传感器的静态特性汇总
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传感器的主要特性
传感器静态特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
由于这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
传感器动态特性
所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。
在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。
这是由于传感器对标准输入信号的响应简单用试验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在肯定的关系,往往知道了前者就能推定后者。
最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。
传感器的线性度
通常状况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。
在实际工作中,为使仪表具有匀称刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一
共性能指标。
拟合直线的选取有多种方法。
如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
传感器的静态特性
传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时,所表现出来的输出响应特性,称静态响应特性。
通常用来描述静态特性的指标有:测量范围、精度、灵敏度、稳定性、非线性度、重复性、灵敏阈和分辨力、迟滞等。
测量范围测量范围是指传感器能正常工作时的最小输入值与最大输入值之间的范围。
精度与精度有关的指标有三个,即精密度、准确度和精确度。
稳定性传感器的稳定性,一是指传感器测量输出值在一段时间内的变化,即用所谓的稳定度表示;二是指在传感器外部环境和工作条件变化时而引起输出值的变化,即用影响量来表示。
例如,某传感器输出电压值每小时变化
1.3mv/h。
又如,某传感器由于电源变化10%而引起其输出值变化0.02mA,则应写成0.02mA/(u10%)。
灵敏度传感器灵敏度是表示传感器的输入增量与由它引起的输出增量之间
的函数关系。
更确切地说,灵敏度k 等于传感器输出增量与被测量增量之比,是传感器在稳态输出输入特性曲线上各点的斜率,可用下式表示:灵敏阈与分辨力灵敏阈是指传感器能够区分出的最小读数变化量。
对模拟
式仪表,当输入量连续变化时,输出量只做阶梯变化,则分辨力就是输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小。
对于数字式仪表,灵敏度阈就是分辨力,即仪表指示数字值的最后一位数字所代表的值。
从物理含义看,灵敏度是广义的增益,而灵敏度阈则是死区或不灵敏度。
迟滞
传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输入特性曲线不重合。
传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
传感器在稳态信号(x(t)=常数)作用下,其输出—输入关系称为传感器的静态特性,y=f(x)。
因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
传感器静态特性指标:线性度,灵敏度,分辨率(力),迟滞,重复性,精度,量程等。
(1)线性度:指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。
定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。
理想输出—输入线性特性传感器(系统)优点:·简化传感器理论分析和设计计算;·方便传感器的标定和数据处理;·显示仪表刻度均匀,易于制作、安装、调试,提高测量精度;·避免非线性补偿环节。
实际传感器输出—输入特性一般为非线性,即y=a0+a1 x+a2 x2+a3 x3+…+an xn;式中,a0----零位输出,零点漂移(零漂);a1----传感器线性灵敏度,常用K表示;a2、a3、L、an-----待定系数。
线性度(非线性误差)(Linearity)(1)理想线性:y=a1x,灵敏度Sn=y/x=a1=常数(K)(2)具有偶次项非线性:y=a1x+a2x2+a4x4+L(3)具有奇次项非线性:y=a1x+a3x3+a5x5+L(4)普遍情况:y=a1x+a2x2+a3x3+a4x4+L(2)灵敏度:灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。
其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。
用S表示灵敏度。
灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化与输入变化的比值,用Sn表示,如下图所示,具有输出/输入量纲。
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1.传感器的静态特性主要有那些?说明什么是线性度?传感器的特性主要是指传感器的输入(被测量)与输出(电量)的关系。
静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量,或变化极慢时,这一关系就称为静态特性。
传感器的静态特性主要有:线性度、迟滞性、灵敏度、稳定性、重复性、阈值等。
传感器的静特性曲线可实际测试获得,用下列多项式程表示为:n n x a x a x a x a a y +++++= 332210式中y 为输出量、x 为输入量、0a 为零点输出、1a 为理论灵敏度、n a a a ,,32为非线性项系数。
在获得特性趋向之后,可以说问题已经得到解决。
但是为了标定和数据处理的方便,希望得到线性关系。
这时可采用各种方法,其中也包括硬件或软件补偿,进行显性化处理。
一般来说,这些办法都比较复杂。
所以在非线性误差不太大的情况下,总是采用直线拟合的方法来线性化。
在采用直线拟合线性化时,输出输入的校正曲线之间的最大偏差,就称为非线性误差,也就是线性度: max (/)100L L FS y γ=±⨯△%由此可见,非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得来的。
拟合直线不同,非线性误差也不同。
所以,选择拟合直线的主要出发点,应是获得最小的非线性误差。
另外,还应考虑使用是否方便,计算是否简便。
2.什么是传感器的静态误差?传感器的静态误差是如何评定的?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。
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,看成是随即分布,求出其标准偏差σ,即 21)y (11∑-==n i i n △σ 式中 i y △— 各测试点的残差;n —测试点数。
取2σ和3σ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%100)/3(⨯±=FS y σγ (1-15)静态误差也是一向综合指标,他基本上包括了前面叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误差、灵敏度误差等,若者几项误差是随机的、独立的、正态分布的,也可以把这几个单项误差综合而得,即:2222S R H L γγγγγ+++±=3.某测温系统由以下四个环节组成,各自的灵敏度如下:铂电阻温度传感器:0.45Ω/℃电桥: 0.02V/Ω放大器: 100(放大倍数)笔式记录仪: 0.2cm/V求:(1)测温系统的总灵敏度; (2)记录仪笔尖位移4cm 时,所对应的温度变化值。
传感器的静态特性
【传感器静态特性】
1、增量精度:增量精度是计算机对传感器传输信号的最小变化量的能力。
它反映了传感器能够检测和报告输入信号变化的最小值。
2、分辨率:它描述了传感器能够识别出不同输入信号的能力。
分辨率越高,传感器能够识别出不同输入信号的变化越多。
3、精确度:它指的是输入量的测量结果是否接近于实际的输入量,也就是传感器的精度如何。
精度越高,传感器的准确性就越高。
4、敏感度:它表示了传感器对量的检测和报告的能力。
敏感度受到环境因素的影响,敏感度越高,传感器就越灵敏。
5、线性度:线性度指的是传感器对输入量的反应是否是整体性的。
它反映了输入量和输出量是否有密切的变化关系。
6、滞后:也称延迟,是指传感器在检测到输入量变化后,到达输出的延迟时间。
传感器的滞后时间越短,则传感器的准确性就越高。
7、漂移:也称误差,是指测量量的偏离实际值的情况。
漂移原因有很多,可能是传感器本身出现问题,也可能是环境温度对传感器造成的影响。
8、响应时间:响应时间是指传感器接收到变化信号后,输出响应信号所需要的时间。
响应时间越短,传感器就能更快速地向计算机传送变化信号。
传感器静态特性的一般知识传感器作为感受被测量信息的器件,总是希望它能按照一定的规律输出有用信号,因此需要研究其输出――输入的关系及特性,以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。
理论和技术上表征输出――输入之间的关系通常是以建立数学模型来表达,这也是研究科学问题的根本出发点。
由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间而变化的量),理论上应该用带随机变量的非线性微分方程作为数学模型,但这将在数学上造成困难。
由于输入信号的状态不同,传感器所表现出来的输出特性也不同,所以实际上,传感器的静、动态特性可以分开来研究。
因此,对应于不同性质的输入信号,传感器的数学模型常有动态与静态之分。
由于不同性质的传感器有不同的在参数关系(即有不同的数学模型),它们的静、动态特性也表现出不同的特点。
