传感器基本特性1

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第1章 传感器的基本知识

第1章 传感器的基本知识
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几何量:
长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、 硬度、材料 缺陷等
燕山大学电气工程学院
第1章 传感器的基本知识
物体的性质和成分量 :
空气的湿度(绝对、相对)、气体的化学成分、浓度、液体 的粘度、浊度、透明度、物体的颜色
状态量:
工作机械的运动状态(启停等)、生产设备的异常状态(超 温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等)
x
△Rmax1正行程的最大重复性偏差, △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
重复性误差也常用绝对误差表示。检测时也可选取几个测试点, 对应每一点多次从同一方向趋近,获得输出值系列 yi1 , yi2 , yi3 ,…,yin ,算出最大值与最小值之差或 3σ作为重复性偏差 ΔRi,在几个ΔRi中取出最大值ΔRmax 作为重复性误差。
燕山大学电气工程学院
传感器依赖其结构参数变化 实现信息转换 传感器依赖其敏感元件物理 特性的变化实现信息转换 传感器直接将被测量的能量 转换为输出量的能量 由外部供给传感器能量,而 由被测量来控制输出的能量 输出为模拟量 输出为数字量
第1章 传感器的基本知识
1.1.3 传感器的物理定律
( 1 )守恒定律(能量、动量、电荷量等守恒定律)
燕山大学电气工程学院
第1章 传感器的基本知识
工业检测中涉及的物理量分类 热工量:
温度t(℃ 、K、℉ ) 3 压力(压强)p(Pa)、压差Δ p 、真空度、流量q(t、m )、 流速v(m/s)、物位、液位h(m)
机械量:
直线位移x(m)、角位移α、速度、加速度a( m/s ) 、转速n (r/min)、应变 ε (m/m )、力矩T(Nm)、振动、噪声、质量 (重量)m(kg、t)

1传感器的静态特性主要有那些

1传感器的静态特性主要有那些

1.传感器的静态特性主要有那些?说明什么是线性度?传感器的特性主要是指传感器的输入(被测量)与输出(电量)的关系。

静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。

也即当输入量为常量,或变化极慢时,这一关系就称为静态特性。

传感器的静态特性主要有:线性度、迟滞性、灵敏度、稳定性、重复性、阈值等。

传感器的静特性曲线可实际测试获得,用下列多项式程表示为:n n x a x a x a x a a y +++++= 332210式中y 为输出量、x 为输入量、0a 为零点输出、1a 为理论灵敏度、n a a a ,,32为非线性项系数。

在获得特性趋向之后,可以说问题已经得到解决。

但是为了标定和数据处理的方便,希望得到线性关系。

这时可采用各种方法,其中也包括硬件或软件补偿,进行显性化处理。

一般来说,这些办法都比较复杂。

所以在非线性误差不太大的情况下,总是采用直线拟合的方法来线性化。

在采用直线拟合线性化时,输出输入的校正曲线之间的最大偏差,就称为非线性误差,也就是线性度: max (/)100L L FS y γ=±⨯△%由此可见,非线性偏差的大小是以一定的拟合直线为基准直线而得来的。

拟合直线不同,非线性误差也不同。

所以,选择拟合直线的主要出发点,应是获得最小的非线性误差。

另外,还应考虑使用是否方便,计算是否简便。

2.什么是传感器的静态误差?传感器的静态误差是如何评定的?静态误差是指传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论值的偏离程度。

静态误差的求取方法如下:把全部输出数据与拟合直线上对应值的残差,看成是随即分布,求出其标准偏差σ,即 21)y (11∑-==n i i n △σ 式中 i y △— 各测试点的残差;n —测试点数。

取2σ和3σ值即为传感器的静态误差。

静态误差也可用相对误差来表示,即%100)/3(⨯±=FS y σγ (1-15)静态误差也是一向综合指标,他基本上包括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,若者几项误差是随机的、独立的、正态分布的,也可以把这几个单项误差综合而得,即:2222S R H L γγγγγ+++±=3.某测温系统由以下四个环节组成,各自的灵敏度如下:铂电阻温度传感器:0.45Ω/℃电桥: 0.02V/Ω放大器: 100(放大倍数)笔式记录仪: 0.2cm/V求:(1)测温系统的总灵敏度; (2)记录仪笔尖位移4cm 时,所对应的温度变化值。

