传感器静态特性

1、传感器原理与应用传感器原理与应用第二章第二章 传感器的一般特性传感器的一般特性 1 1 传感器的静态特性传感器的静态特性（1 1）传感器线性度）传感器线性度（2）传感器的灵敏度传感器的灵敏度（3）传感器的重复性传感器的重复性（4 4）迟滞误差）迟滞误差（5 5）最小检测量和分辨率）最小检测量和分辨率（6 6）漂移）漂移地空学院测控系地空学院测控系 李志华李志华 一、一、 传感器的一般特性传感器的一般特性1 1、静态特性与动态特性定义、静态特性与动态特性定义从输入信号从输入信号不随时间变化不随时间变化或或变化极其缓慢变化极其缓慢的角的角度考虑的传感器特性称为度考虑的传感器特性称为传感器静态特性传

2、感器静态特性。信号信号时间时间静态信号静态信号动态信号动态信号从输入信号从输入信号随时间变化较大随时间变化较大的角度考虑的传感的角度考虑的传感器特性称为器特性称为传感器动态特性传感器动态特性。02 2、传感器静态特性、传感器静态特性（1 1）传感器线性度）传感器线性度输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度称为线性度。一般用非线性误差表示可用下程度称为线性度。一般用非线性误差表示可用下式表示式表示max*100%FSEY 输出量Y输入量XmaxFSY0输出量Y 曲线曲线a a存在零点误差，但并不存在非线性误差。这是存在零点误差，但并不存在非线性误

3、差。这是传感器经常遇到的问题，比如我们在以后章节要学习的传感器经常遇到的问题，比如我们在以后章节要学习的霍尔传感器就存在零点误差，我们可以在调理电路中把霍尔传感器就存在零点误差，我们可以在调理电路中把零点误差处理掉。零点误差处理掉。 曲线曲线b b既既存在零点误差，又存在输入量与输出成反比，存在零点误差，又存在输入量与输出成反比，但并不存在非线性误差。这也是传感器经常遇到的问题但并不存在非线性误差。这也是传感器经常遇到的问题之一，比如我们在以后章节要学习的超声波传感器是这之一，比如我们在以后章节要学习的超声波传感器是这样，我们可以在调理电路中和数据处理中可以解决。样，我们可以在调理电路中和数据

4、处理中可以解决。maxFSYmax*100%FSEY 曲线a曲线b0X（2）传感器的灵敏度传感器的灵敏度定义传感器的灵敏度是其在稳态下输出增量传感器的灵敏度是其在稳态下输出增量与输入增量与输入增量 的比值的比值常用常用 来表示：来表示：对于对于线性传感器线性传感器，其灵敏度就是它的静态特，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图（性的斜率，如图（a a）所示，即：所示，即： YXnSYXXYnYSX0limnXYSXM点0N点非线性传感器的灵敏度是一个变量，如图非线性传感器的灵敏度是一个变量，如图( (b)b)所所示，即用示，即用 表示传感器在其某一工作点的灵敏表示传感器在其某一工作点的灵敏度。度

5、。dydxYXXY0lim=nXYdySXdxM点0（3）传感器的重复性传感器的重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度测试时，所得特性曲线不一致性的程度( (见图见图) )。多次按。多次按相同输入条件测试相同输入条件测试的输出特性曲线越重合，其重复性越的输出特性曲线越重合，其重复性越好，其重复性误差也越小。好，其重复性误差也越小。1m2mnmm ax100%xF SEY YXFSY满量程输出值满量程输出值 1max.inmmm 0传感器为何会产生重复性误差？传感器为何会产生重复性误差？传感器机械部分

6、的磨损、间隙、松动传感器机械部分的磨损、间隙、松动敏感元件内摩擦、积尘敏感元件内摩擦、积尘辅助电路老化和漂移辅助电路老化和漂移 不重复性误差一般属于随机误差性质不重复性误差一般属于随机误差性质,反映的是测量反映的是测量结果偶然误差大小，而不表示与真值之间的差别，有时结果偶然误差大小，而不表示与真值之间的差别，有时重复性很好但可能偏离真值。不重复性误差可以通过校重复性很好但可能偏离真值。不重复性误差可以通过校准测得。准测得。注意注意（4 4）迟滞）迟滞 迟滞特性能表明传感器在正向迟滞特性能表明传感器在正向( (输入量增大输入量增大) )行程和行程和反向反向( (输入量减小输入量减小) )行程期间

7、，输出输入特性曲线不重合行程期间，输出输入特性曲线不重合的程度。对于同一输入的程度。对于同一输入正向和反向行程的差值正向和反向行程的差值用用E E表示表示为为：YXFSYdyidEyyiyidEyy这种现象称为这种现象称为“迟滞迟滞”，E E称为称为迟滞误差迟滞误差。0在整个测量范围内产生的最大滞环误差用在整个测量范围内产生的最大滞环误差用表示，它与满量程输出值表示，它与满量程输出值 的比值称为的比值称为最大迟滞率最大迟滞率max( )mE FSYmax100%FSmEY（5 5）最小检测量和分辨率）最小检测量和分辨率 最小检测量是指传感器能确切反映被测的最低极限最小检测量是指传感器能确切反映

8、被测的最低极限量。最小检测量越小表示传感器检测微量的能力越高。量。最小检测量越小表示传感器检测微量的能力越高。 由于传感器的最小检测量易受噪声的影响，所以一由于传感器的最小检测量易受噪声的影响，所以一般用相当于噪声电平的若干倍的被测量为最小检测量，般用相当于噪声电平的若干倍的被测量为最小检测量，用公式表示为：用公式表示为：CNMKM 为最小检测量为最小检测量C C为系数（与传感器结构类型有关）为系数（与传感器结构类型有关）N N为噪声电平为噪声电平K K 传感器的灵敏度传感器的灵敏度举例举例某电容式气体压力传感器的噪声电平为某电容式气体压力传感器的噪声电平为0.2mV0.2mV，灵敏度，灵敏度

9、K K为为0.5mV/Pa0.5mV/Pa，对于电容传感器一般取系数为，对于电容传感器一般取系数为2 2，则由，则由公式可得其最小检测量：公式可得其最小检测量：0.8CNMPaK传感器的分辨率传感器的分辨率指在规定测量范围内所能检测输入指在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量量的最小变化量minx也可以用该值相对满量程输入值的百分数也可以用该值相对满量程输入值的百分数 来表示。来表示。数字传感器的分辨率可用输出数字指示值最后一位所数字传感器的分辨率可用输出数字指示值最后一位所代表的输入量。代表的输入量。min100%FSxX（6 6）漂移漂移传感器的漂移传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化入量无关的、不需要的变化。传感器的漂移传感器的漂移零点漂移零点漂移灵敏度漂移灵敏度漂移时间漂移时间漂移温度漂移温度漂移零点漂移定义零点漂移定义YXFSY0Y0100FSY0Y零漂温度漂移定义温度漂移定义YTmax0T100MAXFSYT零漂例如如上图所示某压力传感器，其满量程值为1V，温度变化范围为-40度到60度。其输出受温度影响最大偏差为0.2V，则其温漂为：