第八讲 传感器(2)
传感器ppt课件
汽车电子
总结词
传感器在汽车电子中发挥重要作用，提高车 辆安全性能和驾驶体验。
详细描述
现代汽车中，传感器被广泛应用于发动机控 制、底盘控制、车身控制等系统中。通过使 用传感器，车辆可以实现燃油喷射、点火时 刻控制、刹车防抱死等复杂的功能。同时， 传感器还为驾驶者提供诸如车速、转速、水 温等实时信息，帮助驾驶者更好地掌握车辆
将传感器输出的信号通过数据采集系统进行 采集，并将其转换为计算机能够处理的数字 信号。
数据处理
采集到的数字信号需要进行数据处理，包括 数据分析和处理、数据存储和检索等，以便 得到有用的信息和结果。
04
传感器在自动化中的应用
工业自动化
要点一
总结词
传感器在工业自动化中应用广泛，提高生产效率和产品质 量。
05
传感器的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
纳米材料
随着纳米材料的发展，传感器正朝着纳米级精度和灵 敏度的方向发展，提高传感器的响应速度和准确性。
新型传感器材料
新型传感器材料如碳纳米管、石墨烯等具有优异的物理 、化学性能，为传感器设计提供了更多的选择和可能性 。
智能化与微型化趋势
智能化
智能化传感器能够通过算法和数据处理技术对感知数据进行处理、分析和解释，提高传感器输出的准确性和可靠 性。
压电式传感器
总结词
高精度、响应快、适合动态测量
详细描述
压电式传感器利用压电效应原理，通过检测压电材料的电压变化来检测物理量，如压力、加速度等。 由于其具有高精度、响应快、适合动态测量等优点，因此在振动、冲击、噪声等测量领域得到广泛应 用。
磁性传感器
总结词
高灵敏度、宽测量范围、易于实现小型化和集成化
【技巧】传感器 “传感器”知识总览
“传感器”知识总览传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
传感器是获取信息的主要途径与手段。
没有传感器，现代化生产就失去了基础。
传感器是边缘学科开发的先驱。
传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。
从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。
“传感器”是高中物理的重要章节，是电磁学的基础内容，也是高考的热点内容之一。
下面对这一章作一归纳、例析，供参考。
一、知识网络二、知识要点传感器是指能将所感受到的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件，其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号。
传感器可以根据其利用的元件进行分类（如电容传感器、电阻传感器等），也可以按其转换的信号来分类（如光电、热电传感器等）。
下面介绍常见的传感器的要点。
要点1.力电传感器力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。
力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在传感器温 度 传感器意义：传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）或电路的通断的一种组件。
起自动控制作用。
机械鼠标器 火灾报警器光控开关光传感器 敏感元件 光敏电阻：是一种能感知光强的传感器，电阻随光照的增强而减小 热敏电阻：是一种能感知温度的传感器，电阻一般随温度升高电阻减小 金属热电阻：是一种能感知温度的传感器，温度升高电阻增大 霍尔元件：是一种能感知磁场强弱的传感器 电容式位移传感器：是一种能感知位移变化的传感器 干簧管：一种能感知磁场存在的传感器 常见传感器及应用 力传感器----电子秤：将应变片的形变量转化为电压差 声传感器----话 筒：将声学量转化为电学量 电熨斗：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断 电饭锅：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断 测温仪：将温度转化为电学量（不同温度发射红外线不同） 温度报警器：导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。
传感器的基本概念课件
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
《传感器的基本概念》PPT课件
1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
《传感器的基本概念》PPT课件
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量
传感器PPT课件
阶跃响应
传感器对阶跃输入信号的响应 特性，反映传感器的动态跟踪
能力。
阻尼比
描述传感器动态系统阻尼特性 的参数，影响传感器的动态稳
定性。
固有频率
传感器动态系统的固有振动频 率，反映传感器对动态信号的
响应速度。
环境适应性指标评价
温度稳定性
传感器在不同温度下的输出稳 定性，反映传感器对温度变化
降低传感器制造成本，提高可靠性和 寿命是当前面临的挑战。
未来发展感器研究
探索新型传感材料，提高传感器的灵敏度 和响应速度。
借鉴生物感知机制，研发仿生传感器，拓 展应用领域。
多传感器融合技术
智能化传感器网络
利用多传感器融合技术，提高测量精度和 可靠性。
构建智能化传感器网络，实现传感器之间 的协同工作和自组织能力。
、电阻等。
测量电路对转换元件输出的电信 号进行放大、滤波、转换等处理 ，以便于后续的数据采集、传输
和处理。
信号转换与处理
信号转换
将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机等数字设备进行处理。常见的信 号转换方式有A/D转换和V/F转换等。
信号处理
对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的信噪比和抗干扰能力 。常见的信号处理方式有放大电路、滤波电路和线性化电路等。
