说明传感器的动态特性.ppt

第2章传感器概述
传感器的组成和分类
传感器的基本特性
传感器的组成和分类
传感器—能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器的输出信号—电量,它便于传输、转换、处理、显示等。
电量形式—如电压、电流、电容、电阻等,输出信号的形式由传感器的原理确定。
图2-1 传感器组成方框图
传感器中能直接感受或响应被测量的部分
传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分
对传感器输出的很微弱信号进行放大、运算调制等
信号调理转换电路以及传感器的工作
传感器的组成—通常由敏感元件和转换元件、信号调理与转换电路、辅助的电源组成。
传感器分类方法:
按被测参数分类:如温度、压力、位移、速度等;
按传感器的工作原理分类: 如应变式、电容式、压电式、磁电式等。
本书按工作原理分类方法来介绍各种传感器,而对工程上的被测参数,应着重于如何合理选择和使用传感器。
传感器的基本特性
传感器的静态特性
传感器的静态特性—指被测量(是一个不随时间变化,或随时间变化缓慢的量)的值处于稳定状态时的输出与输入(之间在数值上一般具有一定的对应关系,关系式中不含有时间变量)的关系。
y=a0+a1x+a2x2+…+anxn
传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示:
a0——输入量x为零时的输出量;  a1,a2,…,an——非线性项系数。
各项系数决定了特性曲线的具体形式。
1. 灵敏度—输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比(单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化)。灵敏度S值越大, 传感器越灵敏。
图2-2 传感器的灵敏度
传感器的静态特性的描述—可以用一组性能指标来描述,如灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。
2. 线性度—指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度. 实际遇到的传感器输出与输入关系大多为非线性(如图2-3所示)→引入各种非线性补偿环节(如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理)→使输出与输入关系为线性或接近线性,
图2-3 线性度
如果传感器非线性的方次不高,
输入量变化范围较小时,可用一条
直线(切线或割线)近似地代表
实际曲线的一段,使传感器输入
输出特性线性化,所采用的直线
称为拟合直线。
传感器的线性度的数学描述:指在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值ΔLmax与满量程输出值YFS之比。线性度也称为非线性误差,用γL表示,即
式中: ΔLmax——最大非线性绝对误差; 
YFS——满量程输出值。
图2-4 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
迟滞—传感器在输入量由小到大(正行程)
及输入量由大到小(反行程)变化期间其
输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞
(如图2-5所示)。
迟滞差值—同一大小的输入信号,传感器
的正反行程输出信号大小不相等,这个差
值称为迟滞差值。
迟滞误差—传感器在全量程范围内最大的
迟滞差值ΔHmax与满量程输出值YFS之比称
为迟滞误差,用γH表示,即
(2-4)
图2-5 迟滞特性