传感器基本特性
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传感器的基本特性
传感器的基本特性传感器的基本特件是指传感器的输出与输入之间的关系。
由1—传感器洲量的参数一般有两种形式：一种是不随时间的变化而变化(或变化极其缓慢)的稳态信号，另“种是随N 间的变化而变化的动态信号。
因此传感器的基本特性分为静态特性和动态特性。
件感器的静态特性与指标如下：传感器的静态特件是指化感器输入信号处T低定状态时，其输出与输入之间呈现的关系。
表不力式中，y—一传感器输出量if一传感器输人员AL)——传感器的零位输出；A J——传感器的灵敏座，A：，A√”，A n为非线件项系数。
衡量静态待件的主要指标有精确度、稳定件、灵敏度、线性度、迟滞和可靠性等。
(1)精确皮精确度足反映测旦系统小系统误差和随机误差的综合评走指标。
与精确度有关的指挪有精密度、准确皮利精确度。
①精密度。
说刚测量系统指示值的分散租皮。
精密度反映j’随机误差的大小，精密度高则随机误差小。
②准确度。
说叫测量系统的输山值偏离真值的程度。
避确度炬系统误差大小的标志．脏确度高则系统误差小。
②精确度。
是准确度与ATMEL代理商精密度两者的总和，常用仪表的基本误差表不。
精确度而表示精密度和难确度都而。
Iql—4个的肘市例子有助十对牌确皮、精密度和精确度3个概念的理解。
图(a)表不准确度；苟而精密度低；图(b)大示精密度尚而淮确度低；阎(c)表不准确度和精密度部高。
即它的桔确陵尚。
(2)稳定性传感器的稳定性常用稳定度和影响系数表尔。
①稳定度。
是指在规定I：作条件范围和规定时间内，传感器性能保持不变的能力。
传感器在工作时，内部随机变动的因素很多，例如发生周期性变动、漂移或机械部分的摩擦等都会引起输出值的变化。
稳定度般用甫复件的数值羽I观测时间的长短表示。
例如，某传感器输出电压值每小时变化1．5rnv。
可4成稳定度为1．5n、v儿。
(9影响系数。
是指出于外界环境变化引起传感器输小值变化的足。
一般传感器都有给定的标准工作条件，如环境温度20℃、相对湿度60％、大气压力10]．咒kPa、电源电压22()V等。
第2章传感器特性
传感器原理及应用
第2章 传感器基本特性
迟滞误差由满量程输出的百分数表示：
2.1 传感器静态特性
为正、反 行程输出值之间的最大差值
产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理 性质缺陷造成的。如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体 在加磁场、电场作用下也有这种现象。 迟滞误差的存在使输入输出不能一一对应。
传感器原பைடு நூலகம்及应用
第2章 传感器基本特性
2.1 传感器静态特性
—— 最大非线性绝对误差 —— 满量程输出 —— 线性度
线性度 是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数
由于实际传感器总有（高次项）非线性存在，输入输出关系总是非线性关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感器的非线性误差。 通常用相对误差表示线性度
正弦信号
单位阶跃信号
传感器原理及应用
第2章 传感器基本特性
（1） 传递函数
2.2 传感器动态特性
输入激励 x（t)
输出响应 y（t)
传感器系统
为了分析动态特性，首先要写出传感器的数学模型求出传递函数。 已知外界有一激励施加于系统时，系统对外界有一响应；
传感器是个信号转换元件，假设是测力传感器，系统存在阻尼，弹性和惯性元件； 当输入量随时间变化时，在力作用下，输出不仅与位移x有关，还与速度dx/dt、加速度d2x/dt2有关。
第2章 传感器基本特性
2.2 传感器动态特性
多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟踪性能会下降。 一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数。 这种输入输出之间的差异就是动态误差。
第2章 传感器基本特性
迟滞误差由满量程输出的百分数表示：
2.1 传感器静态特性
为正、反 行程输出值之间的最大差值
产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理 性质缺陷造成的。如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体 在加磁场、电场作用下也有这种现象。 迟滞误差的存在使输入输出不能一一对应。
传感器原பைடு நூலகம்及应用
第2章 传感器基本特性
2.1 传感器静态特性
—— 最大非线性绝对误差 —— 满量程输出 —— 线性度
线性度 是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数
由于实际传感器总有（高次项）非线性存在，输入输出关系总是非线性关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感器的非线性误差。 通常用相对误差表示线性度
正弦信号
单位阶跃信号
传感器原理及应用
第2章 传感器基本特性
（1） 传递函数
2.2 传感器动态特性
输入激励 x（t)
输出响应 y（t)
传感器系统
为了分析动态特性，首先要写出传感器的数学模型求出传递函数。 已知外界有一激励施加于系统时，系统对外界有一响应；
传感器是个信号转换元件，假设是测力传感器，系统存在阻尼，弹性和惯性元件； 当输入量随时间变化时，在力作用下，输出不仅与位移x有关，还与速度dx/dt、加速度d2x/dt2有关。
第2章 传感器基本特性
2.2 传感器动态特性
多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟踪性能会下降。 一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数。 这种输入输出之间的差异就是动态误差。
传感器的基本特性与指标
传感器的基本特性与指标传感器是将一种被测量的非电信号转换成电信号的设备。
通过测量环境的物理量或化学量，传感器能够获得相关数据，并将其转换为信号，方便进行处理或者显示。
以下是传感器的基本特性和指标。
1. 灵敏度(Sensitivity)：传感器的灵敏度指的是传感器输出信号相对于输入信号的变化率。
较高的灵敏度表明传感器对于被测量物理量的微小变化更加敏感。
2. 响应时间(Response Time)：传感器的响应时间是指传感器从接受到输入信号到输出信号达到稳定值所需的时间。
较快的响应时间意味着传感器能够及时检测到被测量物理量的变化。
3. 动态范围(Dynamic Range)：传感器的动态范围指的是传感器能够测量的最大和最小输入信号之间的范围。
较大的动态范围表示传感器能够测量较大范围内的信号。
4. 线性度(Linearity)：传感器的线性度是指传感器的输出信号与输入信号之间的关系是否为线性关系。
较好的线性度意味着传感器的输出信号与被测量物理量存在较好的线性关系。
5. 稳定性(Stability)：传感器的稳定性指传感器在相同条件下，长时间内输出信号的一致性。
