1、傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第二章第二章 傳感器的一般特性傳感器的一般特性 1 1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性（1 1）傳感器線性度）傳感器線性度（2）傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度（3）傳感器的重復(fù)性傳感器的重復(fù)性（4 4）遲滯誤差）遲滯誤差（5 5）最小檢測(cè)量和分辨率）最小檢測(cè)量和分辨率（6 6）漂移）漂移地空學(xué)院測(cè)控系地空學(xué)院測(cè)控系 李志華李志華 一、一、 傳感器的一般特性傳感器的一般特性1 1、靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性定義、靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性定義從輸入信號(hào)從輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化不隨時(shí)間變化或或變化極其緩慢變化極其緩慢的角的角度考慮的傳感器特性稱為度考慮的傳感器特性稱為傳感器靜態(tài)特性傳

2、感器靜態(tài)特性。信號(hào)信號(hào)時(shí)間時(shí)間靜態(tài)信號(hào)靜態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)信號(hào)動(dòng)態(tài)信號(hào)從輸入信號(hào)從輸入信號(hào)隨時(shí)間變化較大隨時(shí)間變化較大的角度考慮的傳感的角度考慮的傳感器特性稱為器特性稱為傳感器動(dòng)態(tài)特性傳感器動(dòng)態(tài)特性。02 2、傳感器靜態(tài)特性、傳感器靜態(tài)特性（1 1）傳感器線性度）傳感器線性度輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離直線的程度稱為線性度。一般用非線性誤差表示可用下程度稱為線性度。一般用非線性誤差表示可用下式表示式表示max*100%FSEY 輸出量Y輸入量XmaxFSY0輸出量Y 曲線曲線a a存在零點(diǎn)誤差，但并不存在非線性誤差。這是存在零點(diǎn)誤差，但并不存在非線性誤

3、差。這是傳感器經(jīng)常遇到的問(wèn)題，比如我們?cè)谝院笳鹿?jié)要學(xué)習(xí)的傳感器經(jīng)常遇到的問(wèn)題，比如我們?cè)谝院笳鹿?jié)要學(xué)習(xí)的霍爾傳感器就存在零點(diǎn)誤差，我們可以在調(diào)理電路中把霍爾傳感器就存在零點(diǎn)誤差，我們可以在調(diào)理電路中把零點(diǎn)誤差處理掉。零點(diǎn)誤差處理掉。 曲線曲線b b既既存在零點(diǎn)誤差，又存在輸入量與輸出成反比，存在零點(diǎn)誤差，又存在輸入量與輸出成反比，但并不存在非線性誤差。這也是傳感器經(jīng)常遇到的問(wèn)題但并不存在非線性誤差。這也是傳感器經(jīng)常遇到的問(wèn)題之一，比如我們?cè)谝院笳鹿?jié)要學(xué)習(xí)的超聲波傳感器是這之一，比如我們?cè)谝院笳鹿?jié)要學(xué)習(xí)的超聲波傳感器是這樣，我們可以在調(diào)理電路中和數(shù)據(jù)處理中可以解決。樣，我們可以在調(diào)理電路中和數(shù)據(jù)

4、處理中可以解決。maxFSYmax*100%FSEY 曲線a曲線b0X（2）傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度定義傳感器的靈敏度是其在穩(wěn)態(tài)下輸出增量傳感器的靈敏度是其在穩(wěn)態(tài)下輸出增量與輸入增量與輸入增量 的比值的比值常用常用 來(lái)表示：來(lái)表示：對(duì)于對(duì)于線性傳感器線性傳感器，其靈敏度就是它的靜態(tài)特，其靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率，如圖（性的斜率，如圖（a a）所示，即：所示，即： YXnSYXXYnYSX0limnXYSXM點(diǎn)0N點(diǎn)非線性傳感器的靈敏度是一個(gè)變量，如圖非線性傳感器的靈敏度是一個(gè)變量，如圖( (b)b)所所示，即用示，即用 表示傳感器在其某一工作點(diǎn)的靈敏表示傳感器在其某一工作點(diǎn)的靈敏度。度

5、。dydxYXXY0lim=nXYdySXdxM點(diǎn)0（3）傳感器的重復(fù)性傳感器的重復(fù)性 重復(fù)性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次重復(fù)性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度測(cè)試時(shí)，所得特性曲線不一致性的程度( (見圖見圖) )。多次按。多次按相同輸入條件測(cè)試相同輸入條件測(cè)試的輸出特性曲線越重合，其重復(fù)性越的輸出特性曲線越重合，其重復(fù)性越好，其重復(fù)性誤差也越小。好，其重復(fù)性誤差也越小。1m2mnmm ax100%xF SEY YXFSY滿量程輸出值滿量程輸出值 1max.inmmm 0傳感器為何會(huì)產(chǎn)生重復(fù)性誤差？傳感器為何會(huì)產(chǎn)生重復(fù)性誤差？傳感器機(jī)械部分

