第1章 传感器的特性
1.检测技术概述 2 传感器的组成及基本特性
检测技术概述：
检测技术是自动化学科的重要组成部分，是以现代自动化系 统中的应用为主要目的，围绕参数测量和测量信号分析等 信息获取处理技术进行研究开发与应用的综合性学科。 为了监督和控制某个生产过程或运动对象的状态，掌握其发 展规律，使它们处于所选工况的最佳状态或使该过程（对 象）在我们的控制之中。就必须掌握他们特性的各种参数。 这就要求我们检测这些参数的大小、变化趋势、变化速度等。 通常，把含有检查、测量和测试等比较宽广意义的参数叫 做检测。 为了实现参数检测组建的系统或者装置叫做测控系统或检测 装置。 检测装置是测控系统的最前端，通过获取被测对象信号并进 行处理，然后将有用信息输出给自动控制系统或者操作者； 这些参数的获取需要以传感器检测作为基础。
5)热电阻传感器：利用电阻随温度变化的特性制成的传感器 称为热电阻传感器。可用于温度测量与控制、温度补偿、 稳压稳幅、自动增益调整、气压测定、气体和液体分析、 过载报警、过负荷保护和红外探测等。（1分） 6 ）气敏电阻传感器：将检测到气体（特别是可燃气体）的 成分、浓度等转换成电信号的传感器叫做气敏电阻传感器。 它可检测乙醚、乙醇、氢气、一氧化碳以及碳链较长的烷 烃（如正乙烃）等。（1分） 7 ）电感传感器：将电感量的变化转换成电压或电流的信号， 在进行放大的传感器叫做电感传感器。它可用来测量位移、 压力、振动等参数。电感传感器既可用于静态测量、又可 用于动态测量。（1分） 8 ）涡流传感器：涡流传感器可在金属体上产生涡流，其渗 透深度与传感器线圈激励电流的频率有关，它分为高频反 射和低频透射两种。（1分）
14）霍尔传感器：霍尔传感器应用较为广泛。（1分）
霍尔传感器：霍尔传感器是利用霍尔效应原理实现磁电转换，从而将 被测量转换为电动势的传感器。霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、 稳定性高、体积小等优点。广泛用于电流、磁场、位移、压力、转速 等物理量的测量。
角度式编码器：角度式编码器分为绝对式编码器和增量式编码器。是 测量角度位置和位移的最直接有效的方法。
传感器输入信号主要是被测的物理量（如长度、力） 等时,必然还会有一些难以避免的干扰信号（如温度、 电磁信号）等混入。严格地说,传感器的输出信号可 能为上述各种输入信号的复杂函数。就传感器设计 来说,希望尽可能做到输出信号仅仅是（或分别是） 某一被测信号的确定性单值函数,且最好呈线性关系。 对使用者来说,则要选择合适的传感器及相应的电路, 保证整个测量设备的输出信号能惟一、正确地反映 某一被测量的大小,而对其它干扰信号能加以抑制或 对不良影响能设法加以修正。
Biblioteka 在现代化装备和制造业中，检测及测量测试的工作已经占 据首要位置。它是保证整个生产过程达到性能指标和正常 工作的重要手段。在现今新的工业革命（第四次）即将到 来，传感器检测技术显得尤为重要
2.传感器的组成及分类
2.1 传感器的组成
传感器的定义（我国对传感器的定义标准）是能够感受和 响应规定的被测量（非电量或电量）， 并按一定规律将 其转换成有用输出的期间或装置， 特别是完成非电量到 电量的转换。定义中包含了三部分：①传感器是一个测量 装置，能够完成检测任务；②在规定的条件下感受被测量， 如物理量，化学量或生物量；③按一定规律转换成易传输 的电信号。传感器的组成， 并无严格的规定。一般说来， 可以把传感器看作由敏感元件（有时又称为预变换器）和 变换元件（有时又称为变换器）两部分组成， 见图1.1。
传感器可以做得很简单,也可以做得很复杂；可以是无源的网络,也可 以是有源的系统；可以是带反馈的闭环系统,也可以是不带反馈的开 环系统；一般情况下只具有变换的功能,但也可能包含变换后信号的 处理及传输电路甚至包括微处理器CPU。因此,传感器的组成将随不 同情况而异。 2.2 传感器的分类 用于测量和控制的传感器种类繁多，其分类方法很多,国内外尚无统 一的分类方法。同一个被测量，可以用不同种类的传感器，如温度 测量可以用热电偶测量，可以用热电阻测量，还可以用光纤传感器 测量等；同一原理的传感器，又可以用于多种非电量测量。一般按 如下几种方法进行分类。 1. 按输入被测量分类 这种方法是根据输入物理量的性质进行分类。表1.1给出了传感器输 入的基本被测量和由此派生的其它量。
超声波传感器：超声波技术是一门以物理、电子、机械和 材料为基础的技术。具有聚束、定向、反射及透射等特性。 核辐射传感器：基于核辐射粒子的电离作用、穿透能力、 物质吸收、散射和反射等物理特性制成的传感器。用来测 量物质的密度、厚度、分析气体成分、探测物质内部结构 等。
为了测量各种微观或宏观的物理、化学或生物等参数量值； 为了检验产品质量，为了进行计量标准的传递和控制，也 需要传感器检测技术作为基础。
随着科学技术的迅速发展，特别是微电子、计算机和通讯 技术的发展，以及新材料、新工艺的不断涌现，使得检测 技术在建立检测理论的基础上不断向着数字化、网络化和 智能化的方向发展。如何提高检测装置的分辨率、准确度、 稳定性和可靠性，研究新的检测方向，开发现代化的测控 系统是本门课程研究的方向。 测控系统的基本任务是获取有用的信息，尤其是从干扰中 提取出有用信息，这就需要利用传感器对信号进行获取。 测控系统是采用专门的传感器、测量仪器或测量系统，通 过合理的实验与信号处理及分析方法，由测的的信号求取 与研究对象有关信息量值，并将结果输出与显示的过程。