较好的稳定性意味着传感器的输出信号相对较稳定，能够准确反映被测量物理量的变化。
6. 分辨率(Resolution)：传感器的分辨率是指传感器能够检测和测量的最小变化量。
较高的分辨率表示传感器能够检测到较小的变化。
7. 器件偏置(Offset)：传感器的器件偏置指在无输入信号时传感器的输出信号值。
较小的器件偏置意味着传感器的输出信号在无输入信号时接近于零，具有较低的偏差。
8. 温度影响(Temperature Influence)：传感器在不同温度下的输出信号的变化情况。
较小的温度影响意味着传感器能够在不同温度条件下保持较稳定的输出信号。
9. 线性范围(Linear Range)：传感器所能够线性测量的输入信号范围。
在线性范围内，传感器的输出信号与输入信号的关系为线性关系。
传感器基本特性
8．漂移 漂移是指在外界干扰时，在一定的时间间隔内， 传感器输出量与输入量无关的变化程度。
二、传感器的动态特性
动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应特性， 当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。
被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，只要 输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数。 通常研究动态特性是根据标准输入特性来考虑传感器 的响应特性。
传感器的基本特性
传感器特性主要是指输出与输入之间的关 系特性。是与传感器的内部结构参数有关的外 部特性。
一、传感器的静态特性 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
1．传感器的静态数学模型
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、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： y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn 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，决定了特性曲线的不同形式。 静态特性曲线可实际测试获得。在获得特性曲线之 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，进行线性化处理。
•最小二乘法确定拟合直线，选定合适的直线方 程系数，使静态标定曲线与拟合直线偏差的平方 和为最小。拟合精度高，计算繁琐。
拟合直线方法
• 过零旋转拟合、端点连线拟合、端点连线平移拟合。拟 合精度低。 • 平均法，将测量得到的n个检测点分成数目相等的两组， 求出两个点系中心，通过两个点系中心的直线，就是要 求的拟合直线。斜率、截距可求得。拟合精度较高，计 算较简便。 n/2 n/2
传感器的基本特性
线性度 灵敏度 迟滞 重复性 分辨率和阈值 漂移和稳定性 电磁兼容性
1、线性度
1）定义：输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的 程度。 该直线称为拟合直线。 2）非线性误差：用下式定义
Lmax L 100% YFS
ΔLmax---实际输入输出特性曲线与拟合直线间的最大偏差。 YFS---输出满量程（统一：理论输出满量程）。 3）拟合直线 常用的拟合直线有理论直线法、切线法、割线（端点连线） 法等。拟合直线不同，线性度也不同。
任务二 传感器的基本特性
学习内容
掌握传感器的静态特性 了解传感器的动态特性
引入：
传感器的输入－输出特性体现了被测未知量与传感器输 出量之间的关系，很显然这是传感器基本的特性。传感器 的特性一般分为静态特性和动态特性两种。
一、静态特性
静态特性是当被测量处于稳态，即被测量不随时间变化 或变化极其缓慢时，传感器的输入－输出特性。（表示它们 之间关系的是一个不含时间变量的代数方程。）
7、电磁兼容性
电子设备在规定电磁干扰环境中能按原设计要求正常工作，同时也 不向处于同一环境的其他设备释放超过允许范围电磁干扰的能力。
二、动态特性
动态特性是当被测量随时间变化很快时，传感器的输入 －输出特性。表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微 分方程，即输入、输出均是一个随时间变化的函数。 一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化 规律，即具有相同的时间函数。实际的传感器，输出信号将 不会与输入信号具有相同的时间函数, 这种输出与输入间的 差异就是所谓的动态误差。
y
对线性传感器，其 灵敏度就是它的静 态特性的斜率
y
S n＝
0 (a) 线性测量系统
1、线性度
1）定义：输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的 程度。 该直线称为拟合直线。 2）非线性误差：用下式定义
Lmax L 100% YFS
ΔLmax---实际输入输出特性曲线与拟合直线间的最大偏差。 YFS---输出满量程（统一：理论输出满量程）。 3）拟合直线 常用的拟合直线有理论直线法、切线法、割线（端点连线） 法等。拟合直线不同，线性度也不同。
任务二 传感器的基本特性
学习内容
掌握传感器的静态特性 了解传感器的动态特性
引入：
传感器的输入－输出特性体现了被测未知量与传感器输 出量之间的关系，很显然这是传感器基本的特性。传感器 的特性一般分为静态特性和动态特性两种。
一、静态特性
静态特性是当被测量处于稳态，即被测量不随时间变化 或变化极其缓慢时，传感器的输入－输出特性。（表示它们 之间关系的是一个不含时间变量的代数方程。）
7、电磁兼容性
电子设备在规定电磁干扰环境中能按原设计要求正常工作，同时也 不向处于同一环境的其他设备释放超过允许范围电磁干扰的能力。
二、动态特性
动态特性是当被测量随时间变化很快时，传感器的输入 －输出特性。表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微 分方程，即输入、输出均是一个随时间变化的函数。 一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化 规律，即具有相同的时间函数。实际的传感器，输出信号将 不会与输入信号具有相同的时间函数, 这种输出与输入间的 差异就是所谓的动态误差。
y
对线性传感器，其 灵敏度就是它的静 态特性的斜率
y
S n＝
0 (a) 线性测量系统
传感器的基本特性
传感器的一般特性
主要是指传感器的输出与输入之间的关系。 当输入量为稳定状态的信号，或变化极慢的 信号时，这一关系称为静态特性； 当输入量随时间较快地变化时，这一关系称 为动态特性。如输入量为周期、瞬变、随机等 动态信号时。
2 传感器的一般特性
• 一、 传感器的静态特性 • 二、 传感器的动态特性 • 三、 传感器的标定与校准
第二章
二、传感器的动态特性
动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应 特性。
