1.3 传感器特性与技术指标

1.3传感器特性与技术指标

一、理想传感器1.理想传感器特点1）传感器只敏感特定输入量，输出只对应特定输入；2）传感器的输出量与输入量呈惟一、稳定的对应关系，最好为线性关系；3）传感器的输出量可实时反映输入量的变化。2.实际传感器与外界因素二、传感器基本特性

传感器的基本特性：传感器的输入–输出关系特性。静态特性指标；稳定性和可靠性指标；动态特性指标；其它性能指标；数学模型基本特性指标描述方法式中：ΔLmax——最大非线性绝对误差；

YFS——满量程输出值。1.线性度（非线性）传感器的实际输入-输出曲线（校准曲线）与拟合直线之间的吻合（偏离）程度。（一）传感器的静态特性指标灵敏度、线性度、分辨力、迟滞、重复性……作图法求线性度演示

（1—拟合曲线2—实际特性曲线）对于非理想直线特性的传感器，需要进行非线性校正，常采用以下方法。（1）理论拟合（2）过零旋转拟合（3）端点连线拟合（4）最小二乘拟合（5）最小包容拟合第一节传感器的静态特性图1-2各种直线拟合方法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

2.灵敏度其定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。用S表示灵敏度，即信噪比：误码率：SER=传输中的误码数/所传输的总码数×100%3.分辨力（率）分辨力：指传感器能检出被测信号的最小变化量。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加说明，可以认为该表的最后一位所代表的数值就是它的分辨力。一般地说，分辨力的数值小于仪表的最大绝对误差。右表的分辨力为多少？分辨率：将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率，分辨率常以百分比或几分之一表示，是量纲为1的数。

右表的满量程为99.9A，问：该表的分辨力、分辨率为多少？解：分辨力=0.1A分辨率=0.1A÷99.9A≈0.1%分辨力：能检测出的输入量的最小变化量。分辨率：分辨力/满量程值。阈值：即零点附近的分辨力4.测量范围与量程测量范围：[Amin,Amax]量程：5.准确度准确度等级：一般工业用仪表常用准确度等级：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4.06.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。传感器在全量程范围内最大的迟滞差值与满量程之比称为迟滞误差。迟滞误差又称为回差或变差。7.重复性（Repeatability）

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。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值计算，即

或8.电磁兼容性(EMC，ElectromagneticCompatibility)EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰(ElectromagneticDisturbance)不能超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性(ElectromagneticSusceptibility，即EMS)1.稳定性与漂移传感器的漂移:在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因：一是传感器自身结构参数；二是周围环境。

最常见的漂移是零点漂移和灵敏度漂移。（二）稳定性与可靠性指标稳定性：传感器经长期使用后输出特性不发生变化的能力；零漂：传感器在长时间工作的情况下，输入量不变(x=0)而输出量发生的变化，用于指示长时间工作稳定性零漂＝灵敏度漂移：灵敏度随时间而产生变化的现象式中ΔY0

——最大零点偏差；YFS——满量程输出。

2.可靠性

反映传感器和检测系统在规定的条件下，在规定的时间内是否耐用的一种综合性的质量指标。包括：

故障平均间隔时间、平均修复时间、故障率或失效率等。浴盆曲线磨合期又称早期失效期稳定期又称偶然失效期失效期又称衰老失效期“老化”试验：

在检测设备通电的情况下，将之放置于高温环境

低温环境

高温环境……反复循环。老化之后的系统在现场使用时，故障率大为降低。高低温老化试验台氙灯老化试验机来源：莱思LESTEST智能压力变送器PDS403（四联集团）全焊接复合微硅传感器

高精度：±0.074FS

大量程比：100:1

过载极限：42MPa

完整的本机就地设定功能

强大的智能诊断功能

完美的智能仿真功能

温度、静压影响极小

符合多种现场总线标准：HART，PROFIBUSPA

五年免维护PDS403压力变送器技术参数：

测量范围：1kPa~40MPa

量程比：100：1

电源：10.5~45VDC（本安型安全栅电源30VDC）

输出：4~20mADC和HART通信；PROFIBUS-PA通信

环境温度：-40~85

介质温度：-40~100（充硅油）

精度：（0.0029r+0.071）%

长期漂移：0.15r/5年

温度漂移：（0.08r+0.1）%（-10~60）

（0.1r+0.15）%/10（-40~10；60~85）

外壳防护等级：IP67

防爆等级：Exia/ibCT4/T5/T6或ExdCT4/T5/T6

防腐：根据不同的介质选择相应的测量部材质输入标准信号阶跃响应法（时域）阶跃函数正弦函数指数函数冲击函数频率响应法（频域）研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分析。1.3.3传感器动态特性指标动态特性表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。传感器的数学模型A.微分方程描述：B.传递函数描述：s=d/dtC.频域函数描述：D.差分方程描述：热电偶传感器测温响应特性曲线水热电偶（1）时域响应特性及指标A.零阶传感器：y=kx+bB.一阶传感器：xy一阶传感器的时域动态响应曲线（1）时域响应特性及指标C.二阶传感器：二阶传感器的时域动态响应曲线(a)幅频特性(b)相频特性图1.3.4一阶传感器的频率特性时间常数τ越小，频率响应特性越好。当ωτ<<1时，A(ω)≈1，Φ(ω)≈ωτ，表明传感器输出与输入为线性关系，相位差与频率ω成线性关系，输出y(t)

比较真实地反映输入x(t)

的变化规律。因此，减小τ可以改善传感器的频率特性。上一页下一页返回（2）频域响应特性及指标二阶传感器的频率特性（2）频域响应特性及指标频率响应特性指标①频带传感器增益保持在一定值内的频率范围，即对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所对应的频率范围，称为传感器的频带或通频带，对应有上、下截止频率。②时间常数τ

用时间常数τ来表征一阶传感器的动态特性，τ越小，频带越宽。③固有频率ωn

二阶传感器的固有频率ωn表征了其动态特性。1.3.4传感器的其他特性指标

静、动态特性并不能完全描述传感器的性能。下表给出除在选择传感器时应考虑的传感器与被测量有关的另一些特性。除那些传感器特性外，测量方法也须始终适合于应用。例如，测流量时，如果插入流量计会引起误差。

待测的量*

输出特性

电源特性

环境特性

其他特性

间隔目标精确度

稳定度带宽响应时间输出阻抗干扰量变更量本底噪声信号类型（模拟式、数字式或开关式）阻抗若为数字输出，则需编码电压电流有效功率频率(交流电源)稳定度环境温度热冲击温度循环湿度振动、冲击化学试剂爆炸危险灰尘浸溃电磁环境静电放电电离辐射工作寿命过载保护购置费用重量，尺寸适用性电缆敷设要求连接器类型装配要求安装时间出现故障时的状态校准和测试费用维护费用更换费用基本参数指标环境参数指标稳定性与可靠性指标其他指标量程相关指标：量程，测量范围、过载能力等灵敏度相关指标：灵敏度、分辨力、满量程输出等准确度相关指标：精度、误差、线性度、迟滞、重复性、灵敏度误差、稳定性动态性能指标：固有频率、阻尼比、时间常数、频率响应范围、频率特性、临界频率、临界速度、稳定时间等

温度相关指标：工作温度范围、温度误差、温度漂移、温度系数、热滞后等抗冲振相关指标