传感器的静态特性
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传感器的基本知识导语: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。
传感器的基本知识一、传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
二、传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:1、按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器;2、按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器;3、按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和”0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。
三、传感器的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。
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。
表征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。
四、传感器的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。
这是因为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。
*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。
五、传感器的线性度通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。
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。
传感器期末考试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 传感器的静态特性不包括以下哪项?A. 线性度B. 灵敏度C. 响应时间D. 分辨率2. 传感器的动态特性主要描述的是传感器对快速变化的输入信号的响应能力,以下哪项不是动态特性的指标?A. 频率响应B. 相位延迟C. 温度系数D. 瞬态响应3. 温度传感器中,热电偶的工作原理是基于哪种效应?A. 热电效应B. 光电效应C. 霍尔效应D. 压电效应4. 在压力传感器中,应变式压力传感器的工作原理是基于哪种物理效应?A. 热电效应B. 压电效应C. 应变效应D. 磁电效应5. 光电传感器中,光电二极管的工作原理是基于哪种效应?A. 光电效应B. 热电效应C. 霍尔效应D. 压电效应6. 电容式传感器的灵敏度与哪些因素有关?A. 介电常数B. 电极面积C. 电极间距D. 所有以上因素7. 以下哪种传感器不适合用于测量非常小的位移?A. 电感式传感器B. 电容式传感器C. 光电式传感器D. 应变式传感器8. 霍尔传感器的输出电压与以下哪项无关?A. 磁场强度B. 霍尔元件的温度C. 霍尔元件的厚度D. 霍尔元件的电阻率9. 光纤传感器的工作原理是基于哪种效应?A. 光电效应B. 光纤的折射率变化C. 光纤的干涉效应D. 光纤的散射效应10. 以下哪种传感器不适合用于测量液体的流速?A. 电磁流量计B. 超声波流量计C. 涡街流量计D. 热电偶温度传感器二、填空题(每空1分,共20分)1. 传感器的静态特性包括线性度、灵敏度、________、________和稳定性。
2. 动态特性的指标包括频率响应、相位延迟、瞬态响应和________。
3. 热电偶的工作原理是基于________效应,而光电二极管的工作原理是基于________效应。
4. 应变式压力传感器的工作原理是基于________效应,而电容式传感器的灵敏度与介电常数、电极面积和________有关。
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。
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。
传感器静态特性的性能指标2008-11-07 来源:Internet 浏览:853[推荐朋友] [打印本稿] [字体:大小]在检测控制系统和科学实验中,需要对各种参数进行检测和控制,而要达到比较优良的控制性能,则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量,这种要求主要取决于传感器的基本特性。
传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性,下面介绍反映传感器静态特性的性能指标。
静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时,系统的输出与输入之间的关系。
主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
(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。
(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Δy 与引起该增量的相应输入量增量Δx 之比。
它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化,显然,灵敏度S 值越大,表示传感器越灵敏.(3) 迟滞传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。
