传感器的基本特性与测量误差的概念和分类 .ppt

第一页，共二十一页，2022年，8月28日 2、传感器的组成 被测量 敏感 元件 转换 元件 转换 电路 输出 电参数 电量 第二页，共二十一页，2022年，8月28日 3、传感器的分类 按结构分： A 电量传感器 简单型 B 电参数传感器 C 电参数传感器 （加二次转换元件及转换电路） 第三页，共二十一页，2022年，8月28日 复合型 +△ x 正向传感器 +△ y 被测量 转换电路 双倍输出 -△ x 反向传感器 -△ y 特点： 灵敏度高，抗干扰性好，线性好 CH CL PH PL d0 Δd d0 -Δd d0 +Δd 第四页，共二十一页，2022年，8月28日 其它分类： 1、根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等 2、根据工作原理可分为：电阻式、电感式、电容式及电势式等。 3、根据输出信号的性质可分为：模拟式传感器、和数字式传感器。 即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字 4、根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。 第五页，共二十一页，2022年，8月28日 二、传感器的基本特性 静特性：线性度、迟滞 、重复性、 灵敏度 动特性 1、静特性 （在静态标准条件下进行效准的） 1） 线性度：对于实际的传感器测出的输出—输入校准（标定）曲线与其 论拟和直线间的偏差就称为该曲线的“非线性”或 “线性度”。 理想的拟合直线：能反映校准曲线的一般趋势，又能使误差绝对值为最小的曲线。 第六页，共二十一页，2022年，8月28日 传感器如果没有迟滞及蠕变效应，其静态特性可用下列多项式代数方程来表示： у =a0+a1χ+a2χ2+···+anχn （4 — 1） 式中， χ为输入量（被测量）； у为输出量； a0为0位输出；a1为传感器灵敏度，常用 κ表示；a2。··· 。an为非线性项的代定常数。这种多项式代数方程有四种情况： （1） 理想线性，在这种情况下a0 = a2 = ··· = an= 0 ，因此得到： у = a1χ （ 4 — 2） 因为直线上任何点的斜率都相等，所以传感器的灵敏度为 a1 = y/χ = κ = 常数 （ 4 — 3） 第七页，共二十一页，2022年，8月28日 （2）在坐标原点附近相当范围内输出—输入特性基本呈线性，在此情况下式（4 —1）中除线性项外只存在奇次非线性项，即： a0=a2= ··· =an=0，因此得到： у = a1χ +a3χ 3+a5χ 5+ ··· （4 — 4） 对应的曲线为 у(χ) = –y(– χ) (3) 输出—输入特性曲线不对称，这时在式（4 —1）中，除线性项外非线性项只是偶次项，即： у = a1χ +a2χ 2+a4χ 4+ ··· （4 — 5） (4) 普遍情况下都是（4 — 1）所对应的特征。 第八页，共二十一页，2022年，8月28日 p ū0 ūF.S. pS 0 u p ūF.S.–ū0 ū0 ūF.S. pS 0 u p ū0 ūF.S. pS 0 u 第九页，共二十一页，2022年，8月28日 线性度的定义和表达方法： （1） 基本表达方法：线性度通常用相对误差来表示其大小，即相对应的最大偏差与传感器满量程（F.S .)输出之比%）： e?= ±（△max/ △F.S.）×100% （4—6） 式中， e?为非线性误差（线性度）； △max为输出平均值与基准拟和直线的最大偏差； △F.S.为传感器满量程输出的平均值。 （2）不同线性度的定义和表达方法： A 端基线性度——把传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输出平均值连成直线，作为传感器特性的拟和直线，其方程式为： y=b+ κχ (4—7) 式中，y为输出量；x为输入量；b为y轴上的截距；k为直线的斜率。 第十页，共二十一页，2022年，8月28日 下图为一只压力传感器的输出—输入实测曲线，根据端基法作拟和直线，其方程式对应于式（4—7）可得： b= ū0 ； κ= (ūF.S.–ū0)/pS ——这种方法简单直观，应用广泛，但是拟和精度