表1.1 传感器输入被测量
2. 按工作原理分类 这种分类方法以传感器的工作原 理作为分类依据,见表1.2。
表1.2 传感器按工作原理的分类
3. 按输出信号形式分类 这种分类方法是根据传感器输出信号的 不同来进行分类,见表1.3。
表1.3 传感器按输出信号形式的分类
论述题
2. 变换器
能将感受到的非电量变换为电量的器件 称为变换器。例如，可以将位移量直接 变换为电容、 电阻及电感的电容变换器、 电阻及电感变换器； 能直接把温度变换 为电势的热电偶变换器。显然，变换器 是传感器不可缺少的重要组成部分。
在实际情况中 ,由于有一些敏感元件直接就可 以输出变换后的电信号 ,而一些传感器又不包 括敏感元件在内 ,故常常无法将敏感元件与变 换器严格加以区别。
光栅传感器：光栅传感器主要用于长度和角度的精密测量以及数控系 统的位置检测等。在坐标式测量仪和数控机床的伺服系统中有广泛应 用。 感应同步器：主要用于测量位移以及与之相关的物理量。它具有测量 精度高，受环境影响小，使用寿命长，维护简便，抗干扰能力强，工 艺性好，成本低等优点。被广泛应用于大型机床和中型机床的定位、 数控和数显等。 CCD传感器：CCD固体图像传感、信息存储等方面得到的广泛应用。 红外传感器：利用物质温度高于绝对零度（-273℃）有红外线向周围 空间辐射。
试述传感器的作用、性能及分类（15分）
1、传感器在感受被测量变化的同时，将输入的被测非电量转换为 与之成单值（或线性）函数关系的电量输出，以便于用电测仪 表测出非电量的大小。（1分） 2、传感器的性能及分析如下： 1）触点传感器：触点传感器是把被测量直接或间接转换成触点的 闭合或断开状态的传感器。它能把模拟量转换为开关量，用于 信号、保护、分组和多级测量系统中。（1分） 2）干簧管传感器：干簧管有两种驱动方式：一为永磁铁，二为电 磁线圈。前者多用于检测，后者多用于控制。它可以应用在行 程测量、采样控制盒巡回检测系统中。（1分） 3）电位传感器：被测量的变化导致电位器阻值变化的元件成为电 位传感器。它具有结构简单，价格便宜，可靠性较高，输出功 率大灯优点。（1分） 4）电阻应变传感器：电阻应变传感器是将被测的应力（压力、荷 重、扭力等）通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的 检测元件（1分）
传感器 非电量 敏感元件 非电量 变换器 电量
图1.1 传感器的一般组成
1. 敏感元件
在具体实现非电量到电量间的变换时， 并非所 有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换 为电量， 而必须进行预变换， 即先将待测的 非电量变为易于转换成电量的另一种非电量。 这种能完成预变换的器件称之为敏感元件。
9）压磁传感器：压磁传感器是利用铁磁材料的弹性效应， 将被测力转换成电信号的传感器。可用来测量轧钢机的轧 制力、钢带的张力、纸张的张力、切削力、卷扬机的定量 自动提升、自动称重等。（1分） 10）电容传感器：它用于位移、振动、角度、加速度、压力、 料位、成分含量等地精密测量等。（1分） 11）光电传感器：光电传感器使将光信号转换为电信号的一 种传感器。光电传感器具有结构简单，非接触，高可靠性， 高精度和反应迅速等优点。（1分） 12）磁电传感器：利用导体和磁场发生相对运动而产生电动 势的原理而制成的检测装置叫做磁电传感器。磁电传感器 灵敏度高，可用来测量振动、加速度、转速、转角等参数， 可也检测热处理后的零件硬度、渗层深度、淬硬层深度等。 （1分） 13）压电传感器：利用某些物质具有压电效应的原理而制成 的检测装置叫做压电传感器。主要用来测量动态的力、压 力、加速度等。（1分）
传感器的特性
第1章传感器的特性一、单项选择题1、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（ B ）。
A. 延迟时间B. 上升时间C. 峰值时间D. 建立时间2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ）A．线性度、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性、稳态误差C．迟滞、重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性3、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（ B ）A．迟滞、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性C．重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性4、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激励频率等于系统固有频率时，该系统的响应与激励之间的相位差必为（ B ）A. 0°B.90°C.180°D. 在0°和90°之间反复变化的值5、传感器静态特性，是指当传感器输入、输出不随( A )变化时，其输出输入的特性。