分类
根据输入物理量可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、 加速度传感器、光线传感器等。
发展历程及现状
发展历程
传感器的历史可以追溯到20世纪初，当时主要应用于军事领域。随着科技的不断进步，传感器逐渐应 用于民用领域，如工业自动化、环境监测、医疗设备等。近年来，随着物联网、人工智能等技术的快 速发展，传感器技术也取得了巨大的进步。
传感器工作原理详解
传感器工作原理详解传感器是一种能够感知外部环境并将信号转化为可用电信号的器件。
它在各个领域中起着重要的作用，例如工业自动化、航空航天、医疗设备等。
为了更好地了解传感器的工作原理，我们需要先了解传感器的分类。
一、分类传感器可分为多种类型，其中常见的有光学传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器等。
每种传感器都有其独特的工作原理。
二、光学传感器光学传感器是利用光的特性进行测量的传感器。
其工作原理主要是基于光的吸收、散射、透射等现象。
例如，红外线传感器利用人体的热辐射发出红外线并通过传感器接收到的红外线来检测人体的存在。
三、压力传感器压力传感器是用于测量压力变化的传感器。
其工作原理是利用压力作用在传感器上产生的变形来测量压力大小。
一般采用钢片或薄膜等材料制成传感器，通过测量材料的变形程度来获得压力值。
四、温度传感器温度传感器是用于测量温度变化的传感器。
其工作原理是基于物质的热膨胀性质。
常见的温度传感器有热敏电阻传感器和热电偶传感器。
热敏电阻传感器的电阻值随温度变化而变化，通过测量电阻值的变化来获得温度值。
五、湿度传感器湿度传感器是用于测量空气湿度的传感器。
其工作原理主要是基于湿度对某种物质的影响。
例如，湿度对一些带有水分敏感性的材料的电导率、电容率等产生影响，通过测量这些物质的性质变化来获得湿度值。
六、加速度传感器加速度传感器是用于测量物体加速度的传感器。
其工作原理基于牛顿第二定律，通过测量传感器所受到的惯性力来获得加速度值。
常见的应用包括汽车碰撞检测、手机屏幕旋转等。
七、其他传感器除了以上常见的传感器之外，还有许多其他类型的传感器，如声音传感器、气体传感器、磁力传感器等。
每种传感器都有其独特的工作原理和应用领域。
综上所述，传感器是一类能够感知外部环境并将信号转化为可用电信号的器件。
不同类型的传感器有不同的工作原理，如光学传感器基于光的特性测量、压力传感器基于压力的变形测量等。
深入了解传感器的工作原理将有助于我们更好地理解其应用和优化设计。
第八讲BroadcastReceiver、常用传感器
常用传感器简介
磁场传感器：主要用于读取手机设备外部的磁场强度。随 着手机设备摆放状态的改变，周围磁场在手机的X、Y、Z方向 上的影响会发生改变。磁场传感器会返回三个数据，三个数据 分别代表周围磁场分解到X、Y、Z三个方向上的磁场分量，单 位是微特斯拉。 温度传感器：用于获取手机设备所处环境的温度。温度传 感器会返回一个代表手机设备周围温度数据，单位是摄氏度。 光传感器：用于获取手机设备所处环境的光的强度；光传 感器会返回一个代表手机设备周围光的强度数据，单位是勒克 斯。 压力传感器：用于获取手机设备所处环境的压力的大小； 压力传感器会返回一个代表手机设备周围压力大小的数据。
关键代码
关键代码
关键代码
关键代码
关键代码
关键代码
传感器开发步骤
1、 调用Context的getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE)
方法获取Sensor Manager对象，Sensor Manager对象代表系 统的传感器管理服务； 2、 调用SensorManager的getDefaultSensor(int type)方法来 获取指定类型的传感器；
建对应的BroadcastReceiver实例，并自动触发它的
onReceive()方法，onReceive()方法执行完后， BroadcastReceiver的实例就会被销毁。 如果BroadcastReceiver的onReceive()方法不能在10 秒内执行完成，Android会认为该程序无响应。所以不要 在广播接收者的onReceive()方法里执行一些耗时的操作，
rate），该方法中参数说明如下：
listener：监听传感器事件的监听器。该监听器需要实现
传感器原理与应用课件 第2章 传感器的特性及标定
温度补偿：用于补偿温度对 测量结果的影响
温度校准：用于校准其他传 感器的测量结果
温度监测：用于监测食品、 药品等物品的温度变化
流量传感器应用
工业生产：用于测量液体、气体的流量，如石油、天然气、水等 环保监测：用于监测污水、废气排放，确保环保达标 医疗设备：用于监测血液、尿液等液体的流量，辅助诊断和治疗 汽车电子：用于监测燃油、冷却液等液体的流量，确保车辆正常运行
Part Four
传感器应用实例
压力传感器应用
汽车领域：用于监测轮胎压力、发动机油压等 医疗领域：用于监测血压、呼吸压力等 工业领域：用于监测液压系统、气压系统等 航空航天领域：用于监测飞行器气压、发动机压力等
温度传感器应用
温度报警：用于监测高温、 低温等异常情况
温度控制：用于控制加热、 制冷等设备
标定误差处理：选 择合适的标定方法、 优化标定参数、消 除环境干扰等
标定实例
温度传感器：通过测量温度变化，确定传感器的灵敏度和精度 压力传感器：通过测量压力变化，确定传感器的灵敏度和精度 加速度传感器：通过测量加速度变化，确定传感器的灵敏度和精度 湿度传感器：通过测量湿度变化，确定传感器的灵敏度和精度
位移传感器应用
工业自动化：用于控制机械设备的 位置和速度
汽车电子：用于检测汽车的行驶速 度和位置
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
医疗设备：用于测量患者的生理参 数，如血压、体温等
航空航天：用于测量飞行器的位置 和姿态
THANKS
汇报人：
重复性与灵敏度
重复性：传感器在相同条件下多次测量同一物理量的能力 灵敏度：传感器对被测量变化的响应能力 影响因素：温度、湿度、压力等环境因素 提高方法：选择合适的传感器材料和结构，优化信号处理算法
