压力传感器静态特性与动态特性的对比有什么不同
传感器的特性
传感器的特性
1. 阶跃响应特性
给传感器输入一个单位阶跃函数信号：
传感器的特性
其输出特性称为阶跃响应特性，如图1-11所示。由图可衡 量阶跃响应的几项常见指标。
图1-11 传感器的阶跃响应特性
传感器的特性
（1）上升时间tr。传感器输出值由稳态值的10%上升到90%所需 的时间。
（2）响应时间ts。输出值达到允许误差范围±Δ%所经历的时间。 （3）超调量α。输出值第一次超过稳态值的峰高，即α=ymax-yc， 常用α/yc×100%表示。 上升时间tr、响应时间ts表征系统的响应速度性能，超调量α则表征 传感器的稳定性能。通过这两个方面可以比较完整地描述传感器的动态 特性。
表征传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、重复性、迟滞 和分辨力等。下面具体介绍几种传感器的静态特性指标。
传感器的特性
1. 线性度
线性度是传感器输出 量与输入量之间的实际关 系曲线偏离直线的程度， 又称非线性误差。
通常情况下，传感器的实 际静态特性输出是一条曲线而 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。
5. 分辨力
传感器的特性
传感器的分辨力是 在规定测量范围内所能 检测的输入量的最小变 化量，有时也用该值相 对满量程输入值的百分 数表示。
6. 稳定性
传感器的特性
稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。传感器 常用长期稳定性，它是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与 起始标定时的输出之间的差异。
如图1-9所示，正行程的最 大重复性偏差为ΔRmax1，反行程 的最大重复性偏差为ΔRmax2。
第三章 传感器的静态特性和动态特性讲解
例1：一阶传感器的频率响应，系统输入量(压力) F 为F(t)= b0 x(t )，输出 量为位移y( t )，不考虑运动。
解：①列出微分方程
a1
dy dt
a0
y
b0
x
②作拉普-拉斯变换
Y (S )(a1S a0 ) b0 X (S )
③令H(S )中的S =jω,即σ= 0
H ( j ) Y (S ) b0 X (S ) ja1 a0
ΔLj=(b+kxj)-yj
均方差函数为： 取其极小值，有：
4）总精度 系统的总精度由其量程范围内的基本误差与满度值Y(FS)之
比的百分数表示。基本误差由系统误差与随机误差两部分组成， 迟滞与线性度所表示的误差为系统误差，重复性所表示的误差 为随机误差。
总精度一般可用方和根来表示，有时也可用代数和表示。
统示值范围上、下限之差的模。当输入量在量程范围以内 时，系统正常工作并保证预定的性能。
对于4-20mA标准信号，零位值 yo＝so＝4mA，上限值 yfs＝20mA，量 程 y(FS)＝16mA。
3）灵敏度 S 输出增量与输入增量的比值。即
① 纯线性传感器灵敏度为常数：S=a1。
② 非线性传感器灵敏度S与x有关。
4）分辨率
在规定的测量范围内，传感器所能检测出输入量 的最小变化值。有时用相对与输入的满量程的相对 值表示。即
2、静态特性的性能指标
1） 迟滞现象（回差EH ）
回差EH 反映了传感器的输 入量在正向行程和反向行程全 量程多次测试时，所得到的特 性曲线的不重合程度。
2） 重复性 Ex （不重复性） 重复性 Ex 反映了传感器在输入量按同一方向（增或减）全
传感器静态特性
输出量Y
max E *100% YFS
曲线a
max
YFS
曲线b 0 X 曲线a存在零点误差，但并不存在非线性误差。这是 传感器经常遇到的问题，比如我们在以后章节要学习的 霍尔传感器就存在零点误差，我们可以在调理电路中把 零点误差处理掉。 曲线b既存在零点误差，又存在输入量与输出成反比， 但并不存在非线性误差。这也是传感器经常遇到的问题 之一，比如我们在以后章节要学习的超声波传感器是这 样，我们可以在调理电路中和数据处理中可以解决。
K
举例
某电容式气体压力传感器的噪声电平为0.2mV，灵敏度 K为0.5mV/Pa，对于电容传感器一般取系数为2，则由 CN 公式可得其最小检测量：
M
K
0.8 Pa
传感器的分辨率指在规定测量范围内所能检测输入 量的最小变化量 xmin
xmin 100% 也可以用该值相对满量程输入值的百分数 X FS
max
T
0
MAX 零漂＝ × 100％ YFS T
例如如上图所示某压力传感器，其满量程值为1V，温 度变化范围为-40度到60度。其输出受温度影响最大偏 差为0.2V，则其温漂为： 零漂＝ MAX × 100％＝0.2%/ oc
YFS T
产生漂移的原因是多方面的，主要是由于测量系统
的灵敏元件受外界（温度、湿度、电磁干扰）干扰和 传感器调理电路的元器件受外界条件干扰引起的。
（2）传感器的灵敏度 定 传感器的灵敏度是其在稳态下输出增量 Y 义 与输入增量 X 的比值．常用 Sn 来表示：
S n lim X 0 Y X
对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特 Y 性的斜率，如图（a）所示，即： S n Y
N点
四种压力传感器的基本工作原理及特点
四种压力传感器的基本工作原理及特点一：电阻应变式传感器1 1电阻应变式传感器定义被测的动态压力作用在弹性敏感元件上，使它产生变形，在其变形的部位粘贴有电阻应变片，电阻应变片感受动态压力的变化，按这种原理设计的传感器称为电阻应变式压力传感器。
1.2 电阻应变式传感器的工作原理电阻应变式传感器所粘贴的金属电阻应变片主要有丝式应变片与箔式应变片。
箔式应变片是以厚度为0.002——0.008mm 的金属箔片作为敏感栅材料，，箔栅宽度为0.003——0.008mm 。
丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝(直径0．015--0．05mm)，平行地排成栅形(一般2——40条)，电阻值60——200 Ω，通常为120 Ω，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。
测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。
如下图所示。
B 为栅宽，L 为基长。
材料的电阻变化率由下式决定：d d d R A R Aρρ=+ （1） 式中；R —材料电阻ρ—材料电阻率由材料力学知识得；[(12)(12)]dRR C K μμεε=++-= (2)K —金属电阻应变片的敏感度系数式中K 对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分dR 、dL 改写成增量ΔR 、ΔL,可得R L K K R Lε∆∆== (3)由式(2)可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形ε,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了ΔR 的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。
1.3电阻应变式传感器的分类及特点测低压用的膜片式压力传感器常用的电阻应变式压力传感器包括 测中压用的膜片——应变筒式压力传感器测高压用的应变筒式压力传感器1.3.1膜片——应变筒式压力传感器的特点该传感器的特点是具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30khz 以上，测量的上限压力可达到9.6mp a 。
传感器的静、动态特性
要精确地建立测量系统的数学模型是很困难 的。
从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，这种方程的通
式如下：
dn y(t)
d n1 y(t)
dy(t)
an dt n an1 dt n1 a1 dt a0 y(t)
bm
d m x(t) dt m
bm1
传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，长 时间工作稳定性或零点漂移
零漂＝ Y0 100% YFS
式中 ΔY0 ——最大零点偏差； YFS ——满量程输出。
6、温漂
传感器在外界温度变化下输出量发出的变化
温漂＝ max 100% YFS T
式中
Δmax —— 输出最大偏差； ΔT —— 温度变化范围；
⑥最小包容拟合
①理论拟合
拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。 方法十分简单，但一般说 LMax 较大
y
ΔLmax
x
②过零旋转拟合
曲线过零的传感器。拟合时，使 L1 L2 LMax y
ΔL1 ΔL2
x
③端点连线拟合
把输出曲线两端点的连线作为拟合直线
y
ΔLmax x
2. 频率响应特性
传感器对正弦输入信号的响应特性 频率响应法是从传感器的频率特性出发研究传感器的 动态特性。 （1）零阶传感器的频率特性 （2）一阶传感器的频率特性 （3） 二阶传感器的频率特性 （4）频率响应特性指标
（1）零阶传感器的频率特性
零阶传感器的传递函数为
频率特性为
H (s) Y(s) K X (s)
如果 y(t) 是时间变量 t 的函数，并且当t 0
6 传感器静态特性与动态特性
2 传感器的静态特性
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、蠕变、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。
但一般情况下输出输入不会符合所要求的线性关系同时由于存在迟滞蠕变摩擦间隙和松动等各种因素以及外界条件的影响使输出输入对应关系的唯一确定性也不能实现
传感器静态特性与动态特性
梁长垠 教授
传感器静态特性与动态特性
1 传感器的性能指标 2 传感器的静态特性 3 传感器的动态特性
1 传感器的性能指标
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
9.精确度
与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度) 精密度：说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定 的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短 的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。精 密度是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差 小。注意：精密度高不一定准确度高。 准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。准确度是 系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小。同样， 准确度高不一定精密度高。
当输入量为常量，或变化极慢时，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。
传感器的输出与输入具有确定的对应关系最好 呈线性关系。但一般情况下，输出输入不会符合所 要求的线性关系，同时由于存在迟滞、蠕变、摩擦、 间隙和松动等各种因素以及外界条件的影响，使输 出输入对应关系的唯一确定性也不能实现。
与静态称重相比,动态称重系统有哪些特点？
