傳感器的一般特性分析

1、1第第2 2章章 傳感器的一般特性傳感器的一般特性2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性2.3 2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性2數(shù)學(xué)模型基本特性指標(biāo)根據(jù)被測輸入量 靜態(tài)特性（穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)） 動(dòng)態(tài)特性（周期變化或瞬態(tài)）靜態(tài)特性指標(biāo)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型傳感器要將各種信息量變換為電量，描述這種變換的輸入與輸出的關(guān)系輸入與輸出的關(guān)系表達(dá)了傳感器的基本特性?；咎匦浴Ｃ枋鰝鞲衅骰咎匦缘姆椒ǎ?2.1 概述3 靜態(tài)特性：指在靜態(tài)信號(hào)的作用下，描述傳感器的輸入、輸出之間的一種關(guān)系。 nnxaxaxaay.22102.2 傳感器的靜態(tài)特性一、傳感器

2、的靜態(tài)模型x輸入量；y輸出量；a0零位輸出；a1傳感器的線性靈敏度；a2 an非線性項(xiàng)待定常數(shù)。4.55331xaxaxay.44221xaxaxayxay1傳感器靜態(tài)模型的幾個(gè)特例(a0=0)5.55331xaxaxayyxcyxbxay1yxa.44221xaxaxay6遲滯線性度靈敏度重復(fù)性分辨力精度穩(wěn)定性漂移閾值二、傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)7 傳感器實(shí)際的輸出輸入關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度，稱為傳感器的線性度或非線性誤差。輸出-輸入實(shí)際曲線與擬合直線之間的最大偏差輸出滿量程值eL= maxYFS100%maxFSymxyxmaxFSymxyx傳感器的線性度1. 1.線性度線性度e eL L

3、（非線性誤差）（非線性誤差）8 擬合直線：在輸入量變化允許的范圍內(nèi)，可以用滿足一定條件的直線來近似地代表實(shí)際曲線或其一段，該直線即稱為“擬合直線”（工作曲線）。 工作曲線的擬合方法有多種。選定的工作曲線不同，線性度亦不相同。選定工作曲線的原則是（,）。我們最常采用的是最小二乘法最小二乘法進(jìn)行曲線擬合。91.2 傳感器的一般特性過零旋轉(zhuǎn)擬合過零旋轉(zhuǎn)擬合端點(diǎn)連線擬合端點(diǎn)連線擬合端點(diǎn)平移擬合端點(diǎn)平移擬合幾種直線擬合方法理論擬合理論擬合10穩(wěn)態(tài)下傳感器的輸出增量與輸入增量的比值。即輸入量的變化輸出量的變化nS？ 純線性傳感器與非線性傳感器的靈敏度有何區(qū)別x yxy ixyxxySn ixxinxdyd

4、S 傳感器靈敏度2. 2.靈敏度靈敏度SnSn（或（或K K）11(1) 遲滯（回差滯環(huán)）現(xiàn)象：m FSymxyxiydy傳感器的滯回誤差3. 3.遲滯現(xiàn)象和回差遲滯現(xiàn)象和回差E EH H如圖，對于同一大小的輸入信號(hào)x，在x連續(xù)增大的行程中，對應(yīng)于某一輸出量為yi，在x連續(xù)減小的過程中，對應(yīng)于輸出量為yd，yi和yd二者不相等，這種現(xiàn)象稱為遲滯現(xiàn)象。12(2)滯環(huán)誤差：(3)遲滯大小通常由實(shí)驗(yàn)確定，最大滯環(huán)率（回差EH ）：mdiyyE%100maxFSmHyEE 遲滯特性能表明傳感器在正向輸入量增大行程和反向行程期間，輸入輸出特性曲線不重合的程度。正反行程輸出值間正反行程輸出值間的最大差值。