传感器(传感器教学课件)精选全文完整版
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 可编辑修改精选全文完整版传感器(传感器教学课件)传感器(传感器教学课件) 1、传感器：（1）广义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置，狭义：在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。
（2）、通常由敏感元件和转换元件组成。
（3）分类从应用目的角度（被测量性质）：机械量传感器：位移、速度、加速度、振动、力、尺寸热工量传感器：温度、压力、流量、物位化学量传感器：浓度、化学成分状态量传感器：颜色、透明度、磨损量、裂纹从研究目的角度（输出量性质/工作原理）：参量型传感器：电阻式、电容式、电感式（无源电参量）发电型传感器：热电偶、光电、磁电、压电等（输出电压或电流）三、检测系统组成 2、灵敏度传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。
1/ 6若系统的输出和输入间有线性关系，则灵敏度 k 是一个常数。
3、测量过程：比较、示差、平衡、读数四个步骤 4、测量误差：检测结果和被测量的客观真值之间存在的差别。
（1）绝对误差仪表的指示值（测量值）与被测量真值之间的差值。
x x0 （2）相对误差仪表指示值的绝对误差与被测量真值（实际值）的比值。
我国电工仪表的准确度等级就是按照满度误差分级的。
仪表的准确度等级和基本误差实际测量时，为防止测量值超量程太多而损坏仪表，应先在大量程下测得被测量大致数值，然后选择合适的量程测量，以尽可能减小相对误差。
实际测量中，若真值未知，或测量误差不大，可用指示值代替真值计算相对误差，即示值相对误差例：现有一重约 15g 的物体待测，请从下列几个称重仪中选出最合适的一台,并做必要的计算和说明。
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传感器的静态特性——重复性
n
贝塞尔公式法
( yi yi )2
i 1
n(n 1)
yi为某校准点的输出值； yi为输出值的算术平均值；n为测
量次数
极差法
Wn dn
Wn为极差；dn为极差系数，其值与测量次数n有关
所谓极差是指某一点数据中的最大最小值之差
n
2
3
4
5
准确度高不一定精密度高
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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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关于精密度、准确度和精确度（精度）
精确度：是精密度与准确度两者的总和
在最简单的情况下，可取两者的代数和 常以测量误差的相对值表示
精确度高表示精密度和准确度都比较高
（a）准确度高而精密度低
（b）准确度低而精密度高
例如某测温传感器的精密度为0.5℃ 是随机误差大小的标志，精密度高，意味着随机误差小
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
如某流量传感器的准确度为0.3m3/s，表示该传感器的输出值 与真值偏离0.3m3/s
是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误差小
灵敏度误差es=(△S/S)×100％
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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的静态特性
分辨力
是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小 变化量
有时用相对满量程之值百分数表示则称分辨率
阈值
是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被输入量值， 即零点附近的分辨能力
反映的是校准数据的离散程度，
属于随机误差
eR
a max
y FS
100 %
σmax为各校准点正行程和反行程 输出值标准偏差中之最大值；a
为置信系数，通常取2或3
a=2时，置信概率为95.4%
a=3时，置信概率为99.73%
σ计算用贝塞尔公式或极差法
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
在信息论和工程控制理论中，通常采用一些足以 反映系统动态特性的函数，将系统的输入输出联 系起来
传递函数
频率响应函数
阶跃响应函数
……
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的动态数学模型
传递函数
设x、y的初始条件为零，对线性常微分方程两边逐项进行拉氏变换
6
包括所有项数的多项式模型
y
0
x
y a1x a2 x2 a3x3
考虑了非线性和随机等因素
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的特性分析与技术指标
静态特性
线性度 迟滞（滞后） 重复性 灵敏度 分辨力（分辨率） 阈值 稳定性 漂移 静态误差 传感器系统静态误差
的响应特性
正弦变化的输入 阶跃变化的输入 线性输入 ……
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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的动态数学模型
是指传感器在受到随时间变化的输入量作用时， 输入－输出之间的关系，通常称响应特性
大部分传感器在其工作点附近一定范围内，其动态 数学模型可用线性微分方程表示
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传感器的静态特性——线性度
拟合直线方法
④ 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线
