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文檔簡介

第二章傳感器特性第1頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月實際上傳感器的靜態(tài)特性要包括非線性和隨機性等因素,如果把這些因素都引入微分方程.將使問題復(fù)雜化。為避免這種情況,總是把靜態(tài)特性和動態(tài)特性分開考慮。傳感器的輸出與輸入具有確定的對應(yīng)關(guān)系最好呈線性關(guān)系。但一般情況下,輸出輸入不會符合所要求的線性關(guān)系,同時由于存在遲滯、蠕變、摩擦、間隙和松動等各種因素以及外界條件的影響,使輸出輸入對應(yīng)關(guān)系的唯一確定性也不能實現(xiàn)??紤]了這些情況之后,傳感器的輸出輸入作用圖大致如圖所示。傳感器除了描述輸出輸入關(guān)系的特性之外,還有與使用條件、使用環(huán)境、使用要求等有關(guān)的特性。第2頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定性(零漂)傳感器溫度供電各種干擾穩(wěn)定性溫漂分辨力沖擊與振動電磁場線性滯后重復(fù)性靈敏度輸入誤差因素外界影響

傳感器輸入輸出作用圖輸出取決于傳感器本身,可通過傳感器本身的改善來加以抑制,有時也可以對外界條件加以限制。衡量傳感器特性的主要技術(shù)指標第3頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)特性曲線可實際測試獲得。在獲得特性曲線之后,可以說問題已經(jīng)得到解決。但是為了標定和數(shù)據(jù)處理的方便,希望得到線性關(guān)系。這時可采用各種方法,其中也包括硬件或軟件補償,進行線性化處理。一、靜態(tài)特性技術(shù)指標1.線性度傳感器的輸出輸入關(guān)系或多或少地存在非線性。在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下,其靜態(tài)特性可用下列多項式代數(shù)方程表示:式中:y—輸出量;x—輸入量;a0—零點輸出;a1—理論靈敏度;a2、a3、…、an—非線性項系數(shù)。各項系數(shù)不同,決定了特性曲線的具體形式。y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anxn第4頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月

通常用相對誤差γL表示:ΔLmax一最大非線性誤差;yFS—量程輸出。在采用直線擬合線性化時,輸出輸入的校正曲線與其擬合曲線之間的最大偏差,就稱為非線性誤差或線性度一般來說,這些辦法都比較復(fù)雜。所以在非線性誤差不太大的情況下,總是采用直線擬合的辦法來線性化。非線性偏差的大小是以一定的擬合直線為基準直線而得出來的。擬合直線不同,非線性誤差也不同。所以,選擇擬合直線的主要出發(fā)點,應(yīng)是獲得最小的非線性誤差。另外,還應(yīng)考慮使用是否方便,計算是否簡便。γL=±(ΔLmax/yFS)×100%①理論擬合;②端點連線平移擬合;③端點連線擬合;④過零旋轉(zhuǎn)擬合;⑤最小二乘擬合;⑥最小包容擬合第5頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月直線擬合方法a)理論擬合b)過零旋轉(zhuǎn)擬合c)端點連線擬合d)端點連線平移擬合第6頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月2.遲滯0yx⊿HmaxyFS遲滯特性式中△Hmax—正反行程間輸出的最大差值。

遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差?;爻陶`差常用絕對誤差表示。檢測回程誤差時,可選擇幾個測試點。對應(yīng)于每一輸入信號,傳感器正行程及反行程中輸出信號差值的最大者即為回程誤差。

傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合稱為遲滯。遲滯特性如圖所示,它一般是由實驗方法測得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數(shù)表示,即第7頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月3.重復(fù)性yx0⊿Rmax2⊿Rmax1重復(fù)性誤差可用正反行程的最大偏差表示,即重復(fù)性是指傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。重復(fù)性誤差也常用絕對誤差表示。檢測時也可選取幾個測試點,對應(yīng)每一點多次從同一方向趨近,獲得輸出值系列yi1,yi2,yi3,…,yin,算出最大值與最小值之差或3σ作為重復(fù)性偏差ΔRi,在幾個ΔRi中取出最大值ΔRmax作為重復(fù)性誤差?!鱎max1正行程的最大重復(fù)性偏差,△Rmax2反行程的最大重復(fù)性偏差。第8頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月4.靈敏度與靈敏度誤差γs=(Δk/k)×100%由于某種原因,會引起靈敏度變化,產(chǎn)生靈敏度誤差。靈敏度誤差用相對誤差表示,即可見,傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。對線性特性的傳感器,其特性曲線的斜率處處相同,靈敏度k是一常數(shù),與輸入量大小無關(guān)。K=Δy/Δx傳感器輸出的變化量y與引起該變化量的輸入變化量x之比即為其靜態(tài)靈敏度,其表達式為第9頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月分辨力用絕對值表示,用與滿量程的百分數(shù)表示時稱為分辨率。在傳感器輸入零點附近的分辨力稱為閾值。

5.分辨力與閾值分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量。有些傳感器,當輸入量連續(xù)變化時,輸出量只作階梯變化,則分辨力就是輸出量的每個“階梯”所代表的輸入量的大小。

