第2章 傳感器的基本特性 傳感器的基本特性 傳感器的輸入 輸出關(guān)系特性 是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)輸入信號(hào)分為 穩(wěn)態(tài) 動(dòng)態(tài)對應(yīng)傳感器特性 靜態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性對傳感器的要求 高精度 信號(hào) 或能量 無失真轉(zhuǎn)換 反映被測量的原始特征 2 1傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性 在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入 輸出關(guān)系 不含有時(shí)間變量 線性度靈敏度分辨率遲滯重復(fù)性漂移 2 1 1線性度 傳感器的輸入 輸出間成線性關(guān)系的程度非線性特性的線性化處理 2 1 2靈敏度 傳感器在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下輸出量變化對輸入量變化的比值 2 1 3分辨率 分辨率是指傳感器能夠感知或檢測到的最小輸入信號(hào)增量 分辨率可以用絕對值或與滿量程的百分比來表示 2 1 4遲滯 在相同測量條件下 對應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào) 傳感器正 反行程的輸出信號(hào)大小不相等的現(xiàn)象產(chǎn)生原因 傳感器機(jī)械部分存在摩擦 間隙 松動(dòng) 積塵等 2 1 5重復(fù)性 傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時(shí)所得輸入 輸出特性曲線一致的程度 2 1 6漂移 傳感器在輸入量不變的情況下 輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象產(chǎn)生原因 傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)老化測試過程中環(huán)境發(fā)生變化 2 2傳感器的動(dòng)態(tài)特性 是指傳感器對動(dòng)態(tài)激勵(lì) 輸入 的響應(yīng) 輸出 特性 即其輸出對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器 其輸出隨時(shí)間變化的規(guī)律 將能再現(xiàn)輸入隨時(shí)間變化的規(guī)律 即具有相同的時(shí)間函數(shù) 動(dòng)態(tài)特性分析 2 2 1傳感器的數(shù)學(xué)模型 線性時(shí)不變系統(tǒng)理論來描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性用常系數(shù)線性微分方程 線性定常系統(tǒng) 表示傳感器輸出量與輸入量的關(guān)系 線性時(shí)不變系統(tǒng)有兩個(gè)重要的性質(zhì) 疊加性如果則 頻率保持特性如果則 2 2 2傳遞函數(shù) 特性關(guān)系式 拉氏變換 變形 傳遞函數(shù) 2 2 3頻率響應(yīng)函數(shù) 傅立葉變換得到頻率響應(yīng)特性 指數(shù)表示 幅頻特性 相頻特性 2 2 4傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析 1 一階傳感器的頻率響應(yīng) 2 二階傳感器的頻率響應(yīng) 2 3傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 傳感器的標(biāo)定是利用某種標(biāo)準(zhǔn)儀器對新研制或生產(chǎn)的傳感器進(jìn)行技術(shù)檢定和標(biāo)度 它是通過實(shí)驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量間的關(guān)系 并確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系或測量精度 傳感器的校準(zhǔn)是指對使用或儲(chǔ)存一段時(shí)間后的傳感器性能進(jìn)行再次測試和校正 校準(zhǔn)的方法和要求與標(biāo)定相同 2 3 1靜態(tài)標(biāo)定 傳感器的靜態(tài)標(biāo)定是在輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo) 如線性度 靈敏度 遲滯 重復(fù)性等 靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)是指沒有加速度 沒有振動(dòng) 沒有沖擊 如果它們本身是被測量除外 及環(huán)境溫度一般為室溫 20 5 相對濕度不大于85 大氣壓力為7kPa的情形 2 3 2動(dòng)態(tài)標(biāo)定 動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 常用的標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)源是正弦信號(hào)和階躍信號(hào) 根據(jù)傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo) 傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要涉及到一階傳感器的時(shí)間常數(shù) 二階傳感器的固有角頻率和阻尼系數(shù)等參數(shù)的確定