位失真对多频信号也无影响。;Date; (根据动态测试不失真条件讨论) 一阶传感器：特性参数? 从幅频特性看;从阶跃响应看;二阶传感器：特性参数?n、? 讨论?n ;讨论? ;b