5、的最大差值。13(1)重復(fù)性表示傳感器在輸入量按同一方向（增或減）全量程多次測試時(shí)所得特性曲線的不一致程度。yx0max2max1(2)按相同輸入條件多次測試的輸出特性曲線越重合，其重復(fù)性越好，誤差也越??；(3)傳感器重復(fù)性誤差與遲滯現(xiàn)象相同，主要由傳感器機(jī)械部分的磨損、間隙、松動(dòng)、部件的內(nèi)摩擦、積塵以及輔助電路老化和漂移等原因產(chǎn)生。4. 4.重復(fù)性重復(fù)性EzEz14(4)不重復(fù)性誤差一般屬于的性質(zhì)%100FSzyE) 1()(12nyyniiniiyny11置信系數(shù)(23)可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示如標(biāo)準(zhǔn)偏差 服從高斯(正態(tài))分布，標(biāo)準(zhǔn)偏差可按貝塞爾公式計(jì)算：155. 5.分辨力（分辨力（ x xmi

6、nmin ） 在規(guī)定的測量范圍內(nèi)，傳感器所能檢測出。分辨率用相對于輸入滿量程的相對值表示。即xminxFS100%xFS 輸入量的滿量程值6. 6.漂移漂移 傳感器在下，發(fā)生了與輸入量無關(guān)的變化。主要有“零點(diǎn)漂移”和“靈敏度漂移”，這兩種漂移又可分為“時(shí)間漂移”和“溫度漂移”。167. 7. 靜態(tài)誤差（精度）靜態(tài)誤差（精度）(1)將非線性、滯后、重復(fù)性誤差幾何、代數(shù)法綜合222ezeeeHLs)(ezeeeHLs(2)將全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相對于擬合直線求標(biāo)準(zhǔn)偏差1)(12pypii%100)32( SFsye%100| )( |max SFsyye(3)將非線性、遲滯視為系統(tǒng)誤差，重復(fù)性視為隨機(jī)誤差

7、17提高傳感器性能的技術(shù)途徑: 通常，由單一敏感元件與單一變送器組成的傳感器，其輸出-輸入特性較差，如果采用差動(dòng)、對稱結(jié)構(gòu)和差動(dòng)電路（如電橋）相結(jié)合的差動(dòng)技術(shù)，可以達(dá)到消除零位值、減小非線性、提高靈敏度、實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償和抵消共模誤差干擾等的效果，改善傳感器的技術(shù)性能。182.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性：輸入量隨時(shí)間變化時(shí)傳感器的響應(yīng)特性。例：設(shè)TT0，現(xiàn)在將熱電偶迅速插到恒溫水槽的熱水中（插入時(shí)間忽略不計(jì)），這時(shí)熱電偶測量的溫度參數(shù)發(fā)生一個(gè)突變，即從T0突然變化到T，立即看一下熱電偶輸出的指示，是否在這一瞬間從原來的T0立刻上升到T呢？ TTT00t0tt動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差測試曲線測試曲線熱電偶

8、測溫過程曲線熱電偶測溫過程曲線水溫水溫T /熱電偶熱電偶環(huán)境溫度環(huán)境溫度T T0 0/且且 T TT T0 019 多數(shù)傳感器輸入信號(hào)是隨時(shí)間變化的，只是變化的快慢不同而已。緩慢變化的信號(hào)容易跟蹤，變化較快的信號(hào)跟蹤性能會(huì)下降。 一個(gè)動(dòng)態(tài)性能好的傳感器輸入與輸出應(yīng)具有相同的時(shí)間函數(shù)，但除理想狀態(tài)外，輸出信號(hào)一定不會(huì)與輸入信號(hào)有相同時(shí)間函數(shù)，這種輸入輸出之間的差異就是動(dòng)態(tài)誤差。20動(dòng)態(tài)誤差輸出穩(wěn)定后與理想輸出量的誤差輸入量躍變，輸出量在過渡狀態(tài)的誤差一、傳感器的動(dòng)態(tài)模型數(shù)學(xué)描述微分方程(時(shí)域)傳遞函數(shù)（頻域）2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性211. 1. 微分方程微分方程xbdtdxbdtxdbdtxd

