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传感器特性与参数详解

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。上述指标若用满量程的百分比表示,称为分辨率,分辨率与传感器的稳定性有负相关性。

传感器特性与参数详解

(1)传感器的静态特性

传感器的静态特性是指对静态输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有的相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系叫做传感器的静态特性。传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或用一条以输入量为横坐标,与其对应的输出量为纵坐标画出的特性曲线来描述。

表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性漂移等。

1)线性度。通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线,线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。

拟合直线的选取有多种方法,如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的二次方和最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为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与满量程输出值之比。

2)灵敏度。灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标,其定义为传感器在稳态工作情况下,输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比,用S表示。

灵敏度是输出—输入特性曲线的斜率,如果传感器的输出和输入之间呈线性关系,则灵敏度S是一个常数。否则,它将随输入量的变化而变化。

例如某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。

提高灵敏度,可得到较高的测量精度,但灵敏度越高,测量范围越窄,稳定性往往也越差。(www.xing528.com)

3)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。对于同一大小的输入量,传感器的正、反行程输出量大小不相等,这个差值称为迟滞差值。

4)重复性。重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时,所得特性曲线不一致的程度。

5)漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下,传感器输出量随着时间变化的现象。产生漂移的原因有两个方面:一是传感器自身结构参数;二是周围环境(如温度、湿度等)。

6)分辨力。当传感器的输入从非零值缓慢增加时,在超过某一增量后输出发生可观测的变化,这个输入增量称为传感器的分辨力,即最小输入增量。分辨力即是传感器可感受到的被测量的最小变化的能力,也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化,在输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的;只有当输入量的变化超过分辨力时,其输出才会发生变化。

通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同,因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示,称为分辨率,分辨率与传感器的稳定性有负相关性。

7)阈值。当传感器的输入从零值开始缓慢增加时,在达到某一值后输出发生可观测的变化,这个输入值称为传感器的阈值电压

(2)传感器动态特性

所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示,这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

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