《传感原理与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第1章 传感器的一般特性

第1章传感器的一般特性output传感器inputx(t)y(t)系统传感器系统的输出信号y(t)与输入信号x(t)之间的关系称为传感器系统的基本特性包括两方面的研究内容：1.获取给定系统的基本特性：2.研究、设计与建立传感器系统静态特性*动态特性

1 第1章 传感器的一般特性 传感器 系统 x(t) y(t) input output 传感器系统的输出信号y(t)与输入信号x(t)之 间的关系称为传感器系统的基本特性。 包括两方面的研究内容： 1.获取给定系统的基本特性； 2.研究、设计与建立传感器系统。 *静态特性 *动态特性

81.1传感器的静态特性传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。*迟滞*线性度*重复性*灵敏度*量程*分辨率2

2 § 1.1传感器的静态特性 传感器的静态特性是指被测量的值处于 稳定状态时的输出输入关系。 *线性度 *迟滞 *灵敏度 *重复性 *分辨率 *量程

1.1.1线性度（linearity）传感器的输出与输入之间的线性程度。理想线性关系：y=KxX实际的特性：.+a,x"y =ao +a,x+a,x' +a,x' +......各项系数不同式中：ao一零位输出决定了特性曲线ai一灵敏度的形状不相同。(P8)a2, an一非线性项系数。3

3 1.1.1线性度（linearity） 传感器的输出与输入之间的线性程度。 理想线性关系： y=Kx x y 实际的特性： n n 3 3 2 y = a0 +a1 x +a2 x +a x ++a x 式中: a0——零位输出 a1 ——灵敏度 a2 , ., an——非线性项系数。 各项系数不同, 决定了特性曲线 的形状不相同。 （P8）

理想情况仅含有一次项，希望表达式仅含奇次项，偶次项和零次项消除。传感器在结构上采用差动式结构可实现Yi = ao +ajx+a,x? +...+a,xny2 =ao -ax +a,x? +...+(-l)"a,x"y= yi - y2 = 2(a,x+asx +...)表达式中消除了零次项和偶次项，提高了灵敏度减小了非线性

4 理想情况仅含有一次项，希望表达式仅含奇 次项，偶次项和零次项消除。传感器在结构上 采用差动式结构可实现。 减小了非线性。 表达式中消除了零次项和偶次项，提高了灵敏度， 2( ) ( 1) 3 1 2 1 3 2 2 0 1 2 2 1 0 1 2    = − = + + = − + + + − = + + + + y y y a x a x y a a x a x a x y a a x a x a x n n n n n

传感器非线性大小评定方法静特性曲线可通过实际测试获得。首先在标准工作状态下，用标准仪器设备对传感器进行标定（测试），得到其输入输出实测曲线，即校准曲线，然后作一条理想直线，即拟合直线校准曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比，称为传感器的非线性误差（或线性度）5

5 传感器非线性大小评定方法 静特性曲线可通过实际测试获得。 首先在标 准工作状态下，用标准仪器设备对传感器进行 标定（测试），得到其输入输出实测曲线，即 校准曲线，然后作一条理想直线，即拟合直线， 校准曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器 满量程输出之比，称为传感器的非线性误差 （或线性度）

在采用直线拟合线性化时，传感器的输出输入校正曲线与其拟合曲线间最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差，通常用相对误差表示max×100%8L=±(1-6)VFS式中，L一非线性误差（线性度）：Amx一最大非线性绝对误差：F-s一输出满量程图1-3传感器静态特性的非线性6

6 在采用直线拟合线性化时，传感器的输出 输入校正曲线与其拟合曲线间最大偏差与满量 程输出值的百分比称为线性度或非线性误差， 通常用相对误差表示

1.1.2灵敏度(sensitivity)传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比输出量的变化量-dyS.输人量的变化量=dr(1-7)线性传感器：S, = k = △y/ △xdy= yix3dx-X0(a)(b)1

7 1.1.2 灵敏度(sensitivity) 传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出 变化量与引起此变化的输入变化量之比 线性传感器： S k y x n = =  /  = y/x

1.1.3分辨率和分辨力J (resolution)是指传感器能检测到的最小的输入增量的分能力。分瓣能力可用绝对值表示（分辨力），也可用与满量程的百分数表示（分瓣率，无量刚）。数字式传感器一般用分辨力为输出的数字指示值最后一位数字。8

8 1.1.3分辨率和分辨力（resolution） 是指传感器能检测到的最小的输入增量的分辨 能力。分辨能力可用绝对值表示（分辨力），也可 用与满量程的百分数表示（分辨率，无量刚）。 数字式传感器一般用分辨力为输出的数字指示 值最后一位数字

1.1.4 迟滞(hysteresis)表明正向和反向行程输出-输入特性曲线不重合的程度。以正、反向输出量的最大偏差对FE满量程输出yF.s的百分比表示。△maxSH×100%=±0XsYF.s图1-5滞环特性示意图9

9 1.1.4 迟滞（hysteresis） 表明正向和反向行程输出-输入特性曲线不 重合的程度。 以正、反向输出 量的最大偏差对 满量程输出yF.S的 百分比表示。 100% . max   =  F S H y 

1.1.5 重复性(repeatability)表示输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致程度。YesAm一般采用输出最大不重复误差△max与满量程输出yF.s的百分数Am,表示：FesAmax×100%图1-6重复性OR=±YF.s(Y -Y)?(2 ~ 3)od,=±×100%1==76Yr.sn-110

10 1.1.5 重复性（repeatability） 100% (2 ~ 3) . =   F S R y   100% . max   =  F S R y  表示输入量按同一方向作全量程连续多次变动 时所得特性曲线不一致程度。 一般采用输出最大不重复误差 Δmax与满量程输出yF.S的百分数 表示：