9、byadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.條件：線性時(shí)不變系統(tǒng)（高階常系數(shù)線性微分方程）xbyadtdya001一階環(huán)節(jié)一階傳感器xbyadtdyadtyda001222二階環(huán)節(jié)二階傳感器xbya00零階環(huán)節(jié)零階傳感器0., 0210mbbbb對于傳感器通常2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性222. 2. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)：在線性常系數(shù)系統(tǒng)中，初始條件為零時(shí)，輸出量（響應(yīng)函數(shù)）的拉普拉斯變換與輸入量（激勵(lì)函數(shù)）拉普拉斯變換之比。xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111.)().()().(01

10、110111sXbsbsbsbsYasasasammmmnnnn兩邊取拉氏變換：傳遞函數(shù)：01110111.)()()(asasasabsbsbsbsXsYsHnnnnmmmm2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性輸出響應(yīng) y（t)23特點(diǎn)：（1）反映傳感器系統(tǒng)本身特性，與 x(t) 無關(guān)。（2）X(s)、Y(s)、H(s)知二求一（3）相同的傳遞函數(shù)可以表征不同物理系統(tǒng)（4）對(S)=(S)(S)進(jìn)行反變換，即可得到Y(jié)(t)與X(t)關(guān)系。（5）多環(huán)節(jié)串并聯(lián)的傳感器系統(tǒng)2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性24(A)串聯(lián)系統(tǒng)： 總傳遞函數(shù)為各子系統(tǒng)傳遞函數(shù)的積。)(SH1)( SH2)( SHnxyniiSHSH1)(

11、)(B)并聯(lián)系統(tǒng)： 總傳遞函數(shù)為各子系統(tǒng)傳遞函數(shù)的和。)( SH1)( SH2xyniiSHSH1)()()( SHn2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性25二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)輸入信號(hào)階躍函數(shù)正弦函數(shù)指數(shù)函數(shù)沖激函數(shù)斜坡函數(shù)通常從時(shí)域和頻域兩方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性261. 1. 傳感器的階躍響應(yīng)傳感器的階躍響應(yīng)( (時(shí)域時(shí)域) ) 下面以傳感器的單位階躍響應(yīng)來評價(jià)傳感器的動(dòng)態(tài)特性。 當(dāng)給靜止的傳感器輸入一個(gè)階躍信號(hào)0,0,0)(00tbttxb其輸出信號(hào)即為傳感器的階躍響應(yīng)。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性27(1)一階傳感器的階躍響應(yīng)特性)()()(0txst

12、ydttdy一階傳感器的微分方程為：0, 10,0)(tttx對初始狀態(tài)為零的傳感器，當(dāng)輸入一個(gè)單位階躍信號(hào)由于x(t)=1, X(s)=1/s，傳感器輸出的拉氏變換為ssssXsHsY11)()()(0一階傳感器的傳遞函數(shù)：1)()()(0sssXsYsH2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性28一階傳感器的單位階躍響應(yīng)信號(hào)為)1 ()(0testy響應(yīng)時(shí)間t = TS 時(shí)的動(dòng)態(tài)誤差ed：SST0T00esessed007. 05;018. 04;05. 03dSdSdSeTeTeT時(shí)，時(shí)，時(shí)，t ts s0 0小小大大y y一階傳感器的單位階躍響應(yīng)為了討論方便，靈敏度一般都?xì)w一化。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特

13、性29(2)二階傳感器的單位階躍響應(yīng))()()()(22txbtyadttydadttyda0012靜態(tài)靈敏度固有角頻率阻尼比201200002 aaaaaabsnw；令)()()(2)(20222txstydttdydttydnnnwww 2 2022sXssYssnnnwww則：故)()()()(22txabtyaadttydaadttyd2020212.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性30 設(shè)傳感器的靜態(tài)靈敏度s0=1則二階傳感器傳遞函數(shù)為傳感器輸出的拉氏變換:2222)(nnnsssHwww)2()()()(222nnnssssXsHsYwww二階傳感器的單位階躍響應(yīng)上圖為二階傳感器的單位階躍響應(yīng)