动态特性是根据标准输入来研究传感器的时域和频域等 响应特性。 标准输入有三种： 正弦变化的输入 阶跃变化的输入 线性输入 经常使用的是前两种。
第二章
（1）动态特性的一般数学模型
对于线性定常（时间不变）系统，其数学模型为高阶常系 数线性微分方程，即
传递函数 频率特性
第二章
2 W j k / （ j / ) 2 j / 1 0 0
幅频特性
k ( ) k / [1 ( / 0 ) ] 4 ( / 0 )
2 2 2
2
相频特性 2 2 ( / 0 ) /(1 ( / 0 ) ) ( ) arctan
10. 某压力传感器的校准数据如下表所示，试求 该传感器的非线性误差、重复性误差、迟滞。 解：首先，对效验数据做平均值处理
取端点x1（0,-2.70）和x6（0.10，14.45）
则确定：y= -2.70+171.5x
◆求非线性误差
得：
◆求重复性误差
得：
◆求迟滞
得：
作业： 已知某传感器静态特性方程 Y 1 X ，试分 别用切线法、端点法和最小二乘法，在0<X≤0.5 范围内拟合直线方程，并求出相应的线性度。
主要是指传感器的输出与输入之间的关系。 当输入量为稳定状态的信号，或变化极慢的 信号时，这一关系称为静态特性； 当输入量随时间较快地变化时，这一关系称 为动态特性。如输入量为周期、瞬变、随机等 动态信号时。
2 传感器的一般特性
• 一、 传感器的静态特性 • 二、 传感器的动态特性 • 三、 传感器的标定与校准
第二章
二、传感器的动态特性
动态特性指传感器对随时间变化的输入量的响应 特性。
动态特性是根据标准输入来研究传感器的时域和频域等 响应特性。 标准输入有三种： 正弦变化的输入 阶跃变化的输入 线性输入 经常使用的是前两种。
第二章
（1）动态特性的一般数学模型
对于线性定常（时间不变）系统，其数学模型为高阶常系 数线性微分方程，即
传递函数 频率特性
第二章
2 W j k / （ j / ) 2 j / 1 0 0
幅频特性
k ( ) k / [1 ( / 0 ) ] 4 ( / 0 )
2 2 2
2
相频特性 2 2 ( / 0 ) /(1 ( / 0 ) ) ( ) arctan
10. 某压力传感器的校准数据如下表所示，试求 该传感器的非线性误差、重复性误差、迟滞。 解：首先，对效验数据做平均值处理
取端点x1（0,-2.70）和x6（0.10，14.45）
则确定：y= -2.70+171.5x
◆求非线性误差
得：
◆求重复性误差
得：
◆求迟滞
得：
作业： 已知某传感器静态特性方程 Y 1 X ，试分 别用切线法、端点法和最小二乘法，在0<X≤0.5 范围内拟合直线方程，并求出相应的线性度。
传感器的基本特性有以下两种
传感器的基本特性有以下两种：1.静态特性：线性度、灵敏度、重复性、迟滞性、稳定性、漂移、静态误差等。
2.动态特性:阶跃响应：最大超调量、延滞时间、上升时间、峰值时间、响应时间等。
频率响应：频率特性、幅频特性、相频特性等。
电阻式传感器把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器（见位移传感器）和锰铜压阻传感器等。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
结构：由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。
电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电位器的结构与材料（1）电阻丝: 康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等（2）电刷: 常用银、铂铱、铂铑等金属（3）骨架:常用材料为陶瓷、酚醛树脂、夹布胶木等绝缘材料，骨架的结构形式很多,常用矩形。
应用：电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
优缺点：电阻式传感器具有结构简单、输出精度较高、线性和稳定性好等特点。
但是它受环境条件如温度等影响较大，有分辨率不高等不足之处。
分类：电位器式传感器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为和它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。
成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。
应变片式传感器的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应发生变化。
气敏和湿敏电阻传感器是一种把气体中的特定成分或水蒸气检测出来造成半导体阻值变化的电阻传感器。
电容式传感器：把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
传感器的基本特性概述
传感器的基本特性概述一、静态特性是指被测输入量不随时间变化时传感器的输入——输出关系。
衡量传感器静态特性的主要指标有线性度、灵敏度、迟滞性、漂移等。
1．线性度理想传感器的输入y 与输入x 呈线性关系，则y =a1x 式中，1a为传感器的线性灵敏度。
实际传感器的输出y 与输入x 呈非线性关系，如不考虑迟滞和蠕变因素，则线性度有时也称非线性误差，用以衡量传感器输出量与输入量之间线性关系的程度，以及直线拟合的好坏。
常用的直线拟合除端点拟合法外，还有切线拟合、最小二乘法等方法。
2．灵敏度传感器在稳态下输出变化量与输入变化量之比称为灵敏度Sn ，即对于理想线性传感器，灵敏度n S 为常数，对于一般传感器则采用线性区或拟合直线的斜率表示。
见图A-2 所示。
通常测量点取在零点附近时线性度好，灵敏度也高。
3．迟滞性它是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间的输出输入曲线不重合的程度，见图A-3 所示。
迟滞大小用迟滞误差表示，通常由实验确定。
即迟滞差是由与传感器的响应受到输入过程影响而产生的，它的存在，破坏了输入和输出的一一对应关系，因此，必须尽量减少迟滞差。
4．漂移漂移是指在一定时间间隔内，传感器输出量存在着有与被测输入量无关的，不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。
零点漂移或灵敏度漂移又分为时间漂移和温度漂移。
时间漂移是指在规定条件下，零点或灵敏度随时间缓慢变化。
温度漂移为环境变化而引起的零点或灵敏度的漂移。
二、动态特性它是指传感器输出对随时间变化的输入量的响应特性。
传感器的输出不仅要精确地显示被测量的大小，还要显示被测量随时间变化的规律（即被测量的波形），因此，传感器的输出量也是时间的函数。
在实际中，输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数，它们之间的这种差异，就是要分析的动态误差。
动态误差包括两个部分：一是实际输出量达到稳定状态后与理论输出量间差别；二是当输入量发生跃变时，输出量由一个稳态到另一个稳态之间过渡状态中的误差。
传感器的基本特性
阑值是使传感器的输出端产 生可测变 化量的最小被
vt
•
y
o
图1-4 迟滞，事性
x月- x
测输入量值，即零点附近的分辨力 .