也就是说,对于同一大小的输入信号,传感器的正反行程输出信号大小不相等,这个差值称为迟滞差值。
(4) 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化时,所得特性曲线不一致的程度。
(5) 漂移传感器的漂移是指在输入量不变的情况下,传感器输出量随着时间变化,此现象称为漂移。
产生漂移的原因有两个方面:一是传感器自身结构参数;二是周围环境(如温度、湿度等)。
最常见的漂移是温度漂移,即周围环境温度变化而引起输出量的变化,温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。
温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度(一般为20℃)时的输出值的变化量与温度变化量之比(6) 测量范围(measuring range)传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器的测量范围。
(7) 量程(span)传感器测量范围的上限值与下限值的代数差,称为量程。
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体现,这也是研究科学问题的基本出发点。
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内在参数关系(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达到相应的稳定值的工作状态,这时,输出量为输入量的确定函数。
若在不考虑滞后、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 x ――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。
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、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。
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体现,这也是研究科学问题的基本出发点。
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内在参数关系(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达到相应的稳定值的工作状态,这时,输出量为输入量的确定函数。
若在不考虑滞后、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 x ――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。
0a ,1a ,2a ,3a ,…,n a ――决定了特性曲线的形状和位置,一般通过传感器的校准试验数据经曲线拟合求出,它们可正可负。
在研究其特性时,可先不考虑零位输出,根据传感器的内在结构参数不同,它们各自可能含有不同项数形式的数学模型,理论上为了研究方便,式(1-2)可能有以下四种情况,如图1-7所示,这种表示输出量与输入量之间的关系曲线称为特性曲线。
(1) 理想的线性特性通常是所希望的传感器应具有的特性,只有具备这样特性才能正确无误地反映被测的真值,这时,传感器的数学模型如图1-7(a )所示。
由图1-7(a)有0230n a a a a =====因此得到 1y a x =因为直线上任何点的斜率均相等,所以传感器的灵敏度为1y S a x===常数 (2) 仅有偶次非线性项,如图1-7(c)所示。
其数学模型为24124y a x a x a x =+++方程仅包含一次方项和偶次方项,因为它没有对称性,所以线性范围较窄。
一般传感器设计很少采用这种特性。
通常,实际特性可能不过零点。
(3) 仅有奇次非线性,如图1-7(b)所示。
其数学模型为35135y a x a x a x =+++具有这种特性的传感器,一般在输入量x 相当大的范围内具有较宽的准线性,这是较接近理想线性的非线性特性,它相对坐标原点是对称的,即()()y x y x -=-,所队它具有相当宽的近似线性范围。
通常,实际特性也可能不过零点。
图1-7 传感器的静态特性351135a y =a x b y =a x+a x +a x +();();2423124123c y =a x+a x +a x +d y =a x+a x +a x +();()(4) 一般情况下传感器的数学模型应包括多项式的所有项数,即23123y a x a x a x =+++如图1-7(d)所示。
这是考虑了非线性和随机等因素的一种传感器特性。
当传感器的特性出现了图1-7(b )、(c)、(d)所示的非线性的情况时,就必须采用线性补偿措施。
传感器及其元部件的静态特性方程除在多数情况下可用代数多项式表示以外,在一些情况下则以非多项式的函数形式来表示更为合适,如双曲线函数、指数函数、对数函数等。
2. 静态特性的曲线表示法要使传感器和计算机联机使用,传感器的静态特性用数学方程表示是必不可少的,但是,为了直观地、一目了然地看出传感器的静态特性,使用图线(静态特性曲线)来表示静态特性显然是较优越的方式。
图线能表示出传感器特性的变化趋势以及何处有最大或最小的输出,何处传感器灵敏度高,何处低。
当然,也能通过其特性曲线,粗略地判别出是线性或非线性传感器。
作曲线的步骤大体是:图纸选择、坐标分度、描数据点、描曲线、加注解说明。