14、曲線，它在很大程度上取決于阻尼比和固有角頻率n。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性31固有頻率n由傳感器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定, n越高, 傳感器的響應(yīng)越快。當(dāng)n為常數(shù)時(shí), 傳感器的響應(yīng)取決于阻尼比 。 =0時(shí)，響應(yīng)是一個(gè)等幅振蕩過程，又稱無阻尼狀態(tài)，達(dá)不到穩(wěn)態(tài)； 1時(shí)，響應(yīng)是一個(gè)不振蕩的衰減過程，又稱過阻尼狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間較長； =1 時(shí)，響應(yīng)是一個(gè)由不振蕩衰減到振蕩衰減的臨界過程，又稱為臨界阻尼狀態(tài)； 0 1時(shí)，響應(yīng)是一個(gè)衰減振蕩過程，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間隨的減小而加長，又稱為欠阻尼狀態(tài)。 分析：32 一階傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) (3)傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)時(shí)間常數(shù)：一階傳感器輸出上升到穩(wěn)態(tài)值的

15、63.2%所需的時(shí)間,稱為時(shí)間常數(shù)。 延遲時(shí)間td：傳感器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時(shí)間。上升時(shí)間tr： 對有振蕩的傳感器，它是指從零上升到第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。 對無振蕩的傳感器，它是指從穩(wěn)態(tài)值的10%到90%。trtd00.50.6320.91.0ty(t)0.12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性33二階傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) y(t)1.00.9t0.5tptrtd0峰值時(shí)間tp：二階傳感器輸出響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值所需的時(shí)間。 超調(diào)量：二階傳感器輸出超過穩(wěn)態(tài)值的最大值。=(y(tp)-y()/ y()穩(wěn)定誤差：當(dāng)t時(shí)，傳感器階躍響應(yīng)的實(shí)際值與期望值之差。響應(yīng)時(shí)間ts：響應(yīng)曲線衰減到穩(wěn)態(tài)

16、值之差不超過5%或2%所需要的時(shí)間，有時(shí)稱為過渡過程時(shí)間。34 對于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，拉氏變換是廣義的傅氏變換，取S=+j中的=0，則S=j，即拉氏變換局限于S平面的虛軸，則得到傅氏變換：01110111)(.)()()(.)()()()()(ajajajabjbjbjbjXjYjHnnnnmmmmwwwwwwwwwwwwwwwjIReAjHHjXjYjH)()()()()()(通常(j)相應(yīng)函數(shù)是個(gè)復(fù)數(shù)，可以用e指數(shù)的形式表示：2. 2.傳感器的頻率響應(yīng)傳感器的頻率響應(yīng)2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性35A()表示傳感器的輸出與輸入的幅度比值隨頻率而變化的大小。也稱為傳感器的動(dòng)態(tài)靈敏度（或增益）

17、。 wwwwwwjj , jjXYimHXYreHIR其中，A()為，可表示為：22)()()()(wwwwIRHHjHA分別表示H(j)的實(shí)部和虛部2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性36 則頻率特性的相位角 ()表示傳感器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間相位差隨頻率變化的關(guān)系，故稱之為。 jjYRejXjIm11wwwwwwwXYtgHHtgRI 對于傳感器，通常是，表示傳感器輸出滯后于輸入的相位角度。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性37設(shè)傳感器輸出y(t)和輸入x(t)滿足下列關(guān)系：)()(00txAty此式說明: （1）輸出對輸入放大了A0倍。 （2）輸出對輸入滯后了0時(shí)間。式中A0和0都是常數(shù)傳感器的無失真測試條