6. 稳定性
稳定性又称长期稳定性，即传感器在长时间内保持其原性能的能力 . 稳定性一般以室温 条件下经过规定时间间隔后 ， 传感嚣的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，有时也
YFS
(1-7)
式中 :ALmx 为输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 5
YFS 为输出满量程值。 由此可见，非线性误差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。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。 传感器的静态模型(1-1)式有 三 种有用的特殊形式，它们所呈现的非线性程度可用
性，所以测量误差也是与内部结构参数密切相关的。
传感器所测量的物理量一般有两种形式，一种是稳态的(静态或准静态) ，即信号不随 时间变化或变化很缓慢;另 一种是动态的，即信号随时间的变化而变化。由于输入物理量状 态不同，传感器所表现出来的输入-输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。 由于不同传感器有不同的内部参数，它们的静态特性和动态特性也表现出不同的特点，对测 量结果的影响也各不相同。一个高精度传感器必须有良好的静态特性和动态特性，这样它才
零点或灵敏度的变化。
8. 静态误差(精度)
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输出值的偏离程度。求静态
误差是把全部校准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 σ ，取
2σ 或 3σ 值即为传感稽的静态误差。
静态误差也可用相对误差表示.即
vt
•
y
o
图1-4 迟滞，事性
x月- x
测输入量值，即零点附近的分辨力 .
6. 稳定性
稳定性又称长期稳定性，即传感器在长时间内保持其原性能的能力 . 稳定性一般以室温 条件下经过规定时间间隔后 ， 传感嚣的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，有时也
YFS
(1-7)
式中 :ALmx 为输出量和输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差 5
YFS 为输出满量程值。 由此可见，非线性误差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得出来的。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。 传感器的静态模型(1-1)式有 三 种有用的特殊形式，它们所呈现的非线性程度可用
性，所以测量误差也是与内部结构参数密切相关的。
传感器所测量的物理量一般有两种形式，一种是稳态的(静态或准静态) ，即信号不随 时间变化或变化很缓慢;另 一种是动态的，即信号随时间的变化而变化。由于输入物理量状 态不同，传感器所表现出来的输入-输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。 由于不同传感器有不同的内部参数，它们的静态特性和动态特性也表现出不同的特点，对测 量结果的影响也各不相同。一个高精度传感器必须有良好的静态特性和动态特性，这样它才
零点或灵敏度的变化。
8. 静态误差(精度)
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输出值的偏离程度。求静态
误差是把全部校准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 σ ，取
2σ 或 3σ 值即为传感稽的静态误差。
静态误差也可用相对误差表示.即
传感器的基本特性与指标
传感器的基本特性与指标传感器是一种能够将被测量的物理量转化为可观测的电信号的设备。
它具有许多基本特性和指标，这些特性和指标对于理解和选择合适的传感器至关重要。
下面是传感器的基本特性和指标的详细介绍。
1.灵敏度：传感器的灵敏度是衡量传感器对被测量物理量变化的响应能力。
灵敏度通常用一个比例系数来表示，表示传感器输出信号的变化量与被测量物理量变化量之间的关系。
灵敏度越高，传感器对物理量的变化越敏感。
2.测量范围：传感器的测量范围是指传感器能够测量的被测量物理量的最大和最小值。
超出测量范围的物理量值会导致传感器输出信号失真或不准确。
因此，在选择传感器时，需要根据被测量物理量的范围来确定合适的测量范围。
3.精度：传感器的精度是指传感器输出信号与被测量物理量真实值之间的误差。
精度通常使用一个百分比或一个分数来表示，表示误差与被测量物理量真实值的比值。
精度越高，传感器输出信号与真实值之间的误差越小。
4.响应时间：传感器的响应时间是指传感器从感知到被测量物理量变化到输出相应信号的时间间隔。
响应时间是衡量传感器快速响应能力的指标。
在一些应用中，需要选择具有快速响应时间的传感器。
5.温度特性：传感器的温度特性是指传感器输出信号与工作温度之间的关系。
温度变化会影响传感器的性能和精度。
因此，传感器的温度特性至关重要，特别是在高温或低温环境中的应用中。
6.分辨率：传感器的分辨率是指传感器能够检测到的最小物理量变化。
分辨率决定了传感器输出信号对被测量物理量细微变化的灵敏度。
较高的分辨率意味着传感器可以检测到更小的变化。
7.线性度：传感器的线性度是指传感器输出信号与被测量物理量之间的直线关系程度。
在一些应用中，需要选用具有高线性度的传感器，以确保传感器输出信号与被测量物理量之间的一致性。
8.可靠性：传感器的可靠性是指传感器在一定时间内正常工作的能力。
传感器的可靠性取决于它的设计和制造质量。
在一些应用中，需要选择具有高可靠性的传感器，以确保长时间的稳定运行。
第二章 传感器的基本特性
47
二阶系统的动态响应（振动系统）
二阶系统传递函数
b0 kw Y ( s) H ( s) 2 2 X ( s) a2 s a1s a0 s 2 wm s wn
零漂＝
Y0 100% YFS
式中 ΔY0 ——最大零点偏差；
YFS ——满量程输出。
22
温度漂移
传感器在外界温度变化时输出量的变化
温漂＝
max 100% YFS T
式中 Δmax —— 输出最大偏差； ΔT —— 温度变化范围； YFS —— 满量程输出。
23
其它特性指标
分辨率—— 传感器能够检测到的最小输入增量；
14
迟滞
重合的现象称迟滞。
输入量增大
传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不
输入量减小
15
迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：
H H max / Y
FS
100%
H max Y2 Y1
例：一电子秤
增加砝码 电桥输出 减砝码输出
为正、反 行程输出值间的最大差值
10g —— 50g —— 100g —— 200g 0.5 mv --- 2mv --- 4mv --- 10mv 1 mv --- 5mv --- 8mv --- 10mv