第一章 传感器的一般特性2zz

第一章   传感器的一般特性2zz

7、漂移

漂移是指传感器的被测量不变,而其输出 量却发生了不希望有的改变。
y 灵敏度漂移
零点漂移 灵敏度漂移 时间漂移(时漂) 温度漂移(温漂)
2 1 零点漂移 O x
8 分辨力和阈值
(1)阈值:当传感器的输入从零开始缓慢增加时, 只有在达到了某一值后,输出才发生可观测的变化,这 个值说明了传感器可测出的最小输入量,称为传感器的 阈值。 (2)分辨力:当传感器的输入从非零的任意值缓慢 增加时,只有在超过某一输入增量后,输出才发生可观 测的变化,这个输入增量称为传感器的分辨力。
取较大者为
RMax
ΔRmax2 ΔRmax1
R ( R Max yFS ) 100%
x
6.稳定性 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。
第一章 传感器的一般特性
在工程应用中,任何测量装置性能的优劣总要 以一系列的指标参数衡量,通过这些参数可以方便地 知道其性能。这些指标又称之为特性指标。 传感器可看作二端口网络,即有两个输入端和 两个输出端,输出输入特性是其基本特性,可用静态 特性和动态特性来描述。
输入
传感器
输出
1. 1 传感器的静特性
九、抗干扰能力
设计、选用、购买
1、量程和范围
传感器所能测量的最大被测量(输入量)的数值称为测量上
限,最小被测量称为测量下限,上限与下限之间的区间,则 称为测量范围。

量程---测量上限与下限的代数差。
测量范围为-20~+20℃,量程为40℃; 测量范围为-5~+10g,量程为15g; 测量范围为100~1000Pa,量程为900Pa;

1 传感器的基础知识-半导体传感器原理与应用-李新-清华大学出版社

1 传感器的基础知识-半导体传感器原理与应用-李新-清华大学出版社
y=a0+a1x+a2x2+…….+anxn
线性模型: y=a0+a1x或y=ax ➢ 动态模型(输入信号随时间变化): 微分方程
and n y / dtn a1dy / dt a0 y bmd mx / dtm b1dx / dt b0x c
当传感器的数学模型初值为0时,对其进行拉氏变换,可得
1、传感器的基础知识
取决于传感器本身,可通过传感器本身的改善来加以抑制, 有时也可以对外界条件加以限制。
冲振
外界影响
温度
电磁场
电源
输入
输出
Sensor
线性 迟滞 重复性
温漂 稳定性(零漂) 灵敏度
衡量传感器特性的主要技术指标
传感器的输入-输出关系
1、传感器的基本特性
➢ 传感器的数学模型 指传感器的输入输出关系。 ➢ 传感器的静态模型(输入信号不随时间变化):
➢最小二乘法线性度
设拟合直线方程: y=kx+b
y
yi
若实际校准测试点有n个,则第i个校准
数据与拟合直线上响应值之间的残差为 0
Δi=yi-(kxi+b)
y=kx+b
xI
x
最小二乘拟合法
最小二乘法拟合直线的原理就是使 2i 为最小值,即
n
n
2
2i yi kxi b min
i 1
i 1
2i 对k和b一阶偏导数等于零,求出b和k的表达式
规定工作条件下,环境温度每变化1℃,零点输出变化(灵敏度变化) 与满量程输出(灵敏度)之比,称为零点温漂(灵敏度温漂)。
➢ 精度 表征测试系统的测量结果与被测量真值的符合程度。
方和根表示法:

传感器原理及应用(第三版)第1章

传感器原理及应用(第三版)第1章
=0.0987/(e-1)=5.75%(非线性误差最小,拟合精度最高)
三、精确度(精度)
精确度由三个指标:精密度、正确度和精确度 (一)精密度
它说明测量结果的分散性。即对某一稳定的对象(被测量)由 同一测量者用同一传感器和测量仪表在相当短的时间内连续反复测 量多次其测量量的分散程度。 愈小则说明测量越精密。
常数;对非线性
传感器而言,灵
敏度随输入量的
变化而变化。
从输出曲线看,
曲线越陡,灵敏
度越高。可以通
xmax
过作该曲线某一 点的切线的方法
x (作图法)求得 曲线上任一点的
灵敏度。
灵敏度太高,检测系统的稳定性将降低。
例1 :已知某传感器静态特性方程y=ex,试分别用切线 法,端基法和最小二乘法,在0<x<1范围内拟合基准直 线方程,并求出相应的线性度。
电阻R/ 765 826 873 942 1032
电阻R随温度t的变化规律必须用MATLAB进行曲线拟合
1100
1000
900
800
700
20
40
60
80
100
例:一组测量数据的曲线拟合
已知一组(二维)数据,即平面上 n个点(xi,yi) i=1,…n,利用MATLAB,可以寻求到一个函数(曲线) y=f(x), 使 y=f(x)在某种准则下与所有数据点最为接近, 即曲线拟合得最好。
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