18、件2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性38 傳感器的頻率響應(yīng)為00)()()(wwwwjeAjXjYjH)0()()(000為理想情況wwwconstantAA其中 理想理想的傳感器的幅頻特性應(yīng)當(dāng)是常數(shù)常數(shù)（即水平直線），相頻特性應(yīng)當(dāng)是線性關(guān)系或?yàn)榱憔€性關(guān)系或?yàn)榱悖駝t就要產(chǎn)生失真。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性39(1)零階傳感器的頻率響應(yīng) 零階系統(tǒng)的微分方程為 傳感器表達(dá)式中，a1以上的項(xiàng)都為0 txabtytxbtya0000或 jHjXjYabSXSYSHwww00其中與頻率無關(guān)1000abs零階傳感器的頻率響應(yīng)函數(shù)為2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性40則其幅頻函數(shù)為：1)(wA0)(w 結(jié)論： 零階傳感器的輸

19、出值與輸入值成恒定的比例關(guān)系，與輸入量的頻率無關(guān)。 即零階系統(tǒng)具有理想的動(dòng)態(tài)特性，無論被測量x(t)如何隨時(shí)間變化，零階系統(tǒng)的輸出都不會(huì)失真，其輸出在時(shí)間上也無任何滯后，所以零階系統(tǒng)又稱為比例系統(tǒng)。 相頻函數(shù)為：41(2)一階傳感器的頻率響應(yīng)解：一階系統(tǒng)的微分方程11)(wwjjHxbyadtdya001100001absaa、令)()() 1(sXsYs則頻率響應(yīng)函數(shù)為對上式進(jìn)行拉氏變換，得1)(1)(2wwA)tgacrww()(wwww)(1)(1A時(shí)，越小，頻率響應(yīng)特性越好。42(b)相頻特性21.010520.11.00.20.1A()()1052

20、1.0-80-60-40-200(a) 幅頻特性結(jié)論：一階傳感器的靜態(tài)靈敏度s0說明其靜態(tài)特性;時(shí)間常數(shù)具有時(shí)間的量綱，它反映傳感器的慣性的大小。一階系統(tǒng)又稱為慣性系統(tǒng)。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性43 所謂二階傳感器是指由二階微分方程所描述的傳感器。很多傳感器，如振動(dòng)傳感器、壓力傳感器等屬于二階傳感器，其微分方程為：)(x)(y)(y)(y001222tbtadttdadttda xabyaa dtdyaadtyd 20202122或(3)二階傳感器的頻率響應(yīng)44 SXSYSSnn12122ww設(shè)傳感器的靜態(tài)靈敏度s0=1，傳感器的拉氏變換為由此可寫出其頻率特性表達(dá)式， 即 )

21、()()(2)(20222txstydttdydttydnnnwww201200002aaaaaabs nw；令靜態(tài)靈敏度固有角頻率阻尼比45其幅頻特性、 相頻特性分別為222211| )(|)(nnjHAwwwwwwnnnnnjjjjHwwwwwwwwww211)(2)()(2222212arctan)()(nnjHwwwwww 相位角負(fù)值表示相位滯后。由上述兩式可畫出二階傳感器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。461071.025104321.00.20.070.050.030.020.10.01=A(w)nww/ w0

22、- 40- 80-120-160()10521.0=nww/二階傳感器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性47結(jié)論：結(jié)論：v當(dāng) 時(shí)，A()1，()很小，此時(shí)，傳感器的輸出y(t)再現(xiàn)了輸入x(t)的波形。 二階傳感器的頻率響應(yīng)特性主要取決于傳感器的固有頻率n和阻尼比。 為了減小動(dòng)態(tài)誤差和擴(kuò)大頻率響應(yīng)范圍，一般提高傳感器固有頻率n。通常固有頻率n至少應(yīng)為被測信號(hào)頻率的(3-5)倍， 即n(3-5)，實(shí)際測試中n10 。2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性482.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性1)(wA一階傳感器系統(tǒng)： 二階傳感器系統(tǒng)：1112w14