16
重复性
传感器输入量按同一方向作多次测量时，输 出特性不一致的程度。
17
重复性误差用最大重复偏差表示：
Rmax rR 100% YFS
43
反变换后得出输出的振幅和频率变化特性
e 1 ( / ) y (t ) sin(t ) 2 2 2 2 (1/ ) (1/ )
带你认识基本的传感器特性参数
带你认识基本的传感器特性参数传感器是一种将物理量转化为电信号的装置，被广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗设备等领域。
了解传感器的基本特性参数对于正确选择和使用传感器至关重要。
下面将带你认识传感器的一些基本特性参数。
1. 灵敏度（Sensitivity）：传感器的灵敏度是指输入物理量变化引起输出信号变化的比例关系。
一般来说，灵敏度越高，传感器对输入信号的变化越敏感。
2. 线性度（Linearity）：传感器的线性度是指其输出信号与输入物理量之间的近似直线关系。
一个理想的传感器应具有良好的线性特性，但实际传感器往往会有一定的非线性误差。
3. 分辨率（Resolution）：传感器的分辨率是指它能够区分的最小输入量的变化大小。
分辨率越高，传感器能够检测到更小的变化。
4. 动态响应（Dynamic response）：传感器的动态响应指的是它对输入信号变化的快速度。
高响应速度的传感器可以快速地对输入信号进行反应。
6. 稳定性（Stability）：传感器的稳定性是指其输出信号相对于稳定输入的变化程度。
一个稳定性好的传感器应该具有输出信号变化小的特点。
7. 重复性（Repeatability）：传感器的重复性是指在相同的输入条件下，反复测量得到的输出结果的一致性。
重复性好的传感器可以给出相对准确和一致的结果。
8. 可靠性（Reliability）：传感器的可靠性是指其在一定的工作条件下能够稳定地工作并保持一定的精度和稳定性的能力。
一个可靠性高的传感器能够长时间稳定地运行。
9. 压力范围（Pressure range）：压力传感器的压力范围指的是它可以正常工作的最小和最大压力值。
在选择压力传感器时，需要根据应用需求选择相应的压力范围。
10. 温度范围（Temperature range）：传感器的温度范围指的是其可以正常工作的最低和最高温度值。
温度范围是非常重要的一个参数，因为温度变化会对传感器的性能和精度产生影响。
带你认识基本的传感器特性参数
带你认识基本的传感器特性参数传感器是一种用于测量、检测和监测物理量或特定环境条件的装置。
不同类型的传感器有不同的特性参数，以下是一些传感器常见的基本特性参数：1.精度：精度是一个传感器测量结果与实际值之间的偏差程度。
通常用百分比或以其他适当的单位表示。
越高的精度表示测量结果与实际值之间的偏差越小，也就意味着测量结果越准确。
2.灵敏度：传感器的灵敏度是指传感器输出信号的改变程度与输入信号变化之间的关系。
灵敏度越高，传感器对输入信号的改变越敏感。
3.分辨率：分辨率是指传感器能够检测到的最小变化量。
较高的分辨率意味着传感器能够检测到较小的变化。
4.响应时间：传感器响应时间是指传感器从接收到输入信号到输出信号变化所需的时间。
较短的响应时间意味着传感器更快地对输入信号做出反应。
5.饱和度：饱和度是指传感器所能测量的最大输入量。
当输入量超过饱和范围时，传感器的输出信号将无法准确反映实际输入。
6.线性度：线性度是指传感器输出信号与输入信号之间的线性关系。
较高的线性度意味着传感器的输出信号与输入信号之间呈现更接近直线的关系。
7.温度特性：温度特性是指传感器性能随着环境温度的变化而发生的变化。
这是因为温度能够影响到传感器的灵敏度、精度和稳定性。
8.噪声：噪声是指传感器在测量过程中产生的不希望的额外信号。
噪声可以是随机的或系统性的，它会降低传感器的测量精度。
9.可重复性：可重复性是指传感器在相同条件下进行多次测量时得到的结果的一致性。
较高的可重复性意味着在相同条件下，传感器的测量结果较为稳定。
10.电压供应：传感器通常需要外部电源供电。
电压供应是指传感器所需的电压范围，通常以直流电压表示。
这些是传感器常见的基本特性参数，不同类型的传感器还可能有其他特殊的参数，例如通信接口、工作范围、安装方式等。
了解传感器的特性参数对于正确选择和应用传感器至关重要。
不同的应用场景和要求可能需要不同的传感器特性。
传感器基本特性
第2章传感器的基本特性（知识点）知识点1 传感器的基本特性传感器的基本特性是指传感器的输入－输出关系特性，是传感器的部结构参数作用关系的外部特性表现。
不同的传感器有不同的部结构参数，决定了它们具有不同的外部特性。
传感器所测量的物理量基本上有两种形式：稳态（静态或准静态）和动态（周期变化或瞬态）。
前者的信号不随时间变化（或变化很缓慢）；后者的信号是随时间变化而变化的。
传感器所表现出来的输入-输出特性存在静态特性和动态特性。
知识点2 传感器的静态特性传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。
静态特性所描述的传感器的输入-输出关系式中不含时间变量。
衡量传感器静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。
2.1.1 线性度线性度（Linearity）是指传感器的输出与输入间成线性关系的程度。
传感器的实际输入-输出特性大都具有一定程度的非线性，在输入量变化围不大的条件下，可以用切线或割线拟合、过零旋转拟合、端点平移拟合等来近似地代表实际曲线的一段，这就是传感器非线性特性的“线性化”。
所采用的直线称为拟合直线，实际特性曲线与拟合直线间的偏差称为传感器的非线性误差，取其最大值与输出满刻度值（Full Scale，即满量程）之比作为评价非线性误差（或线性度）的指标。
2.1.2 灵敏度灵敏度(Sensitivity)是传感器在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。
对于线性传感器，它的灵敏度就是它的静态特性曲线的斜率；非线性传感器的灵敏度为一变量。
2.1.3 分辨率分辨率(Resolution)是指传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量，反映传感器能够分辨被测量微小变化的能力。
分辨率可以用增量的绝对值或增量与满量程的百分比来表示。
2.1.4 迟滞迟滞(Hysteresis)，也叫回程误差，是指在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正（输入量由小增大）、反（输入量由大减小）行程的输出信号大小不相等的现象。
第2章 传感器的基本特性
dn y(t)
dn-1 y(t)
dy(t)
an dt n + an -1 dt n-1 + + a1 dt + a0 y(t)
=
bm
dm x(t) dt m
bm-1
d m-1 x(t ) dt m-1
b1
dx(t) dt
b0 x(t )
（2.3.1）
式中，an、an-1、…、a1、a0和bm、bm-1、…、b1、 b0均为与系统结构参数有关但与时间无关的常数。