A.时间B.被测量C.环境D.地理位置6、回程误差表明的是在( A )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。
A.多次测量B.同次测量C.正反行程D.不同测量7、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( C )关系的一种度量。
A.相等B.相似C.理想比例D.近似比例=秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输8、已知某温度传感器为时间常数τ3出指示温差的三分之一所需的时间为（ B ）秒A．3 B．1 C． 1.2 D．1/3二、填空题1、灵敏度是传感器在稳态下输出的变化量对引起该变化量的输入变化量的比值。
2、系统灵敏度越大，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越差。
3、稳定性是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。
4、一个高精度的传感器必须有良好的敏感元件和__转换元件__，才能完成信号无失真的转换。
5、传感器的动态特性是指传感器测量动态信号时，传感器输出反映被测量的大小和时间变化的能力。
研究传感器的动态特性有两种方法：瞬态响应法和频率响应法。
第1章传感器的一般特性MOOC1_1_06
传感器技术主讲人：吴琼水武汉大学电子信息学院第1章传感器的一般特性1.1 传感器静态特性静态特性指标（1）线性度（2）灵敏度（3）精确度(精度)（4）最小检测量和分辨力（5）迟滞（6）重复性（7）稳定性（8）漂移稳定性(Stability)稳定性表示传感器在较长时间内保持其性能参数的能力，故又称长期稳定性。
稳定性可用相对误差或绝对误差表示。
表示方式如：个月不超过%满量程输出。
有时也采用给出标定的有效期来表示。
1.1 传感器静态特性静态特性指标（1）线性度（2）灵敏度（3）精确度(精度)（4）最小检测量和分辨力（5）迟滞（6）重复性（7）稳定性（8）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。
产生原因：⏹传感器自身结构参数老化⏹测试过程中环境发生变化●漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。
零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移:◆时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化◆温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移●漂移包括零点漂移和灵敏度漂移。
零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移:◆时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化◆温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度漂移%1000⨯∆FS Y Y 零漂＝——最大零点偏差——满量程输出%100m ax⨯∆∆TY FS 温漂＝Δmax ——输出最大偏差；ΔT ——温度变化范围；Y FS ——满量程输出。
传感器 课后题及答案
传感器课后题及答案第1章传感器特性1．什么是传感器？（传感器定义）2．传感器由哪几个部分组成？分别起到什么作用？3. 传感器特性在检测系统中起到什么作用？4．解释下列名词术语：1)敏感元件;2)传感器; 3)信号调理器;4)变送器。
5．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？6．某传感器精度为2%FS ，满度值50mv ，求出现的最大误差。
当传感器使用在满刻度值1/2和1/8 时计算可能产生的百分误差，并说出结论。
7．一只传感器作二阶振荡系统处理，固有频率f0=800Hz，阻尼比ε=0.14，用它测量频率为400的正弦外力，幅植比ε=0.7时，，又为多少？，相角各为多少？8．某二阶传感器固有频率f0=10KHz，阻尼比ε=0.1若幅度误差小于3%，试求：决定此传感器的工作频率。
9. 某位移传感器，在输入量变化5 mm时，输出电压变化为300 mV,求其灵敏度。
10. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV、S3=5.0mm/V，求系统的总的灵敏度。
11．测得某检测装置的一组输入输出数据如下：a)试用最小二乘法拟合直线，求其线性度和灵敏度；b)用C语言编制程序在微机上实现。
12．某温度传感器为时间常数T=3s 的一阶系统，当传感器受突变温度作用后，试求传感器指示出温差的1/3和1/2所需的时间。