23、112222nnwwww動(dòng)態(tài)誤差幅值誤差相角差即為相位移)(arctg)(ww212arctan)(nnwwwww49例題：用一個(gè)時(shí)間常數(shù) 的一階傳感器測量正弦信號(hào)。問：（1）如果要求限制幅值誤差在5%以內(nèi)，則被測正弦信號(hào)的頻率是多少？此時(shí)的幅值誤差和相角差各是多少？（2）若用具有該時(shí)間常數(shù)的同一系統(tǒng)作50Hz信號(hào)的測試，此時(shí)的幅值誤差和相角差各是多少？s105450分析：傳感器對某一信號(hào)測量后的幅值誤差應(yīng)為1)(wA相角差即相位移為，對一階系統(tǒng)，1)(1)(2wwA)(arctg)(ww51%51)(wA%5-1)(wA05.01)(112w108. 0)(2wHzf104即被測正弦信號(hào)的頻

24、率不能大于104Hz。此時(shí)產(chǎn)生的幅值誤差和相位誤差分別為%94. 41112w-18.9)(arctgw（1）52（2）作50Hz信號(hào)測試時(shí)，有%21. 1121111122wf-8.92)10550arctg(-2)2(arctg)(arctg4wf可見，要使一階系統(tǒng)測量誤差小，則應(yīng)使盡量小532.4 傳感器的標(biāo)定 傳感器標(biāo)定就是利用精度高一級精度高一級的標(biāo)準(zhǔn)器具對傳感器進(jìn)行定度的過程，從而確立傳感器輸出量和輸入量之間的對應(yīng)關(guān)系；同時(shí)也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。 傳感器的標(biāo)定有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定二種。 541.傳感器的靜態(tài)標(biāo)定 主要用于檢驗(yàn)測試傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重

25、復(fù)性等。 以應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備系統(tǒng)為例。 測力機(jī)測力機(jī)應(yīng)變式測應(yīng)變式測力傳感器力傳感器數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表精密電阻箱精密電阻箱數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表高精度穩(wěn)壓電源高精度穩(wěn)壓電源2.4 傳感器的標(biāo)定55傳感器的靜態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)一般由以下幾部分組成： 1.被測物理量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如測力機(jī)。 2.被測物理量標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)。如標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)長度量規(guī)等。3.被標(biāo)定傳感器所配接的信號(hào)調(diào)節(jié)器和顯示、記錄器等。所配接的儀器精度應(yīng)是已知的，也作為標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備。各類傳感器標(biāo)定方法不同，但基本要求相同的。2.4 傳感器的標(biāo)定56具體標(biāo)定步驟如下：（1）將傳感器測量范圍分成若干等間距點(diǎn)；（2）根據(jù)傳感

26、器量程分點(diǎn)情況，輸入量由小到大逐漸變化，并記錄各輸入輸出值；（3）再將輸入值由大到小慢慢減少，同時(shí)記錄各輸入輸出值；（4）重復(fù)上述兩步，對傳感器進(jìn)行正反行程多次重復(fù)測量，將得到的測量數(shù)據(jù)用表格列出或繪制曲線；（5）進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。2.4 傳感器的標(biāo)定572.傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定 進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)和標(biāo)定后還需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，以便確定它們的動(dòng)態(tài)靈敏度、固有頻率和頻響范圍等。 傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定時(shí)，需有一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對它激勵(lì)，常用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有二類： 一是周期函數(shù)，如正弦波等； 另一是瞬變函數(shù)，如階躍波等。 用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)激勵(lì)后得到傳感器的輸出信號(hào)

27、，經(jīng)分析計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、便可決定其頻率特性，即幅頻特性、阻尼和動(dòng)態(tài)靈敏度等。2.4 傳感器的標(biāo)定581掌握傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)及定量描述方法；小 結(jié)3掌握傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)（階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)）的分析方法；2掌握傳感器動(dòng)態(tài)特性的描述方法（微分方程，傳遞函數(shù)，頻率特性）及其動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)（一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，二階傳感器的固有頻率wn和阻尼比）的意義；4.了解傳感器的標(biāo)定59動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性時(shí)域頻域階躍響應(yīng)頻率響應(yīng)一階二階二階一階零階根據(jù)特性曲線得出傳感器存在慣性，傳感器存在慣性，越小，響應(yīng)越快，越小，響應(yīng)越快，Ts=4Ts=4時(shí)認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)（時(shí)認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài)（ ，63.2% ）固有頻率固有頻率n