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变 化的，输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函 数，这种输入输出之间的差异就是动态误差。
第2章第7传章 感器磁电的式基传本感器特性
1155
2.3.1数学模型
一般用线性时不变系统理论描述传感器的动态 特性，数学上可以用常系数线性微分方程表示系统 的输出量y与输入量x的关系。
第2章第7传章 感器磁电的式基传本感器特性
1122
2.2.2 静态特性参数
6、漂移 作用在传感器上的激励不变时，响应量随时间
的变化趋势。表征传感器的不稳定性。 产生漂移的原因：1、传感器自生结构参数的变化；
2、外界工作环境参数的变化。
7、量程及测量范围 – 测量上限值与下限值的代数差称为量程。 – 测量系统能测量的最小输入量（下限）至最大 输入量（上限）之间的范围称为测量范围。
Y ( jω) = y(t)e -jωtdt
0
0
Y ( jω)
H ( jω) = X ( jω)
H
(
jω)
=
bm an
( (
jω)m jω)n
bm-1( jω)m-1 b1( jω) b0 an-1( jω)n-1 a1( jω) a0
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• 用1.0级表测量时，可能出现的最大示值相对误 差为：
0 m L m 1% 0 1 0 8 0 1 .0 % 0 0 1% 0 1 .0 2% 5
• 计算结果表明，用1.0级的表比用0.5级的误差 反而小，所以更合适。
• 作业：
• 1.有一温度计，它的测量范围为（0－200） 0C，精度为0.5级，求：
Ax A0
绝对误差不能作为衡量测量精确度的 标准。
按误差表示方法分
绝对误差不能作为衡量测量精确度的标准
• 例如用一个电压表测量200V电压，绝对误 差为+1V，而用另一个电压表测量10V电压， 绝对误差为+0.5V，前者的绝对误差虽然大 于后者，但误差值相对于被测量值却是后 者大于前者，即两者的测量精确度相差较 大，为此人们引入了相对误差。
传感器原理及应用
2.2 传感器动态特性
例：动态测温 • 设环境温度为T0 ,水槽中水的温度为T,而且 T ＞T0
传感器突然插入被测介质中； • 用热电偶测温,理想情况测试曲线T是阶跃变化的； • 实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程
热电偶
水温T℃ 环境温度To℃
T ＞To
第2章 传感器基本特性
例题
• 例：现有0.5级的（0－300）0C的和1.0级 （0－100） 0C的两个温度计，要测量80 0C的温度，试问采用哪一个温度计好？
• 解：用0.5级表测量时，可能出现的最大示值相 对误差为：
0 m L m 1% 0 3 0 8 0 0 .5 % 0 0 1% 0 1 .0 8% 7
传感器原理及应用
2.2 传感器动态特性 （1） 传递函数
输入激励 X（t)
传感器系统
输出响应 Y（t)
当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假 设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系 可用高阶常系数线性微分方程表示：
a nd d n tn y a 1d d y x a 0 y b m d d tm m x b 1d d x t b 0 x
传感器原理及应用
各种直线拟合方法
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
2.1 传感器静态特性
（2）迟滞
❖ 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不
重合的现象称迟滞。
第2章 传感器基本特性
2.1 传感器静态特性 （2）迟滞
传感器原理及应用
❖ 迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：
H H m ax/Y F S 100%
传感器原理及应用
第2章 传感器的基本特性
二、测量方法
• 测量的基本概念 • 测量方法
（一）测量的基本概念
• 用实验的方法，借助于一定的仪器或设 备，将被测量与同性质的单位标准量进 行比较，确定被测量对标准量的倍数， 从而获得关于被测量的定量信息。
• 测量结果包括数值大小和测量单位两部 分
（二）测量方法
传感器原理及应用
➢ 动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的 响应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变 化的，输出信号一定不会与输入信号有相同的时间 函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了 传感器的动态特性。
第2章 传感器基本特性
用电位差计测量未知电压。 调节RP1，校准工作电流使
其达到标准值，接入被测电
压UX后，调整RP的活动 触点，使检流计P回零， A，D等势。
三、误差的基本概念
• 测量误差的概念 • 测量误差的分类 • 误差的处理及消除方法
测量误差概念
• 在测量过程中，由于测量仪器、测量方法、 测量条件及环境、人为的因素的影响，总 是不可避免的存在测量误差。
3、粗大误差
明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差， 又称过失误差。
（三）按被测量与时间关系分：
动态误差和静态误差 1、静态误差 • 静态误差是指在测量过程中，被测量不随
时间变化或随时间变化很缓慢的测量误差。 以上所介绍的测量误差均属于静态误差。
2、动态误差 • 在被测量随时间变化过程中进行测量时所
• 实现测量过程所采用的具体方法，可分 为：
➢按实测几何量与被测几何量的关系分：
直接测量、间接测量、组合测量
➢根据测量的精度情况分类：
等精度测量、不等精度测量
➢按获得测量值的方式可以分为：
偏
差式测量、零位式测量和微差式测量
零位式测量
用已知的标准量去平衡或抵 消被测量的作用，并用指零 仪表来检测测量系统的平衡 状态，从而判定被测量值等 于已知标准量的方法称做零 位式测量。
Hmax Y2Y1 为正、反 行程输出值间的最大差值
例：一电子秤 增加砝码 10g —— 50g —— 100g —— 200g 电桥输出 0.5 mv --- 2mv --- 4mv --- 10mv 减砝码输出 1 mv --- 5mv --- 8mv --- 10mv
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
已定系统误差 按对误差掌握程度分：
未定系统误差
不变系统误差 按误差出现规律分：
变化系统误差
2、随机误差
• 在相同条件下，多次测量同一量时，其 误差的大小和符号以不可预见的方式变 化，这种误差称为随机误差。
• 随机误差是服从统计规律
• 随机误差体现了测量结果的分散性，通 常用精密度表征随机误差的大小。
Y f X
➢静态特性包括： 线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