13．某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t→∞时，输出为100mV;在t=5s时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。
14．某一阶压力传感器的时间常数为0.5s,若阶跃压力从25MPa,试求二倍时间常数的压力和2s 后的压力。
15．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
传感器考试试题及答案完整版
传感器考试试题及答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系，并确定不同使用条件下的误差关系。
4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。
越5、一阶传感器的时间常数τ越__________, 其响应速度越慢;二阶传感器的固有频率ω_________, 其工作频带越宽。
6、按所依据的基准直线的不同，传感器的线性度可分为、、、。
7、非线性电位器包括和两种。
8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。
A. 放大电路B. 数据采集电路C. 转换元件D. 滤波元件9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )。
A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤10、属于传感器静态特性指标的是（D ）A.固有频率B.临界频率C.阻尼比D.重复性11、衡量传感器静态特性的指标不包括（ C ）。
A. 线性度B. 灵敏度C. 频域响应D. 重复性12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（）A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快越小, 其工作频带越宽B 二阶传感器的固有频率ωC 一阶传感器的时间常数τ越小, 其响应速度越快。
越小, 其响应速度越快。
D 二阶传感器的固有频率ω二、计算分析题1、什么是传感器由几部分组成试画出传感器组成方块图。
传感器考试试题及答案
传感器原理及其应用习题第1章传感器的一般特性一、选择、填空题1、衡量传感器静态特性的重要指标是_灵敏度______、__线性度_____、____迟滞___、___重复性_____ 等。
2、通常传感器由＿＿敏感元件＿＿、＿＿转换元件＿＿＿＿、＿转换电路＿＿＿＿三部分组成，是能把外界＿非电量＿转换成＿＿＿电量＿＿＿的器件和装置。
3、传感器的＿＿标定＿＿＿是通过实验建立传感器起输入量与输出量之间的关系,并确定不同使用条件下的误差关系。
4、测量过程中存在着测量误差，按性质可被分为粗大、系统和随机误差三类，其中随机误差可以通过对多次测量结果求平均的方法来减小它对测量结果的影响。
5、一阶传感器的时间常数τ越__________，其响应速度越慢；二阶传感器的固有频率ω0越_________，其工作频带越宽.6、按所依据的基准直线的不同,传感器的线性度可分为、、、.7、非线性电位器包括和两种。
8、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分.A。
放大电路 B. 数据采集电路 C。
转换元件 D. 滤波元件9、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为（B ）。
A．眼睛 B. 感觉器官 C。
手 D. 皮肤10、属于传感器静态特性指标的是(D ）A。
固有频率 B.临界频率 C.阻尼比D。
重复性11、衡量传感器静态特性的指标不包括( C ）.A。
线性度 B. 灵敏度C。
频域响应 D. 重复性12、下列对传感器动态特性的描述正确的是（）A 一阶传感器的时间常数τ越大, 其响应速度越快B 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其工作频带越宽C 一阶传感器的时间常数τ越小，其响应速度越快.D 二阶传感器的固有频率ω0越小, 其响应速度越快。
二、计算分析题1、什么是传感器？由几部分组成？试画出传感器组成方块图。
2、传感器的静态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义。
作业3、传感器的动态性能指标有哪一些，试解释各性能指标的含义第2章电阻应变式传感器一、填空题1、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称__应变_____效应;半导体或固体受到作用力后_电阻率______要发生变化，这种现象称__压阻_____效应。
传感器与传感器技术(何道清)课后答案
《传感器与传感器技术》计算题答案1—5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差δ(以mV 计)。
