傳感器基本特性

傳感器與檢測技術(shù)（第2傳感器與檢測技術(shù)（第2版）這類傳感器的幅頻特性、相頻特性分別為：幅頻特性：A(w)=1/Ji+(wT)2 (2.20)相頻特性：①(w)=一arctan(wu) (2.21)圖2.5為一階傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線。從式(2.20)、(2.21)和圖2.5看出，時(shí)間常數(shù)u越小，此時(shí)4w)越接近于常數(shù)1,3w)越接近于0,因此，頻率響應(yīng)特性越好。當(dāng)wu?1時(shí)：A(w)"1,輸出與輸入的幅值幾乎相等，它表明傳感器輸出與輸入為線性關(guān)系。叭w)很小，tan(p)-p,3w)六一wu，相位差與頻率w成線性關(guān)系。a)頻特性t相頻特性圖2.5一階傳感器的頻率特性(2)二階傳感器的頻率響應(yīng)典型的二階傳感器的微分方程為：d2y(t) dy(t)a +a +ay(t)=ax(t) (2.22)2dt2 1dt0 0因此有：幅頻特性：

相頻特性：式中：A(—)相頻特性：式中：A(—)=<—1-(一)2—n2+4c2(—)2—nJ1-2)2c(—)/、 —①(—)=-arctan —1-(—)2— n(2.25)(2.26)耳風(fēng)(傳感器的固有角頻率)0on(a0on(a)幅頻特性－40o－80o)(—3—120o－160o0.1 0.2 0.5 1.0 2 5 103處n(b)相頻特性圖2.6二階傳感器的頻率特性圖2.6為二階傳感器的頻率響應(yīng)特性曲線。從式(2.25)、式(2.26)和圖2.6可見，傳感器的頻率響應(yīng)特性好壞主要取決于傳感器的固有角頻率—和阻尼系數(shù)c。當(dāng)0Vc<n—I,—>>—時(shí)：4—)氏1(常數(shù))，叭—)很小，叭—)氏-2C——，即相位差與頻率—成n—n線性關(guān)系，此時(shí)，系統(tǒng)的輸出y(t)真實(shí)準(zhǔn)確地再現(xiàn)輸入x(t)的波形。

在攻=攻附近，系統(tǒng)發(fā)生共振，幅頻特性受阻尼系數(shù)影響極大，實(shí)際測量時(shí)應(yīng)避免此n情況。通過上面的分析，可得出結(jié)論：為了使測試結(jié)果能精確地再現(xiàn)被測信號(hào)的波形，在傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，必須使其阻尼系數(shù)C<1,固有角頻率攻至少應(yīng)大于被測信號(hào)頻率攻的（3?5）n倍，即攻>（3~5）攻。在實(shí)際測試中，被測量為非周期信號(hào)時(shí)，選用和設(shè)計(jì)傳感器時(shí)，保n證傳感器固有角頻率攻不低于被測信號(hào)基頻攻的10倍即可。n（3）一階或二階傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)一階或二階傳感器單位階躍響應(yīng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性分別如圖2.7、圖2.8所示（S0=1，4=1）。其時(shí)域動(dòng)態(tài)特性參數(shù)描述如下。圖2.7一階傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性圖2.7一階傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性圖2.8二階傳感器（C<1）的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性時(shí)間常數(shù)p：延遲時(shí)間td時(shí)間常數(shù)p：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t：

r傳感器的輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間。峰值時(shí)間t: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。p響應(yīng)時(shí)間t：二階傳感器從輸入量開始起作用到輸出指示值進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值所規(guī)定的范圍內(nèi)s所需要的時(shí)間。超調(diào)量O:二階傳感器輸出第一次達(dá)到穩(wěn)定值后又超出穩(wěn)定值而出現(xiàn)的最大偏差，即二階傳感器輸出超過穩(wěn)定值的最大值。知識(shí)點(diǎn)4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定是利用某種標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)新研制或生產(chǎn)的傳感器進(jìn)行技術(shù)檢定和標(biāo)度；它是通過實(shí)驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量間的關(guān)系，并確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系或測量精度。傳感器的校準(zhǔn)是指對(duì)使用或儲(chǔ)存一段時(shí)間后的傳感器性能進(jìn)行再次測試和校正，校準(zhǔn)的方法和要求與標(biāo)定相同。傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)，包括線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。對(duì)傳感器的標(biāo)定是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)儀器與被標(biāo)定傳感器的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行的，即利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知的非電量并輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器的輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而得到一系列標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。在國內(nèi)，標(biāo)定的過程一般分為三級(jí)精度：國家計(jì)量院進(jìn)行的標(biāo)定是一級(jí)精度的標(biāo)準(zhǔn)傳