2.1 传感器静态特性
（1）线性度
❖ 传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：
Y a 0 a 1 x 1 a 2 x 2 a n x n
其中： X — 输入量， Y — 输出量； a0 — x = 0 时的输出值 a1 — 理想灵敏度 a2, a3…..an —— 非线性项系数
• 几个重要公x式：A x100%
mA m100%
S m 100 Am
1-2
1-3
1-4
按误差表示方法分
• 工业仪表常见的精度等级有0.1级、0.2级、0.5 级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级等
• 其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误差 和仪表指示值进行计算。
• 例如，2.0级的仪表，量程为100，在使用时它 的最大引用误差不超过±2.0%，也就是说，在 整个量程内，它的绝对误差最大值为±2.0。用 它测量真值为80的测量值时，其相对误差最大 为±2.0/80×100%=±2.5%。
式中： Y—输出；X—输入；ai 、bi 为常数
第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性
t0 y0 时
传感器原理及应用
y(s)=L[F(t)]=0 y(t)estdt x(s)=L[x(t)]=0 x(t)estdt
两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数
y(s)(a n sn a n 1 sn 1 a 0)
传感器原理及应用
第2章 传感器基本特性 2.1 传感器静态特性 （4）灵敏度
传感器原理及应用
❖在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值
• 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S = ΔY/ΔX
• 对非线性传感器灵敏度为一变量： S = dy/dx
第2章 传感器基本特性 2.1 传感器静态特性 （5）稳定性
• （1）该表可能出现的最大绝对误差。
• （2）当示值分别为200C， 1000C时的示值 相对误差。
• 2.欲测240V电压，要求测量示值相对误差的 绝对值不大于0.6％，问：若选用量程为 250V电压表，其精度为哪级？若选用量程 为300V和500V的电压表，其精度又是哪一 级？
• 3.什么是测量误差？测量误差有几种表示 方法？它们通常应用在什么场合？
δ2= 8μm；再用第三种方法测量 L2=80mm的尺寸，它的测量误差为
δ3=7μm。试比较其误差。
按误差表示方法分
结论： • 对于相同的被测量，绝对误差可以评定
其测量精度的高低； • 对于不同的被测量，以及不同的物理量，
绝对误差难以评定其测量精度的高低， 而采用相对误差来评定。
相对误差比绝对误差能更好地说明 测量的精确程度
按误差表示方法分
3、引用误差
• 引用误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差 与
仪表量程L的比值，通常以百分数表示，即：
0
1
L
0
0%
• 如果以测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误
差最大值m代替 ，则可得到最大引用误差 0m，
即：
0m
m
L
10% 0
• 一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级
相对误差及精度等级
• 测量结果与被测量的真值间的差值，称为 测量误差。
测量误差的分类
• 按误差表示方法分： 绝对误差、相对误差、引用误差
• 按误差出现的规律分: 系统误差、随机误差和粗大误差
• 按误差与时间关系分： 动态误差和静态误差
(一）按误差表示方法分： 1、绝对误差
• 绝对误差：是指测量值Ax与被测量真值
A0之间的差值，用 表示，即：
按误差表示方法分2、相对源自差相对误差：是指绝对误差 与被测量真
值X0的百分比，即：100%
X0
相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精 确程度
按误差表示方法分
» 在上面的例子中：
1
1 10% 00.5% 200
2
0.51 10
0% 05%
按误差表示方法分
例题：用两种方法来测量L1=100mm的 尺寸，其测量误差分别为δ1=10μm，
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
2.1 传感器静态特性
0 m L m 1% 0 1 0 8 0 1 .0 % 0 0 1% 0 1 .0 2% 5
• 计算结果表明，用1.0级的表比用0.5级的误差 反而小，所以更合适。
• 作业：
• 1.有一温度计，它的测量范围为（0－200） 0C，精度为0.5级，求：
Ax A0
绝对误差不能作为衡量测量精确度的 标准。
按误差表示方法分
绝对误差不能作为衡量测量精确度的标准
• 例如用一个电压表测量200V电压，绝对误 差为+1V，而用另一个电压表测量10V电压， 绝对误差为+0.5V，前者的绝对误差虽然大 于后者，但误差值相对于被测量值却是后 者大于前者，即两者的测量精确度相差较 大，为此人们引入了相对误差。
传感器原理及应用
2.2 传感器动态特性
例：动态测温 • 设环境温度为T0 ,水槽中水的温度为T,而且 T ＞T0
传感器突然插入被测介质中； • 用热电偶测温,理想情况测试曲线T是阶跃变化的； • 实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程
热电偶
水温T℃ 环境温度To℃
T ＞To
第2章 传感器基本特性
例题
• 例：现有0.5级的（0－300）0C的和1.0级 （0－100） 0C的两个温度计，要测量80 0C的温度，试问采用哪一个温度计好？
• 解：用0.5级表测量时，可能出现的最大示值相 对误差为：
0 m L m 1% 0 3 0 8 0 0 .5 % 0 0 1% 0 1 .0 8% 7
传感器原理及应用
2.2 传感器动态特性 （1） 传递函数
输入激励 X（t)
传感器系统
输出响应 Y（t)
当输入量随时间变化时，略去影响小的因素，假 设传感器输入、输出在线性范围变化，它们的关系 可用高阶常系数线性微分方程表示：
a nd d n tn y a 1d d y x a 0 y b m d d tm m x b 1d d x t b 0 x
传感器原理及应用
各种直线拟合方法
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
2.1 传感器静态特性
（2）迟滞
❖ 传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不
重合的现象称迟滞。
第2章 传感器基本特性
2.1 传感器静态特性 （2）迟滞
传感器原理及应用