当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。
由你的计算结果能得出什么结论?解：满量程（F ▪S ）为50﹣10=40(mV) 可能出现的最大误差为：∆m ＝40⨯2%=(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为：%4%10021408.01=⨯⨯=γ %16%10081408.02=⨯⨯=γ1—6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数τ和静态灵敏度K 。
（1）T y dt dy5105.1330-⨯=+ 式中, y ——输出电压，V ；T ——输入温度，℃。
（2）x y dt dy6.92.44.1=+式中，y ——输出电压，μV ；x ——输入压力，Pa 。
解：根据题给传感器微分方程，得 （1） τ=30/3=10(s)，K=⨯10-5/3=⨯10-5(V/℃)；(2) τ==1/3(s)， K==(μV/Pa)。
1—7 已知一热电偶的时间常数τ=10s ，如果用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540℃至500℃之间接近正弦曲线波动，周期为80s ，静态灵敏度K=1。
试求该热电偶输出的最大值和最小值。
以及输入与输出之间的相位差和滞后时间。
解：依题意，炉内温度变化规律可表示为x (t) =520+20sin(ωt)℃由周期T=80s ，则温度变化频率f =1/T ，其相应的圆频率 ω=2πf =2π/80=π/40；温度传感器（热电偶）对炉内温度的响应y(t)为y(t)=520+Bsin(ωt+ϕ)℃热电偶为一阶传感器，其响应的幅频特性为()()786010********22.B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯π+=ωτ+==ω因此，热电偶输出信号波动幅值为B=20⨯A(ω)=⨯=15.7℃由此可得输出温度的最大值和最小值分别为y(t)|m ax =520+B=520+=535.7℃y(t)|m in =520﹣B==504.3℃输出信号的相位差ϕ为ϕ(ω)= -arctan(ωτ)= -arctan(2π/80⨯10)= -︒相应的时间滞后为∆t =()s 4.82.3836080=⨯1—8 一压电式加速度传感器的动态特性可以用如下的微分方程来描述，即x y dt dy dt y d 1010322100.111025.2100.3⨯=⨯+⨯+式中，y ——输出电荷量，pC ；x ——输入加速度，m/s 2。
第1章传感器概述
H max——正反行程输出值间的最大差值。 式中：
1.2 传感器的一般特性
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，如图所示:
图1-5 重复性
1.2 传感器的一般特性
重复性误差属于随机误差，常用标准偏差σ表示， 也可用正反行程中的最大偏差ΔRmax表示，即：
1.2 传感器的一般特性
以动态测温的问题为例说明传感器动态特性。 在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测 介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的 温度分布等情况下，都存在动态测温问题，如 图所示:
动态测温
1.2 传感器的一般特性
传感器的种类和形式很多，但它们一般可以 简化为一阶或二阶系统。 高阶可以分解成若干个低阶环节。 对于正弦输入信号，传感器的响应称为频率 响应或稳态响应；对于阶跃输入信号，则称 为传感器的阶跃响应或瞬态响应。
1.1 基本概念
附：传感器组成示意图
敏感元件的输出作 为转换元件的输入
被测量
敏感 元件
转换 元件
转换 电路
电量
直接感受被测量
转化为电量参数
传感器组成示意图
1.1 基本概念
1.1.3 传感器的分类
按工作机理分类 可分为物理型、化学型、生物型 按构成原理又分为：结构型、物性型和复合型三大类 按能量的转换分类 可分为能量控制型和能量转换型 按输入量分类 常用的有机、光、电和化学等传感器 按输出信号的性质分类 可分为模拟式传感器和数字式传感器
图1-3 传感器的灵敏度
1.2 传感器的一般特性
3．迟滞
传感器在正（输入量增大）反（输入量减小） 行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象 称为迟滞，如下图所示:
传感器原理及应用第三版第1章
即：
k
2 ~ 3
YF S
100 %
式中 k — 重复性； — 标准偏差；
标准偏差计算见书中第九页所示。
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七、零点漂移
传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一段
时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即零