6、的磨損、間隙、松動(dòng)傳感器機(jī)械部分的磨損、間隙、松動(dòng)敏感元件內(nèi)摩擦、積塵敏感元件內(nèi)摩擦、積塵輔助電路老化和漂移輔助電路老化和漂移 不重復(fù)性誤差一般屬于隨機(jī)誤差性質(zhì)不重復(fù)性誤差一般屬于隨機(jī)誤差性質(zhì),反映的是測(cè)量反映的是測(cè)量結(jié)果偶然誤差大小，而不表示與真值之間的差別，有時(shí)結(jié)果偶然誤差大小，而不表示與真值之間的差別，有時(shí)重復(fù)性很好但可能偏離真值。不重復(fù)性誤差可以通過(guò)校重復(fù)性很好但可能偏離真值。不重復(fù)性誤差可以通過(guò)校準(zhǔn)測(cè)得。準(zhǔn)測(cè)得。注意注意（4 4）遲滯）遲滯 遲滯特性能表明傳感器在正向遲滯特性能表明傳感器在正向( (輸入量增大輸入量增大) )行程和行程和反向反向( (輸入量減小輸入量減小) )行程期間

7、，輸出輸入特性曲線不重合行程期間，輸出輸入特性曲線不重合的程度。對(duì)于同一輸入的程度。對(duì)于同一輸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表示表示為為：YXFSYdyidEyyiyidEyy這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“遲滯遲滯”，E E稱為稱為遲滯誤差遲滯誤差。0在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大滯環(huán)誤差用在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)產(chǎn)生的最大滯環(huán)誤差用表示，它與滿量程輸出值表示，它與滿量程輸出值 的比值稱為的比值稱為最大遲滯率最大遲滯率max( )mE FSYmax100%FSmEY（5 5）最小檢測(cè)量和分辨率）最小檢測(cè)量和分辨率 最小檢測(cè)量是指?jìng)鞲衅髂艽_切反映被測(cè)的最低極限最小檢測(cè)量是指?jìng)鞲衅髂艽_切反映

8、被測(cè)的最低極限量。最小檢測(cè)量越小表示傳感器檢測(cè)微量的能力越高。量。最小檢測(cè)量越小表示傳感器檢測(cè)微量的能力越高。 由于傳感器的最小檢測(cè)量易受噪聲的影響，所以一由于傳感器的最小檢測(cè)量易受噪聲的影響，所以一般用相當(dāng)于噪聲電平的若干倍的被測(cè)量為最小檢測(cè)量，般用相當(dāng)于噪聲電平的若干倍的被測(cè)量為最小檢測(cè)量，用公式表示為：用公式表示為：CNMKM 為最小檢測(cè)量為最小檢測(cè)量C C為系數(shù)（與傳感器結(jié)構(gòu)類型有關(guān)）為系數(shù)（與傳感器結(jié)構(gòu)類型有關(guān)）N N為噪聲電平為噪聲電平K K 傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度舉例舉例某電容式氣體壓力傳感器的噪聲電平為某電容式氣體壓力傳感器的噪聲電平為0.2mV0.2mV，靈敏度，靈敏度

9、K K為為0.5mV/Pa0.5mV/Pa，對(duì)于電容傳感器一般取系數(shù)為，對(duì)于電容傳感器一般取系數(shù)為2 2，則由，則由公式可得其最小檢測(cè)量：公式可得其最小檢測(cè)量：0.8CNMPaK傳感器的分辨率傳感器的分辨率指在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)輸入指在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)輸入量的最小變化量量的最小變化量minx也可以用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)也可以用該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù) 來(lái)表示。來(lái)表示。數(shù)字傳感器的分辨率可用輸出數(shù)字指示值最后一位所數(shù)字傳感器的分辨率可用輸出數(shù)字指示值最后一位所代表的輸入量。代表的輸入量。min100%FSxX（6 6）漂移漂移傳感器的漂移傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。傳感器的漂移傳感器的漂移零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移靈敏度漂移靈敏度漂移時(shí)間漂移時(shí)間漂移溫度漂移溫度漂移零點(diǎn)漂移定義零點(diǎn)漂移定義YXFSY0Y0100FSY0Y零漂溫度漂移定義溫度漂移定義YTmax0T100MAXFSYT零漂例如如上圖所示某壓力傳感器，其滿量程值為1V，溫度變化范圍為-40度到60度。其輸出受溫度影響最大偏差為0.2V，則其溫漂為：