傳感器原理

傳感器的靜態(tài)特性

靜態(tài)特性：傳感器在被測(cè)輸入量各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出——輸入關(guān)系。

穩(wěn)定狀態(tài)指的是被測(cè)量趨于穩(wěn)定，基本不變或變化緩慢。

重復(fù)性：在同一條件下，對(duì)同一被測(cè)量，沿同一方向，多次重復(fù)測(cè)量的差異程度。

重復(fù)性誤差反應(yīng)的是數(shù)據(jù)的離散程度，屬于隨機(jī)誤差，因此應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算σ。

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差：

算數(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差：

由公式可知多次測(cè)量可以提高精度。

例題：

線性度

線性度又稱非線性，是表征傳感器輸出-輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線（作為工作直線）之間的吻合或者偏離程度的指標(biāo)。通常用相對(duì)誤差來(lái)表示線性度或非線性誤差。即

其中△Y ** x表示輸出值與理想直線的較大偏差

yFS表示理論滿量程輸出值

顯然，選定的擬合直線不同，計(jì)算所得線性度數(shù)值不同，選擇擬合直線應(yīng)該保證獲得的盡量小的非線性誤差。

獲取擬合直線的方法：

對(duì)于不同的獲取擬合直線的方法，得到的線性度是不一樣的，沒(méi)有絕對(duì)的可比性。

分辨力

指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定范圍內(nèi)所能檢測(cè)出的被測(cè)輸入量的較小變化量。

該值相對(duì)滿量程輸入值的百分?jǐn)?shù)，稱為分辨率。

靈敏度

靈敏度是傳感器輸出量增量與被測(cè)輸入量增量的比值。線性傳感器的靈敏度就是擬合直線的斜率，非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)。

靈敏度的正負(fù)只代表輸出與輸入的直接變化趨勢(shì)是否相同，絕對(duì)值大小才反應(yīng)傳感器靈敏的高與低。

穩(wěn)定性

又稱長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即傳感器在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍保持其性能的能力，穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過(guò)一規(guī)定的時(shí)間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時(shí)的輸出之間的差異來(lái)表示。

漂移

漂移指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器存在著與被測(cè)輸入量無(wú)關(guān)的、不需要的變化。

靜態(tài)誤差（精度）

靜態(tài)誤差是評(píng)價(jià)傳感器靜態(tài)性能的綜合性指標(biāo)，指?jìng)鞲衅髟跐M量程內(nèi)任一點(diǎn)輸出值相對(duì)其理論值的可能偏離程度，它表示采用該傳感器進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量時(shí)所得數(shù)值的不確定度。

靜態(tài)誤差的計(jì)算方法：

例題：

做題的時(shí)候只要記住相對(duì)誤差=絕對(duì)誤差/測(cè)量值，相對(duì)誤差是精度的一種。

動(dòng)態(tài)特性反映傳感器對(duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。

實(shí)際測(cè)量時(shí)輸入量是千變?nèi)f化的，且往往事先并不知道，故工程上采用輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)函數(shù)的方法進(jìn)行分析，并據(jù)此確立若干評(píng)定動(dòng)態(tài)特性的指標(biāo)。常用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)函數(shù)是正弦函數(shù)與階躍函數(shù)。

傳感器的動(dòng)態(tài)模型

微分方程：

傳遞函數(shù)：

將各種頻率不同而幅值相等的正弦信號(hào)輸入傳感器，其輸出正弦信號(hào)的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系稱為頻率響應(yīng)特性。

階躍響應(yīng)特性

當(dāng)給靜止的傳感器一個(gè)單位階躍信號(hào)時(shí)，其輸出信號(hào)稱為階躍響應(yīng)。衡量階躍響應(yīng)的指標(biāo)有