y=b+kx 能保证传感器校准数据的误差平方和最小 但校准曲线相对于拟合直线的最大偏差的绝
对值并不一定最小，最大正、负偏差的绝对 值也不一定相等 推荐使用
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
3
理想的线性特性
y
a0=a2 =a3=……=an=0
y=a1x
0
灵敏度:
x
s= y/x =a1=常数
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
4
仅有偶次非线性项
y
y a1x a2 x2 a4 x4
Y (S ) y(t)eSt dt S＝β+jw, β>0 0
Y (S)(an S n an1S n1 a1S 1 a0 ) X (S)(bm S m bm1S m1 b1S 1 b0 )
H(S)
Y (S ) X (S)
又称非线性，是表征传感器输入－输出校准曲线与所选定的拟
合直线之间吻合（或偏离）程度的指标，通常用相对误差来表 示线性度
传感器的静态模型常为多项式 y = a0+a1x + a2x2 + a3x3 + ┅
在经过零点校正后（即a0 = 0） y = a1x + a2x2 + a3x3 + ┅
在测量中我们希望得到精确度高的结果
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
（c）精确度高
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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 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
包括零点漂移和灵敏度漂移
两种漂移又可分为“时间漂移 —— 零点或灵敏度随时间而发生缓慢的 变化”和“温度漂移 —— 零点或灵敏度随环境温度的变化而改变”
静态误差
是评价传感器静态特性的综合指标，指传感器在满量程内，任一 点输出值相对起理论值的可能偏离（逼近）程度
方根和表示法： 代数和表示法：
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的静态特性——线性度
拟合直线方法
③ 最佳直线法：使实际
输出特性相对于所选
拟合直线的最大正偏
差等于最大负偏差的
一条直线作为拟合直
线
eL
| max | | max | 100 % 2 yFS
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
xi •
yi
n xi2 ( xi )2
b xi2 • yi xi • xi yi n xi2 ( xi )2
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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的静态特性——迟滞（滞后）
是反映传感器正（输入 量增大）反（输入量减 小）行程过程中输入－ 输出曲线的不重合程度 的指标
近代信息处理（第八讲）
——传感器（2）
刘树彬 2009.03.12
传感器的数学模型
可能用来检测静态量或者动态量 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，但在数学上非常困难 输入信号的状态不同，传感器表现出来的输出特性也
不同，所以静态、动态特性可以分开来研究
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
动态特性
频率响应特性
➢ 典型环节的动态响应：零阶 环节、一阶环节、二阶环节
阶跃响应特性 冲激响应特性 对任意输入x(t)所引起的响应
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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的静态特性——线性度
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传感器的静态特性——线性度
拟合直线方法
i yi (b kxi )
要使
n
2i
最小
分别对i1 k和b求一阶偏导：
k
n
[ yi
i0
(b kxi )]2
0
b
n
[ yi
i0
(b
kxi )]2
0
求出：
n
k
xi yi
有些传感器在零点附近存在严重的非线性 噪声电平的干扰（噪声电平的幅度超过了零点附近的输出）
稳定性
又称长期稳定性，即传感器在长时间工作的情况下仍保持其 原性能的能力
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中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的静态特性
漂移
是指在一定时间间隔内传感器的输出存在着有与被测输入量无关 的、不需要的变化。
E EL2 ER2 EH2 E EL ER EH
系统静态误差
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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关于精密度、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
通常用正反行程中输出
的最大偏差量△Hmax与理 论满量程输出yFS之比的 百分数表示：
eH
H max 100 % y FS
2009-03-12
中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬
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传感器的静态特性——重复性（不重复性）
衡量传感器在同一工作条件下，
输入量按同一方向作全量程连续 工作多次变动时，所得特性曲线 间一致程度的指标
an
dny dt n