❖ 迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示：
H H m ax/Y F S 100%
传感器原理及应用
第2章 传感器的基本特性
二、测量方法
• 测量的基本概念 • 测量方法
（一）测量的基本概念
• 用实验的方法，借助于一定的仪器或设 备，将被测量与同性质的单位标准量进 行比较，确定被测量对标准量的倍数， 从而获得关于被测量的定量信息。
• 测量结果包括数值大小和测量单位两部 分
（二）测量方法
传感器原理及应用
➢ 动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的 响应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变 化的，输出信号一定不会与输入信号有相同的时间 函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了 传感器的动态特性。
第2章 传感器基本特性
用电位差计测量未知电压。 调节RP1，校准工作电流使
其达到标准值，接入被测电
压UX后，调整RP的活动 触点，使检流计P回零， A，D等势。
三、误差的基本概念
• 测量误差的概念 • 测量误差的分类 • 误差的处理及消除方法
测量误差概念
• 在测量过程中，由于测量仪器、测量方法、 测量条件及环境、人为的因素的影响，总 是不可避免的存在测量误差。
3、粗大误差
明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差， 又称过失误差。
（三）按被测量与时间关系分：
动态误差和静态误差 1、静态误差 • 静态误差是指在测量过程中，被测量不随
时间变化或随时间变化很缓慢的测量误差。 以上所介绍的测量误差均属于静态误差。
2、动态误差 • 在被测量随时间变化过程中进行测量时所
• 实现测量过程所采用的具体方法，可分 为：
➢按实测几何量与被测几何量的关系分：
直接测量、间接测量、组合测量
➢根据测量的精度情况分类：
等精度测量、不等精度测量
➢按获得测量值的方式可以分为：
偏
差式测量、零位式测量和微差式测量
零位式测量
用已知的标准量去平衡或抵 消被测量的作用，并用指零 仪表来检测测量系统的平衡 状态，从而判定被测量值等 于已知标准量的方法称做零 位式测量。
Hmax Y2Y1 为正、反 行程输出值间的最大差值
例：一电子秤 增加砝码 10g —— 50g —— 100g —— 200g 电桥输出 0.5 mv --- 2mv --- 4mv --- 10mv 减砝码输出 1 mv --- 5mv --- 8mv --- 10mv
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
已定系统误差 按对误差掌握程度分：
未定系统误差
不变系统误差 按误差出现规律分：
变化系统误差
2、随机误差
• 在相同条件下，多次测量同一量时，其 误差的大小和符号以不可预见的方式变 化，这种误差称为随机误差。
• 随机误差是服从统计规律
• 随机误差体现了测量结果的分散性，通 常用精密度表征随机误差的大小。
Y f X
➢静态特性包括： 线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
2.1 传感器静态特性
（1）线性度
❖ 传感器静态特性和输入输出关系可以用多项式表示：
Y a 0 a 1 x 1 a 2 x 2 a n x n
其中： X — 输入量， Y — 输出量； a0 — x = 0 时的输出值 a1 — 理想灵敏度 a2, a3…..an —— 非线性项系数
• 几个重要公x式：A x100%
mA m100%
S m 100 Am
1-2
1-3
1-4
按误差表示方法分
• 工业仪表常见的精度等级有0.1级、0.2级、0.5 级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级等
• 其相对误差可以根据仪表允许的最大绝对误差 和仪表指示值进行计算。
• 例如，2.0级的仪表，量程为100，在使用时它 的最大引用误差不超过±2.0%，也就是说，在 整个量程内，它的绝对误差最大值为±2.0。用 它测量真值为80的测量值时，其相对误差最大 为±2.0/80×100%=±2.5%。
式中： Y—输出；X—输入；ai 、bi 为常数
第2章 传感器基本特性 2.2 传感器动态特性
t0 y0 时
传感器原理及应用
y(s)=L[F(t)]=0 y(t)estdt x(s)=L[x(t)]=0 x(t)estdt
两边取拉氏变换，将实函数变换到复变函数
y(s)(a n sn a n 1 sn 1 a 0)
传感器原理及应用
第2章 传感器基本特性 2.1 传感器静态特性 （4）灵敏度
传感器原理及应用
❖在稳定条件下输出微小增量与输入微小增量的比值
• 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S = ΔY/ΔX
• 对非线性传感器灵敏度为一变量： S = dy/dx
第2章 传感器基本特性 2.1 传感器静态特性 （5）稳定性
• （1）该表可能出现的最大绝对误差。
• （2）当示值分别为200C， 1000C时的示值 相对误差。
• 2.欲测240V电压，要求测量示值相对误差的 绝对值不大于0.6％，问：若选用量程为 250V电压表，其精度为哪级？若选用量程 为300V和500V的电压表，其精度又是哪一 级？
• 3.什么是测量误差？测量误差有几种表示 方法？它们通常应用在什么场合？
δ2= 8μm；再用第三种方法测量 L2=80mm的尺寸，它的测量误差为
δ3=7μm。试比较其误差。
按误差表示方法分
结论： • 对于相同的被测量，绝对误差可以评定
其测量精度的高低； • 对于不同的被测量，以及不同的物理量，
绝对误差难以评定其测量精度的高低， 而采用相对误差来评定。
相对误差比绝对误差能更好地说明 测量的精确程度
按误差表示方法分
3、引用误差
• 引用误差是以仪器仪表某一刻度点的绝对误差 与
仪表量程L的比值，通常以百分数表示，即：
0
1
L
0
0%
• 如果以测量仪表整个量程中，可能出现的绝对误
差最大值m代替 ，则可得到最大引用误差 0m，
即：
0m
m
L
10% 0
• 一般用最大引用误差来确定测量仪表的精度等级
相对误差及精度等级
• 测量结果与被测量的真值间的差值，称为 测量误差。
测量误差的分类
• 按误差表示方法分： 绝对误差、相对误差、引用误差
• 按误差出现的规律分: 系统误差、随机误差和粗大误差
• 按误差与时间关系分： 动态误差和静态误差
(一）按误差表示方法分： 1、绝对误差
• 绝对误差：是指测量值Ax与被测量真值
A0之间的差值，用 表示，即：
按误差表示方法分2、相对源自差相对误差：是指绝对误差 与被测量真
值X0的百分比，即：100%
X0
相对误差比绝对误差能更好地说明测量的精 确程度
按误差表示方法分
» 在上面的例子中：
1
1 10% 00.5% 200
2
0.51 10
0% 05%
按误差表示方法分
例题：用两种方法来测量L1=100mm的 尺寸，其测量误差分别为δ1=10μm，
第2章 传感器基本特性
传感器原理及应用
2.1 传感器静态特性