点漂移。
零漂 Y0 100 % YFS
式中 Y0 — 最大零点偏差（或相应偏差） YFS — 满量程输出
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拟合基准直线方法一：端基法
以校准曲线的零点输出和满量程输出 值连成的直线为拟合直线。
Y a0 KX
式中 Y—输出量 X—输入量 a0—Y轴上截距 K—直线a0b0的斜率
图1-4 端基线性度拟合直线
拟合基准直线方法二：最小二乘法
用最小二乘法原则拟合直线，可使拟合度 最高。
令直线方程：
利用拉氏变换，由（1－21）式可得到Y（S）和X（S）的方程式
(a0S n an1S n1 a1S a0 )Y (S) (b0S m bn1S m1 b1S b0 ) X (S)（1－23）
只要对（1-21）式的微分方程求解，便可以得到动态响应及动 态性能指标。
绝大多数传感器输出与输入的关系均可用零阶、一阶、或二阶 微分方程来描述。
（3）具有 X偶次阶项的非线性[图1-1(c)]
Y a1X a2 X 2 a4 X 4
（4）具有 X奇、偶次阶项的非线性[图1-1(d)]
Y a1X a2 X 2 a3 X 3 a4 X 4
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奇次项的曲 线在原点附 近较接近直 线
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第1章 传感器的特性
3.重复性（Repeatability） 传感器在同一工 作条件下输入量 按同一方向(同为 正行程或同为反 行程)作全量程连 续多次变动时所 得特性曲线的不 一致程度。
重复性误差：
Rmax R 100% YFS
△Rmax：正（反）行程中的最大重复偏差
特性曲线一致性好, 重复性就好,误差就小。
3
传感器的特性：传感器所有性质的总称。 传感器的基本特性：输出/输入特性。
概述
静态特性 ： 被测参量基本不随时间变化或变化很缓慢时，传 感器的输出/输入特性。
动态特性 ：
被测参量随时间变化时 ，传感器的输出/输入特 性。
5
传感器的特性
1.1 传感器静态特性方程与特性曲线 1.2 传感器的静态特性 1.3 传感器的动态特性
取2σ或3σ值即为传感器静态误差。静态误差也 可用相对误差表示，即：
3 100% y FS
静态误差是一项综合性指标，基本上包含了前面 叙述的非线性误差、迟滞误差、重复性误差、灵敏度 误差等。所以也可以把这几个单项误差综合而得，即：
L H R S
2 2 2
（3-3）
32
1.2 传感器静态特性的主要指标
• 由于受很多因素的影响，会引起灵敏度变化从而产生灵敏 度误差，习惯上用相对误差表示
s
k k
100%
• 灵敏度的量纲： 输出的量纲/输入的量纲。V/℃、mv/g、A/g、mv/mm
• 能量控制型传感器，灵敏度与供给sensor的电源电压有关。 例如：100(mv/mm.V) 某位移传感器，当电源电压为1V时，每1mm位移的变化量 引起输出电压变化100mv。
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温度稳定性（温漂）：传感器在外界温度变化情况下输 出量发生的变化，又称为温度漂移。 抗干扰能力稳定性：传感器对各种外界干扰的抵抗能力。
武汉大学传感器技术课件-传感器一般特性
主讲人： 吴琼水
武汉大学电子信息学院
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器静态特性
静态特性指标
（1）线性度 （2）灵敏度 （3）精确度(精度) （4）最小检测量和分辨力 （5）迟滞 （6）重复性 （7）稳定性 （8）漂移
线性度(Linearity)
在规定的条件下，传感器静态校准曲线(实际曲线)与拟合直线间最大偏差 与满量程输出值的百分比称为线性度。
传感器技术
主讲人： 吴琼水
武汉大学电子信息学院
第1章 传感器的一般特性
1.1 传感器静态特性
静态特性指标
（1）线性度 （2）灵敏度 （3）精确度(精度) （4）最小检测量和分辨力 （5）迟滞 （6）重复性 （7）稳定性 （8）漂移
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迟滞。
例：某电子秤： 增加砝码
电桥输出 减砝码输出
0 g —— 50g —— 100g —— 200g 0.5 mv --- 2.0mv -- 4.0mv --- 8.0mv 0.6 mv --- 2.2mv ---4.5mv --- 8.0mv
H
H max
/Y FS
100%
产生这种现象的主要原因是由于传感器敏感元件材 料的物理性质和机械另部件的缺陷所造成的，例如弹 性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间 隙、紧固件松动等。
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。
精确度
是精密度与准确度两者的综合优良程度。
低精密度， 低正确度
高精密度， 低正确度
低精密度， 高正确度