28、 n由結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，由結(jié)構(gòu)參數(shù)決定， n n越高，響應(yīng)越快；越高，響應(yīng)越快； n n為常數(shù)時(shí)，響為常數(shù)時(shí)，響應(yīng)取決于應(yīng)取決于，一般為，一般為0.6-0.80.6-0.8比例系統(tǒng)（理想系統(tǒng)）：比例系統(tǒng)（理想系統(tǒng)）：A A（）=1=1，（）=0慣性系統(tǒng)：慣性系統(tǒng)：越小，頻響特性越好越小，頻響特性越好（輸出無失真，工作頻帶范圍寬）（輸出無失真，工作頻帶范圍寬）主要通過提高主要通過提高n減小動(dòng)態(tài)誤差，擴(kuò)大頻減小動(dòng)態(tài)誤差，擴(kuò)大頻響范圍，其次適當(dāng)選取響范圍，其次適當(dāng)選取加寬幅頻特性加寬幅頻特性平直段，使相頻特性接近直線等平直段，使相頻特性接近直線等時(shí)時(shí)域域特特性性指指標(biāo)標(biāo)動(dòng)態(tài)誤差60一 階 傳 感 器 二

29、 階 傳 感 器微分方程 傳遞函數(shù) 頻率特性 幅頻特性相頻特性 txstydttdy0 txstydttdydttydnn022221ww sssH10 121220ssssHnnwwwwjsjH10nnjsjHwwwww2120 201wwwsjHA 2222041nnsAwwwww wwwarctanarctan 2nn12arctanwwwww主要計(jì)算公式61作作 業(yè)業(yè)1.何為傳感器靜態(tài)特性？靜態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？2.何為傳感器動(dòng)態(tài)特性？動(dòng)態(tài)特性主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？3.測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不失真測量的條件是什么？624.有一個(gè)傳感器，其微分方程為 ，其中 y輸出電壓（mV），x為輸入溫度（

30、）,試求傳感器的時(shí)間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度k。 xyty15. 0=3dd305.某力傳感器為一典型的二階振蕩系統(tǒng)，已知該傳感器的固有頻率f0=800Hz，阻尼比=0.14，試求用它測量頻率為400Hz的正弦交變力時(shí)，其輸出與輸入幅值比A()和相位差()各為多少？ 63wwjjH05. 011)()30100sin(8 . 010sin2)(tttx6、某一階測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線若輸入正弦周期信號(hào)試求其響應(yīng) y(t)。647、已知某二階系統(tǒng)傳感器的自振頻率f0=20kHz，阻尼比=0.1，若要求該系統(tǒng)的輸出幅值誤差不大于3%，試確定該傳感器的工作頻率范圍。8、采用電容式傳感器進(jìn)行位移測量，該傳感器的靈敏度為 ，將它與靈敏度為 的放大器相連，放大器的輸出接到一臺(tái)筆試記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/V。試計(jì)算這個(gè)測量系統(tǒng)的靈敏度，當(dāng)位移為6mm時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？ F/mm10212V/F10510659、設(shè)有兩只力傳感器均可作為二階系統(tǒng)處理，固有頻率分別為800Hz和2.2kHz，阻尼系數(shù)均為0.4，欲測量頻率為400Hz正弦變化的力，應(yīng)選用哪一只？并計(jì)算所產(chǎn)生的幅值誤差和相位誤差。10、簡述傳感器標(biāo)定的目的及其對測量儀器精度等級的要求。662 2、對于傳感器的動(dòng)態(tài)特性，下面哪種說法不正確（、對于傳感器的動(dòng)態(tài)特性，下面哪種說法