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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:线性度、迟滞、重复性、灵敏度与灵敏度误差、分辨率与阀值、稳定性、温度稳定性、静态误差、多种抗干扰能力等。

    传感器的输入—输出关系或多或少地都存在非线性问题。在不考虑迟滞、蠕变等因素的情况下,其静态特性可用下列多项式代数方程来表示:

    

    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

    线性度

    传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。

    用一条直线(切线或割线)近似地代表实际曲线的一段,使传感器输入输出特性线性化,所采用的直线称为拟合直线。

    

  ΔLmax——最大非线性绝对误差 YFS——满量程输出值。

    几种直线拟合方法:

    

    理论拟合        过零旋转拟合       端点连线拟合        端点平移拟合

    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的程度称为迟滞。迟滞误差:

    

    

    重复性

    重复性是指传感器沿同一方向变化时,在全量程范围内连续进行多次测

    试,所得到的各特性曲线重复程度。

    

    灵敏度和灵敏误差

    静态灵敏度:

    传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比。

    灵敏度误差

    

    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。

    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%)。

    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。

    多种抗干扰能力

    传感器对各种外界干扰的抵抗能力。例如抗冲击和振动能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等,评价这些能力比较复杂,一般也不易给出数量概念,需要具体问题具体分析。

    静态误差

    传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论输出值的偏离程度。

    静态误差的求取方法:

    把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差,看成随机分布,求出其标准偏差σ,即:△yi--各种测试点的残差; n--测试点数。

    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,

    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:

    △yi--各种测试点的残差;n--测试点数。

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