1-1测量的基本概念、测量误差1-2传感器及其基本特性

1-1测量的基本概念、测量误差1-2传感器及其基本特性

作图法求灵敏度过程 切点 y Δy
传感器 特性曲线
x1
y K x
0 Δx
xmax
x
2、分辨力:
指传感器能检出被测信 号的最小变化量,是有量纲 的数。当被测量的变化小于 分辨力时,传感器对输入量 的变化无任何反应。对数字 仪表而言,如果没有其他附 加说明,可以认为该表的最 后一位所表示的数值就是它 的分辨力。一般地说,分辨 力的数值小于等于仪表的最 大绝对误差。
传感器实例
温度传感器
压力传感器
液位传感器
三、传感器基本特性
传感器的特性一般指输入、输出特性。 包括:灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、 电磁兼容性、可靠性等。
1、灵敏度 :
灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与 输入变化值之比,用K 来表示:
dy y K dx x
(1-6)
对线性传感器而言,灵敏度为一常数;对非 线性传感器而言,灵敏度随输入量的变化而变 化。
产生粗大误差的一个例子
2.系统误差:
系统误差也称装置误差,它反映 了测量值偏离真值的程度。凡误差的 数值固定或按一定规律变化者,均属 于系统误差。
系统误差是有规律性的,因此可 以通过实验的方法或引入修正值的方 法计算修正,也可以重新调整测量仪 表的有关部件予以消除。
夏天摆钟变慢的原 因是什么?
3.随机误差
误差产生的因素:
1.粗大误差
明显偏离真值的误差称为粗大误差,也叫 过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗 心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰 所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压 尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言,粗 大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗 大误差时,应予以剔除。

传感器与检测技术ppt课件第一章

传感器与检测技术ppt课件第一章

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1.2检测技术理论基础
1.2.2 测量方法
1) 直接测量、间接测量和组合测量 (又称联立 测量)。经过求解联立方程组,才能得到被测物理量的最后
结果,则称这样的测量为组合测量。
2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
3) 等精度测量与非等精度测量
4) 静态测量与动态测量
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1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量,不随时间变化时,其 输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ,即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号(被测 量)x(t)之间的关系,传感器系统示意图如下图所 示。
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1.1.3 传感器基本特性
2.传感器的分类
(1)按照其工作原理,传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
(2)按照其被测量对象,传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
(3)按照其结构,传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是依靠敏感元件材料本身物理性质的 变化来实现信号变换,如:水银温度计。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换,如:电容式传感器。
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。
测量电路(measuring circuit): 将转换
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分,如 放大、滤波、线性化、补偿等,以获得更好的品质特 性,便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。

第1章 传感器的特性

第1章 传感器的特性
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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。
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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。
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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)
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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。
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二、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 感器的响应特性。 标准输入有三种:
正弦变化的输入 阶跃变化的输入 线性输入
动态测温的响应特性
Lmax L 100% YFS Lmax静态曲线与拟合直线之 间 的最大偏差的绝对值 YFS 满量程输出值
2.迟滞
传感器在正(输入量增大)反 (输入量减小)行程中输出 输入曲线不重合称为迟滞。 迟滞特性如图所示,它一般 是由实验方法测得。迟滞误 差一般以满量程输出的百分 数表示,即
yFS
x
△Rmax1正行程的最大重复性偏差绝对值, △Rmax2反行程的最大重复性偏差绝对值。
4.灵敏度
灵敏度是传感器对被测量变化的反应能力,是传 感器的基本指标。 传感器输出的变化量 Δy与引起该变化量的输入变 化量 Δ x之比即为其静态灵敏度,其表达式为
K=Δy/Δx
可见,传感器特性曲线的斜率就是其灵敏度。对线性 特性的传感器,其特性曲线的斜率处处相同,灵敏度 k是一常数。一般要求选灵敏度高的传感器。
y ⊿Hmax
0
迟滞特性
x
H max H 100% y FS
式中△ Hmax—正反行程间输出的最大差值绝对值。
3.重复性
重复性是指传感器在输入 按同一方向连续多次变动时 所得特性曲线不一致的程度。 重复性误差可用正反行程的最 大偏差绝对值表示,即
y
⊿Rmax2
⊿Rmax1
0
Rmax R 100% YFS
传感器的基本特性
传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。 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。 传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。
一、静态特性技术指标
1.线性度
在采用直线拟合线性化时,输出-输入的关系曲线 与其拟合直线之间的最大偏差,就称为非线性误差或线 性度。 通常用相对误差 γL 表示:
5.分辨率
分辨率表示传感器能检测到输入量的最小变化能力。 当传感器的输入量缓慢变化, 超过某一增量时,传感器 才能检测到输入量的变化,这个输入量的增量称为传感 器的分辨率。
6.稳定性
稳定性表示在较长时间内传感器对于大小相同的 输入量,其输出量发生漂移变化的程度,一般在室温 条件下,经过规定的时间间隔后传感器输出的差值称 为稳定性误差。
测量显示温度到达稳定的时间与传感器时间常数有关, 时间常数反映了传感器惯性的大小。
作业
• 某学生做电子秤实验,交叉点为测量数据,根据实验数据 画出如图所示特性曲线,要求:(1)根据特性曲线计算 电子秤的灵敏度,(2)根据特性曲
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