6.穩(wěn)定性測試時先將傳感器輸出調(diào)至零點或某一特定點,相隔4h、8h或一定的工作次數(shù)后,再讀出輸出值,前后兩次輸出值之差即為穩(wěn)定性誤差。它可用相對誤差表示,也可用絕對誤差表示。穩(wěn)定性是指傳感器在長時間工作的情況下輸出量發(fā)生的變化,有時稱為長時間工作穩(wěn)定性或零點漂移。第10頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月測試時先將傳感器置于一定溫度(如20℃),將其輸出調(diào)至零點或某一特定點,使溫度上升或下降一定的度數(shù)(如5℃或10℃),再讀出輸出值,前后兩次輸出值之差即為溫度穩(wěn)定性誤差。8.抗干擾穩(wěn)定性7.溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性又稱為溫度漂移,是指傳感器在外界溫度下輸出量發(fā)生的變化。溫度穩(wěn)定性誤差用溫度每變化若干℃的絕對誤差或相對誤差表示,每℃引起的傳感器誤差又稱為溫度誤差系數(shù)。指傳感器對外界干擾的抵抗能力,例如抗沖擊和振動的能力、抗潮濕的能力、抗電磁場干擾的能力等。評價這些能力比較復(fù)雜,一般也不易給出數(shù)量概念,需要具體問題具體分析。第11頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月

9.靜態(tài)誤差取2σ和3σ值即為傳感器的靜態(tài)誤差。靜態(tài)誤差也可用相對誤差來表示,即靜態(tài)誤差的求取方法如下:把全部輸出數(shù)據(jù)與擬合直線上對應(yīng)值的殘差,看成是隨機分布,求出其標準偏差,即靜態(tài)誤差是指傳感器在其全量程內(nèi)任一點的輸出值與其理論值的偏離程度。yi—各測試點的殘差;n一測試點數(shù)。第12頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月與精確度有關(guān)指標:精密度、準確度和精確度(精度)10、精確度準確度:說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。如,某流量傳感器的準確度為0.3m3/s,表示該傳感器的輸出值與真值偏離0.3m3/s。準確度是系統(tǒng)誤差大小的標志,準確度高意味著系統(tǒng)誤差小。同樣,準確度高不一定精密度高。精密度:說明測量傳感器輸出值的分散性,即對某一穩(wěn)定的被測量,由同一個測量者,用同一個傳感器,在相當短的時間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次,其測量結(jié)果的分散程度。例如,某測溫傳感器的精密度為0.5℃。精密度是隨即誤差大小的標志,精密度高,意味著隨機誤差小。注意:精密度高不一定準確度高。第13頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月精確度:是精密度與準確度兩者的總和,精確度高表示精密度和準確度都比較高。在最簡單的情況下,可取兩者的代數(shù)和。機器的常以測量誤差的相對值表示。

(a)準確度高而精密度低(b)準確度低而精密度高(c)精確度高在測量中我們希望得到精確度高的結(jié)果。

第14頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月被測量隨時間變化的形式可能是各種各樣的,只要輸入量是時間的函數(shù),則其輸出量也將是時間的函數(shù)。通常研究動態(tài)特性是根據(jù)標準輸入特性來考慮傳感器的響應(yīng)特性。二、傳感器的動態(tài)特性動態(tài)特性指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。標準輸入有三種:經(jīng)常使用的是前兩種。正弦變化的輸入階躍變化的輸入線性輸入第15頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月一、與測量條件有關(guān)的因素

(1)測量的目的;(2)被測試量的選擇;(3)測量范圍;(4)輸入信號的幅值,頻帶寬度;(5)精度要求;(6)測量所需要的時間。第七節(jié)傳感器的選用原則第16頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月二、與傳感器有關(guān)的技術(shù)指標

(1)精度;(2)穩(wěn)定度;(3)響應(yīng)特性;(4)模擬量與數(shù)字量;(5)輸出幅值;(6)對被測物體產(chǎn)生的負載效應(yīng);(7)校正周期;(8)超標準過大的輸入信號保護。

第17頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月三、與使用環(huán)境條件有關(guān)的因素

(1)安裝現(xiàn)場條件及情況;(2)環(huán)境條件(濕度、溫度、振動等);(3)信號傳輸距離;(4)所需現(xiàn)場提供的功率容量。四、與購買和維修有關(guān)的因素

(1)價格;(2)零配件的儲備;(3)服務(wù)與維修制度,保修時間;(4)交貨日期。第18頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月基本參數(shù)指標環(huán)境參數(shù)指標可靠性指標其他指標量程指標:量程范圍、過載能力等靈敏度指標:靈敏度、分辨力、滿量程輸出等精度有關(guān)指標:精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性

動態(tài)性能指標:固定頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間等

溫度指標:工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等

抗沖振指標:允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差

其他環(huán)境參數(shù):抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕等能力、抗電磁場干擾能力等工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標:供電方式(直流、交流、頻率及波形等)、功率、各項分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點等安裝方式、饋線電纜等第19頁,課件共20頁,創(chuàng)作于2023年2月

傳感器的標定一靜態(tài)特性的標定:

1靜態(tài)標準條件2標定儀器設(shè)備的精度等級的確定3靜態(tài)特性標定的方法

a)將傳感器全量程分成若干測量點b)按由小到大的順序輸入標準量值,記錄相對應(yīng)的輸出值

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