传感器的动态特性与静态特性

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。

传感器有很多特性，所谓特性也就是传感器所独有的性质，压力传感器作为传感器中最普遍的一种传感器也有很多特性，压力传感器的特性一般可分为静态特性和动态特性。

压力传感器的静态特性是指对静态的输入信号，压力传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。

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，即压力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。

表征压力传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。

所谓动态特性，是指压力传感器在输入变化时，它的输出的特性。

在实际工作中，压力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。

这是因为压力传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，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一定的关系，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，所以压力传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。

如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城/。

传感器的特性传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。

通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。

静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。

动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

一般来说，传感器的输入和输出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，即可得到静态特性。

因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。

传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。

1传感器的静特性传感器的输入-输出关系:输入（外部影响：冲振、电磁场、线性、滞后、重复性、灵敏度、误差因素）—传感器—输出（外部影响：温度、供电、各种干扰稳定性、温漂、稳定性（零漂）、分辨力、误差因素）。

人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系，而且最好呈线性关系。

但一般情况下，输入输出不会完全符合所要求的线性关系，因传感器本身存在着迟滞、蠕变、摩擦等各种因素，以及受外界条件的各种影响。

传感器静态特性的主要指标有：线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、漂移、稳定性等。

2传感器的动特性动特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。

很多传感器要在动态条件下检测，被测量可能以各种形式随时间变化。

只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数，其间关系要用动特性来说明。

设计传感器时要根据其动态性能要求与使用条件选择合理的方案和确定合适的参数；使用传感器时要根据其动态特性与使用条件确定合适的使用方法，同时对给定条件下的传感器动态误差作出估计。

总之，动特性是传感器性能的一个重要方面，对其进行研究与分析十分必要。

总的来说，传感器的动特性取决于传感器本身，另一方面也与被测量的形式有关。

（1）规律性的：1）周期性的：正弦周期输入、复杂周期输入；2）非周期性的：阶跃输入、线性输入、其他瞬变输入（2）随机性的：1）平稳的：多态历经过程、非多态历经过程；2）非平稳的随机过程。

1：何为传感器的静态特性？主要技术指标是什么？答：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性；其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。

2：何为传感器的动态特性？主要技术指标是什么？答：（1）动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性；描述动态特性的指标：对一阶传感器：时间常数；对二阶传感器：固有频率、阻尼比。

3：什么是金属材料的应变效应？什么是半导体材料的压阻效应？答：①金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。

（②半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

4：比较金属丝应变片和半导体应变片的相同和不同点。

答：相同点：它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化；不同点：金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。

5：什么事金属应变片的灵敏度系数？答：金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数；（它与金属丝应变灵敏度函数不同，应变片由于由金属丝弯折而成，具有横向效应，使其灵敏度小于金属丝的灵敏度）6：采用应变片进行测量时为什么要进行温度补偿？常用温补方法有哪些？答：①因为金属的电阻本身具有热效应，从而使其产生附加的热应变；（②基底材料、应变片、粘接剂、盖板等都存在随温度增加而长度应变的线膨胀效应，若它们各自的线膨胀系数不同，就会引起附加的由线膨胀引起的应变；常用的温度补偿法有单丝自补偿，双丝组合式自补偿和电路补偿法。

7：固态压阻器件的结构特点是什么？受温度影响会产生那些温度漂移？如何进行补偿？答：（1）固态压阻器件的特点是：属于物性型传感器，是利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有灵敏度高、动态响应好、精度高易于集成化、微型化等特点。

1、静态特性指传感器本身具有的特征特点。

研究的几个主要指标有：线性度、精度、重复性、温漂等，通俗讲就是：非线性误差大小、线性误差大小如何、多次应用好坏、受温度变化误差大小等等。

2、动态特性指传感器在应用中输入变化时，它的输出的特性。

用它对某些标准输入信号的响应来表示，即自控理论中的传递函数。

实际工作中，便于工程项目中的采集、控制。

3、稳定性稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。

理想的情况是不论什么时候，传感器的特性参数都不随时间变化。

但实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会发生改变。

这是因为敏感器件或构成传感器的部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器的稳定性。

4、线性度通常情况下，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，为使仪表具有均匀刻度的读数，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个性能指标。

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。

5、重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。

各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小。

6、灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

它是输出一输入特性曲线的斜率。

如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。

否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。

例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm.当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

7、分辨力分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。

也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。

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。

1、什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？ 如何用公式表征这些性能指标？2、什么是传感器的动态特性？ 其分析方法有哪几种？3、什么是传感器的静特性？主要指标有哪些？有何实际意义？4、什么是传感器的基本特性?传感器的基本特性主要包括哪两大类？解释其定义并分别列出描述这两大特性的主要指标。

(要求每种特性至少列出2种常用指标)1、 答：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、输出关系式中不含有时间变量。

传感器的静态特性的性能指标主要有： ① 线性度：非线性误差maxL FSL 100%Y γ∆=±⨯ ② 灵敏度：yn xd S=d③ 迟滞：max HFSH 100%Y γ∆=⨯ ④ 重复性：maxRFSR 100%Y γ∆=±⨯⑤ 漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。

2、答：传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器的动态特性可以从时域和频域两个方面分别采用瞬态响应法和频率响应法来分析。

知识点：传感器的动态特性 3、答：传感器的静态特性是当其输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。

传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。

通常人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

知识点：传感器的静态特性 4、答：传感器的基本特性是指传感器的输入-输出关系特性。

传感器的基本特性主要包括静态特性和动态特性。

其中，静态特性是指传感器在稳态信号作用下的输入-输出关系，描述指标有：线性度（非线性误差）、灵敏度、迟滞、重复性和漂移；动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即其输出对随时间变化的输入量的响应特性，主要描述指标有：时间常数、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间、超调量、幅频特性和相频特性。

第一章 传感器的概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。

2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。

3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。

传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。

第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。

2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。

3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。

4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。

5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。

3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。

现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。

求该温度计的时间常数及灵敏度。

解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。