通常,传感器的静态特性曲线可绘在直角坐标中,根据需要,也可以采用对数或半对数坐标。
x 轴永远表示被测量,y 轴则永远代表输出量。
坐标的最小分格应与传感器的精度级别相应。
分度过细,超出传感器的实际精度需要,将会造成曲线的人为起伏,表现出虚假精度和读出无效数字;分度过粗将降低曲线的读数精度,曲线表现得过于平直,可读性大为削弱。
图1-8所示为同一特性的三种不同曲线表示。
可以看出图1-8(a)分度比较合理,图1-8(b)纵轴分度过细,而图1-8(c)纵轴分度过粗。
图1-8 同一特性不同分度所绘曲线比较3. 静态特性数据的列表表示法列表法就是把传感器的输入输出数据按一定的方式顺序排列在一个表格之中。
列表的优点是:简单易行;形式紧凑;各数据易于进行数量上的比较;便于进行其他处理,如绘制曲线、进行曲线拟合、进行插值计算,或求一组数据的差分或差商等。
4. 静态特性的求法传感器的静态特性主要是通过校准试验来获取的。
所谓校准试验,就是在规定的试验条件下,给传感器加上标准的输入量而测出其相应的输出量。
在传感器的研制过程中,也可以通过其已知的元部件的静态特性,采用图解法或解析法而求出传感器可能具有的静态特性。
1.5.2 传感器的主要静态性能指标传感器的静态特性是通过各静态性能指标来表示的,它是衡量传感器静态性能优劣的重要依据。
静态特性是传感器使用的重要依据,传感器的出厂说明书中一般都列有其主要的静态性能指标的额定数值。
传感器可完成将某一输入量转换为可用信息,因此,总是希望输出量能不失真的反映输入量。
在理想情况下,输出输入给出的是线性关系,但在实际工作中,由于非线性(高次项的影响)和随机变化量等因素的影响,不可能是线性关系。
所以,衡量一个传感器检测系统静态特性的主要技术指标有:灵敏度、分辨率、线性度、迟滞(滞环)、重复性,以下分别介绍:1. 灵敏度(sensitivity)灵敏度(静态灵敏度)是传感器或检测仪表在稳态下输出量的变化量y ∆与输入量的变化量x ∆之比,用K 表示,有y K x∆=∆ 如果输入输出特性为线性的传感器或仪表,则xy K = 如果检测系统的输入输出特性为非线性,则灵敏度不是常数,而是随输入量的变化而改变,应以/dy dx 表示传感器在某一工作点的灵敏度。
实际使用中,由于需要外加辅助电源的传感器的输出量与供给传感器的电源电压有关,因此,其灵敏度的表达式往往需要包括电源电压的因素。
灵敏度是一个有单位的量,其单位决定于传感器输出量的单位和输入量的单位以及有关的电源电压的单位。
例如:某位移传感器,当电源电压为1V 时,每1mm 位移变化引起的输出电压变化为100mV ,则其灵敏度可表示为100mV/(mm·V )。
例题:某铂丝热敏传感器。
(1)在小测量温度范围内,铂丝传感器阻值与温度可近似看作线性关系,如图1-9所示。
有,0(1)t R R T α=+灵敏度为:0/t K dR dT R α==其中,0R ――是铂丝传感器在零度时的阻值,t α――是铂丝传感器的温度系数。
(2)将此铂丝传感器构成电桥进行温度测量,输出电压信号与温度的关系呈非线性关系,如图1-10所示,有:2012U a a T a T =+-图1-9 铂丝热敏传感器温度特性 图1-10 铂丝非线性温度特性其中0a 、1a 、2a 是常数。
灵敏度可表示为:122dU K a a T dT==- 工程上近似表示为: 1K a =2. 分辨率分辨率也称灵敏度阈值,即引起输出量产生可观测的微小变化所需的最小输入量的变化量。
因为传感器的输入输出关系不可能都做到绝对连续,有时,输入量开始变化,但输出量并不随之相应变化,而是输入量变化到一定程度时输出才突然产生一小的阶跃变化。
这就出现了分辨率和阈值问题。
从微观来看,传感器的特性曲线并不是十分平滑的,而是有许多微小的起伏。
当输入量改变x ∆时,输出量变化y ∆,x ∆变小,y ∆也变小。
但是一般来说,x ∆小到某种程度,输出量就不再变化了,这时的x ∆就是分辨率或灵敏度阈值。
存在灵敏度阈值的原因有两个。
一个是输入的变化量通过传感器内部被吸收,因而反映不到输出端上去。
典型的例子是螺丝或齿轮的松动。
螺丝和螺帽,齿条和齿轮之间多少都有空隙,如果x ∆相当于这个空隙的话,那么x ∆是无法传递出去的。
又例如,装有轴承的旋转轴,如果不加上能克服轴与轴之间摩擦的力矩的话,轴是不会旋转的。
第二个原因是传感器输出存在噪声。
如果传感器的输出值比噪声电平小,就无法把有用信号和噪声分开。
如果不加上最起码的输入值(这个输入值所产生的输出值与噪声的电平大小相当)是得不到有用的输出值的,该输入值即灵敏度阈值,也叫灵敏阈、门槛灵敏度、或阈值。
对数字显示的测量系统,分辨率是数字显示的最后一位所代表的值。
对指针式测量仪表,分辨率与人们的观察能力和仪表的灵敏度有关。
举例说明:(1)数字天平如图1-11所示的数字天平分辨率是多少?答:因为对数字显示的测量系统,分辨率是数字显示的最后一位所代表的值。
所以,数字天平的分辨率是0.01g 。
(2)已知人们所能观察的指针最小偏移量为0.3mm 。
如图1-12所示的指针式称重计的灵敏度S 为10mm/Kg 。
则此称重计的分辨率是多少?答:因为人们所能观察的指针最小偏移量∆y =0.3mm 。
称重计的灵敏度S =10mm/Kg ,所以,分辨率∆x =∆y/S=0.3/10=0.03Kg 。
图1-11 数字天平 图1-12 指针式称重计 3. 线性度通常为了标定和数据处理的方便,总希望得到线性关系,可采用各种方法如硬件或软件的补偿即进行线性化处理,这样就使得输出不可能丝毫不差的反应被测量的变化,总存在一定的误差(线性或非线性),即使实际是线性关系的特性,测量的线性关系也并不完全与其重合,而常用一条拟合直线近似代表实际的特性曲线。
线性度就是用来评价传感器的实际输入输出特性对理论拟合的线性输入输出特性的接近程度的一个性能指标,即传感器特性的非线性程度的参数。