在理论上,为了研究各种传感器的共性,本节根据数学理论提出传感器的静、动态两个数学模型的一般式,然后,根据各种传感器的不同特性再作以具体条件的简化后给予分别讨论。
应该指出的是,一个高性能的传感器必须具备有良好的静态和动态特性,这样才能完成无失真的转换。
1. 传感器静态特性的方程表示方法静态数学模型是指在静态信号作用下(即输入量对时间t 的各阶导数等于零)得到的数学模型。
传感器的静态特性是指传感器在静态工作条件下的输入输出特性。
所谓静态工作条件是指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也到达相应的稳定值的工作状态,这时,输出量为输入量确实定函数。
假设在不考虑滞后、蠕变的条件下,或者传感器虽然有迟滞及蠕变等但仅考虑其理想的平均特性时,传感器的静态模型的一般式在数学理论上可用n 次方代数方程式来表示,即2n 012n y a a x a x a x =+++⋯+ 〔1-2〕式中 *――为传感器的输入量,即被测量;y ――为传感器的输出量,即测量值;0a ――为零位输出;1a ――为传感器线性灵敏度;2a ,3a ,…,n a ――为非线性项的待定常数。
列举传感器静态参数传感器静态参数是指传感器在静止状态下的特性参数。
这些参数对于传感器的性能评估和应用至关重要。
本文将列举几种常见的传感器静态参数,并对其进行详细介绍。
一、灵敏度灵敏度是传感器对被测量物理量变化的响应程度。
通常用输入信号与输出信号之间的比值表示。
对于压力传感器而言,灵敏度是指单位压力变化引起的输出电压或电流变化。
灵敏度越高,表示传感器对被测量物理量的响应更加敏感。
二、线性度线性度是指传感器输出与输入之间的线性关系程度。
即输入信号与输出信号之间的关系是否符合一条直线。
传感器的线性度越高,表示其输出与输入之间的关系越符合线性关系,测量结果越准确。
三、分辨率分辨率是指传感器能够检测到的最小变化量。
通常用最小可测量的物理量变化表示。
分辨率越高,表示传感器可以检测到更小的物理量变化,测量结果的精度越高。
四、重复性重复性是指传感器在相同条件下多次测量所得结果的一致性。
即传感器在重复测量时的输出值是否相同。
重复性越高,表示传感器的测量结果更加可靠。
五、稳定性稳定性是指传感器在长时间使用过程中输出信号的稳定性。
即传感器的输出是否随时间变化而发生漂移。
稳定性越高,表示传感器的长期稳定性更好,测量结果更加可靠。
六、温度特性温度特性是指传感器在不同温度下的输出信号是否发生变化。
传感器的温度特性越好,表示其输出信号与温度之间的关系越稳定,对温度的影响越小。
七、工作范围工作范围是指传感器能够正常工作的最大和最小输入物理量范围。
传感器的工作范围应与实际应用需求相匹配,过大或过小的工作范围都会影响传感器的测量精度和可靠性。
八、响应时间响应时间是指传感器从接收到输入信号到输出信号达到稳定状态所需的时间。
响应时间越短,表示传感器的响应速度越快,适用于需要实时测量的应用场景。
九、耐受能力耐受能力是指传感器能够承受的最大物理量或环境条件。
传感器的耐受能力越高,表示其在极端条件下的可靠性更高。
传感器的静态参数包括灵敏度、线性度、分辨率、重复性、稳定性、温度特性、工作范围、响应时间和耐受能力等。
传感器静态特性的指标及公式1. 灵敏度(Sensitivity)灵敏度是指传感器输出量对输入量变化的响应程度,也可以理解为传感器输出信号的变化量与输入量变化的比值,通常用一定范围内最大输出变化与输入量变化的比值表示。
灵敏度的计算公式如下:S=∆Y/∆X其中,S为灵敏度,∆Y为输出量的变化值,∆X为输入量的变化值。
2. 线性度(Linearity)线性度是指传感器输出量与输入量之间的线性关系程度,即输出量的变化是否与输入量的变化成正比。
线性度可以通过传感器的线性度误差来描述,通常用百分比或者绝对值来表示。
线性度的计算公式如下:L=,(Y实测-Y理论)/Y理论,×100%其中,L为线性度,Y实测为实际测量输出量,Y理论为理论预期输出量。
3. 零偏误差(Zero Offset Error)零偏误差是指在无输入量时,传感器的输出量和零点之间的差值。
零偏误差可以通过传感器的测量输出量和零输入量的差值来计算,常表达为绝对值或者百分比。
零偏误差的计算公式如下:E=,Y测-Y零,×100%其中,E为零偏误差,Y测为实际测量输出量,Y零为零输入量。
4. 分辨力(Resolution)分辨力是指传感器能够分辨最小输入量变化的能力,通常是输出量变化的最小有效值。
分辨力可以通过量程与分辨率的比值来计算,分辨率可以是数字量的最小变化值,也可以是模拟量的最小变化量。
分辨力的计算公式如下:R=量程/分辨率其中,R为分辨力,量程为传感器的工作范围,分辨率为传感器输出量的最小变化值。
5. 稳定性(Stability)稳定性是指传感器输出量在一定环境条件下长时间内保持不变的能力,通常用输出量的标准差来衡量。
稳定性可以通过传感器长时间测量得到的输出量数据的标准差来计算,也可以通过计算测量输出量序列的方差来估计。
稳定性的计算公式如下:S=√[Σ(Yi-Ȳ)²/(N-1)]其中,S为稳定性,Yi为第i个测量输出量,Ȳ为所有测量输出量的平均值,N为测量次数。