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传感器原理

时间:2023-04-14点击次数:1007

传感器的静态特性

静态特性:传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出——输入关系。

稳定状态指的是被测量趋于稳定,基本不变或变化缓慢。

静态特性指标

重复性:在同一条件下,对同一被测量,沿同一方向,多次重复测量的差异程度。

重复性误差反应的是数据的离散程度,属于随机误差,因此应根据标准偏差计算σ。

测量标准差:

算数平均值的标准差:

由公式可知多次测量可以提高精度。

例题:

线性度

线性度又称非线性,是表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线(作为工作直线)之间的吻合或者偏离程度的指标。通常用相对误差来表示线性度或非线性误差。即

其中△Y ** x表示输出值与理想直线的较大偏差

yFS表示理论满量程输出值

显然,选定的拟合直线不同,计算所得线性度数值不同,选择拟合直线应该保证获得的尽量小的非线性误差。

获取拟合直线的方法:

对于不同的获取拟合直线的方法,得到的线性度是不一样的,没有绝对的可比性。

分辨力

指传感器在规定范围内所能检测出的被测输入量的较小变化量。

该值相对满量程输入值的百分数,称为分辨率。

灵敏度

灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量的比值。线性传感器的灵敏度就是拟合直线的斜率,非线性传感器的灵敏度不是常数。

灵敏度的正负只代表输出与输入的直接变化趋势是否相同,绝对值大小才反应传感器灵敏的高与低。

稳定性

又称长期稳定性,即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力,稳定性一般以室温条件下经过一规定的时间间隔后,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示。

漂移

漂移指在一定时间间隔内,传感器存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。

静态误差(精度)

静态误差是评价传感器静态性能的综合性指标,指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离程度,它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。

静态误差的计算方法:

例题:

做题的时候只要记住相对误差=绝对误差/测量值,相对误差是精度的一种。

传感器的动态特性

动态特性反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。

实际测量时输入量是千变万化的,且往往事先并不知道,故工程上采用输入标准信号函数的方法进行分析,并据此确立若干评定动态特性的指标。常用的标准信号函数是正弦函数与阶跃函数。

传感器的动态模型

微分方程:

传递函数:

动态特性

将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器,其输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系称为频率响应特性。

阶跃响应特性

当给静止的传感器一个单位阶跃信号时,其输出信号称为阶跃响应。衡量阶跃响应的指标有


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