与静态称重相比，动态称重系统有哪些特点？世界上大多数国家运送货物的车辆都存在超载现象。
据统计，美国和德国大约50%运货车辆存在超载现象。
在提高车辆行驶速度前提下，为了避免车辆超载带来的危害，保障动态称重精度成为必然。
与静态称重相比，动态称重系统有何不同？静态称重的优缺点静态称重系统优点：误差小、精确度高；争议明显减少；车辆通行速度加快；从根本上杜绝各种逃费行为。
静态称重系统缺点：投资大；受地形限制；过车速度比原来降低；引来管理的麻烦。
动态称重系统定义动态称重是指通过测量和分析轮胎动态力测算一辆运动中的车辆的总重和部分重量的过程。
由一组传感器和含有软件的电子仪器组成,可测量动态轮胎力、车辆通过时间并计算轮重、轴重、总重（如车速、轴距等）数据。
由于动态称重系统具有测量行驶车辆重量的特点，决定了它在交通轴载调查、治理超限超载运输和计重收费系统中不可替代的作用。
动态称重系统与静态称重的区别：首先，动态称重系统是一种技术含量很高的复杂设备，动态称重与传统的静态称重有很大的区别。
其次，由于车辆行驶产生的各种复杂因素和动态称重技术的复杂性，动态称重结果具有一定的不确定性。
因此，精度检验需要按照适当的方法进行，对于称重误差采用概率术语表述更为合理。
最后，应特别注意各种标准规范对于使用条件的规定与现场使用条件的吻合程度，选择适用的标准与设备对应。
动态称重系统近些年技术上逐渐进步和成熟，使得它在交通运输领域有了越来越广泛的应用。
称重系统的核心是称重传感器，称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置。
称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥段，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理。
动态称重系统是在静态称重系统的基础上，处理器将测得动态车重信号和车速信号进行数据处理后得到真实重量。
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传感器的动态特性与静态特性-第二章
(1)传递函数
设x(t)、y(t)的拉氏变换分别为X(s)、Y(s)，对(2.13) 两边取拉氏变换，并设初始条件为零，得
Y(s)(ansn an1sn1 a1s a0 ) X(s)(bm sm bm1sm1 b1s b0 ) （2.14）
式中，s为复变量，s=b+jw，b>0。
2.2.1 传感器的动态数学模型
定义Y(s)与X(s)之比为传递函数，并记为 H(s)，则
H(s)
Y(s) X(s)
bm sm an s n
bm1sm1 b1s b0 an1sn1 a1s a0
(2.15)
因此，研究一个复杂系统时，只要给系统 一个激励x(t)并通过实验求得系统的输出y(t)， 则由H(s)=L[y(t)]/L[x(t)]即可确定系统的特性。
2.2.1 传感器的动态数学模型
将频率响应函数改写为：
H(jw) HR(w) jHI(w) A(w)e j(w)
其中
(2.20)
A(w)|H(jw)| [HR(w)]2 [HI(w)]2
称为传感器的幅频特性，表示输出与输入 幅值之比随频率的变化。
2.2.1 传感器的动态数学模型
(w=)arctan[HI(ω)/HR(ω)]
传感器系统的方程为(线性时不变系统)：
an
dn y dt n
an1
dn1 y dt n1
a1
dy dt
a0
y
bm
dm x dt m
bm1
dm1 x dt m1
b1
传感器的动态特性与静态特性_第二章概要
在一个测量控制系统中传感器位于最前端,是决定系统 性能的重要部件,如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等， 其中每项指标都直接影响测量结果的好坏以及控制过程的 准确性。 被 测 对 象
被测量
传 感 器
可用信号
信 号 处 理
显 示 记 录
控制器
测量 控制系统示意框图
传感系统描述
输入量X(t) 传感器系统 h(t) 输出量Y(t) 将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络
这就是将两个传感器接成差动形式可拓宽 线性范围的理论根据。
2.1.2 描述传感器静态特性的主要指标
借助实验方法确定传感器静态特性的过程称 为静态校准。 当满足静态标准条件的要求，且使用的仪器 设备具有足够高的精度时，测得的校准特性即为 传感器的静态特性。 由校准数据可绘制成特性曲线，通过对校准 数据或特性曲线的处理，可得到数学表达式形式 的特性，及描述传感器静态特性的主要指标。
2.1.1
传感器的静态数学模型
设a0=0，即不考虑零位输出，则静态特性曲 线过原点。一般可分为以下几种典型情况。 1.理想的线性特性 当a2a3…an0时， 静态特性曲线是一条直线， 传感器的静态特性为
y
O
x
y a1 x
(2.2)
2.1.1
传感器的静态数学模型
2.无奇次非线性项 当a3=a5=…=0时，静态特性为
y a1 x a2 x 2 a4 x 4 (2.3)
y
O
x
因不具有对称性， 线性范围较窄，所以 传感器设计时一般很 少采用这种特性。
2.1.1
传感器的静态数学模型
3.无偶次非线性项 当a2=a4=…=0时，静态特性为
y a1 x a3 x 3 a5 x 5
传感器的特性
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。
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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。
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