文档介绍：传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
第六节传感器的特性
传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上,将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时,即得到静态特性。因此,传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。
当输入量随时间较快地变化时,这一关系称为动态特性。
当输入量为常量,或变化极慢时,这一关系称为静态特性;
一、静态特性技术指标
传感器的输出输入关系或多或少地存在非线性。在不考虑迟滞、蠕变、不稳定性等因素的情况下,其静态特性可用下列多项式代数方程表示:
式中:y—输出量; x—输入量; a0—零点输出;
a1—理论灵敏度; a2、a3、…、 an—非线性项系数。
各项系数不同,决定了特性曲线的具体形式。
y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn
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)端点连线平移拟合
0
y
x
⊿Hmax
yFS
迟滞特性
式中△ Hmax—正反行程间输出的最大差值。
迟滞误差的另一名称叫回程误差。回程误差常用绝对误差表示。检测回程误差时,可选择几个测试点。对应于每一输入信号,传感器正行程及反行程中输出信号差值的最大者即为回程误差。
传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。迟滞特性如图所示,它一般是由实验方法测得。迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示,即
y
x
0
⊿Rmax2
⊿Rmax1
重复性误差可用正反行程的最大偏差表示,即
重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。
重复性误差也常用绝对误差表示。检测时也可选取几个测试点,对应每一点多次从同一方向趋近,获得输出值系列yi1,yi2,yi3,…,yin ,算出最大值与最小值之差或3σ作为重复性偏差ΔRi,在几个ΔRi中取出最大值ΔRmax 作为重复性误差。
△Rmax1正行程的最大重复性偏差, △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
γs=(Δk/k)×100%
由于某种原因,会引起灵敏度变化,产生灵敏度误差。灵敏度误差用相对误差表示,即
可见,传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。对线性特性的传感器,其特性曲线的斜率处处相同,灵敏度k是一常数,与输入量大小无关。
K=Δy/Δx
传感器输出的变化量 y与引起该变化量的输入变化量 x之比即为其静态灵敏度,其表达式为
分辨力用绝对值表示,用与满量程的百分数表示时称为分辨率。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。
分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。有些传感器,当输入量连续变化时,输出量只作阶梯变化,则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。
测试时先将传感器输出调至零点或某一特定点,相隔4h、8h或一定的工作次数后,再读出输出值,前后两次输出值之差即为稳定性误差。它可用相对误差表示,也可用绝对误差表示。
稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化,有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。
测试时先将传感器置于一定温度(如20℃),将其输出调至零点或某一特定点,使温度上升或下降一定的度数(如5℃或10℃),再读出输出值,前后两次输出值之差即为温度稳定性误差。
温度稳定性又称为温度漂移,是指传感器在外界温度下输出量发生的变化。
温度稳定性误差用温度每变化若干℃的绝对误差或相对误差表示,每℃引起的传感器误差又称为温度误差系数。
指传感器对外界干扰的抵抗能力,例如抗冲击和振动的能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。
评价这些能力比较复杂,一般也不易给出数量概念,需要具体问题具体分析。
取2 σ和3 σ值即为传感器的静态误差。静态误差也可用相对误差来表示,即
静态误差的求取方法如下:把全部输出数据与拟合直线上对应值的残差,看成是随机分布,求出其标准偏差,即
静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的偏离程度。
yi—各测试点的残差;
n一测试点数。
与精度有关指标:精密度、准确度和精确度(精度)
10、精度
准确度:说明传感器输出值与真值的偏离程度。如,,。准确度是系统误差大小的标志,准确度高意味着系统误差小。同样,准确度高不一定精密度高。
精密度:说明测量传感器输出值的分散性,即对某一稳定的被测量,由同一个测量者,用同一个传感器,在相当短的时间内连续重复测量多次,其测量结果的分散程度。例如,℃。精密度