傳感器的基本特性

2第二章傳感器的基本特性2.1傳感器的靜態(tài)特性2.2傳感器的動(dòng)態(tài)特性2.3傳感器動(dòng)態(tài)特性分析2.4傳感器的誤差傳感器轉(zhuǎn)換信息的能力和性質(zhì)。通常用輸入和輸出的關(guān)系來(lái)表示根據(jù)輸入量的性質(zhì)可以將傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性輸入X傳感器輸出Y第一節(jié)傳感器的靜態(tài)特性當(dāng)輸入量處于穩(wěn)定狀態(tài)或發(fā)生較為緩慢的變化時(shí)的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。通常由傳感器的物理、化學(xué)和生物的性質(zhì)來(lái)決定靜態(tài)特性方程靜態(tài)特性指標(biāo)傳感器理想的靜態(tài)特性曲線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線

Y=a1Xa1：傳感器的靈敏度第一節(jié)傳感器的靜態(tài)特性XY沒有蠕變和遲滯效應(yīng)傳感器，其靜態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

a0：傳感器的零偏a1：傳感器的靈敏度a2、a3、…an：傳感器的非線性項(xiàng)系數(shù)第一節(jié)傳感器的靜態(tài)特性僅包含偶次項(xiàng)非線性因素僅包含奇次項(xiàng)非線性因素第一節(jié)傳感器的靜態(tài)特性第一節(jié)傳感器的靜態(tài)特性傳感器主要靜態(tài)性能靈敏度線性度零漂及溫漂遲滯測(cè)量范圍和量程1.測(cè)量范圍和量程1.傳感元件測(cè)量范圍有限制2.變換電路工作范圍有限制-500c+1500c2.靈敏度（Sensitivity）3.線性度（Linearity）4.遲滯（Hysteresis）各種傳感元件材料的物理性質(zhì)是產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的原因yyFSΔH0xxFS4.遲滯（Hysteresis）5.穩(wěn)定性漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移。零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為時(shí)間漂移和溫度漂移時(shí)間漂移是指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化溫度漂移為環(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度漂移第二節(jié)傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性指的是傳感器的輸入對(duì)隨時(shí)間變化時(shí)的輸入與輸出的關(guān)系Thermocouple第二節(jié)傳感器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性的一般數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)

16§2.1動(dòng)態(tài)特性的一般數(shù)學(xué)模型高階常系數(shù)線性微分方程：

17用D代表§2.2傳遞函數(shù)

18XY§2.3動(dòng)態(tài)響應(yīng)

19§2.3動(dòng)態(tài)響應(yīng)兩種標(biāo)準(zhǔn)輸入：正弦輸入：穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、頻域響應(yīng)階躍輸入：瞬態(tài)響應(yīng)

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一、正弦輸入時(shí)的頻率響應(yīng)

21傳感器頻率響應(yīng)就是在穩(wěn)定的狀態(tài)下，B/A幅值和相位φ隨ω而變化的特性。

22——幅頻特性——相頻特性頻率響應(yīng)的通式：㈠零階傳感器

23㈡一階傳感器

24

25一階系統(tǒng)及其幅相特性

26B/AφωckKx(t)y說(shuō)明：

27①τ越大，B/A衰減越快。②φ與τ有關(guān)，τ↑→φ↑→輸出信號(hào)延遲時(shí)間越長(zhǎng)→達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間越長(zhǎng)。㈢二階傳感器

28yckm兩邊各除以a0，并以D=d/dt代入：

29令：

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33說(shuō)明：

34㈠阻尼比對(duì)傳感器頻率特性影響很大。

，ω/ω0=1處增益最大，稱為諧振。特別在ζ→0處，增益→∞。㈡時(shí)，不出現(xiàn)諧振，增益隨ω/ω0提高而單調(diào)下降。㈢ζ越大，相位差滯后變化越平緩。當(dāng)ω=ω0時(shí)，φ（ω0）=-900，與ζ無(wú)關(guān)。㈣一般取ζ=0.6～0.8，ω/ω0=3～5可得較小的動(dòng)態(tài)誤差。二、階躍輸入時(shí)的階躍響應(yīng)

35t0U(t)A㈠一階傳感器的階躍響應(yīng)

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37當(dāng)t=τ時(shí)，y=0.632A時(shí)間常數(shù)τ，決定響應(yīng)速度t0yAτ=0.1τ=0.5㈡二階傳感器的階躍響應(yīng)

38mckF=x(t)

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40第一種情況：欠阻尼

41ζ>1第二種情況：臨界阻尼第三種情況：過(guò)阻尼0<ζ<1ζ=1二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線:

421、時(shí)域性能指標(biāo)時(shí)間常數(shù)τ：輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所需的時(shí)間。上升時(shí)間tr：輸出值從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間t2或t5：輸出值到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的98%或95%所需的時(shí)間。超調(diào)量σ：

431.3.4

動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)

1、時(shí)域性能指標(biāo)

440.110.90.63y(tp)t2或t5tptrτ0.50ty時(shí)間常數(shù)τ上升時(shí)間tr響應(yīng)時(shí)間t2或t5超調(diào)量σσ容許誤差：一般為±2%或±5%2、頻域性能指標(biāo)通頻帶ω：幅值衰減3db（0.707)時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍。工作頻帶ωg1或ωg2：幅值誤差為±5%或±10%所對(duì)應(yīng)的頻率范圍。

45頻域的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)

460.7070.951.21.11.050.9ω0ωbωg2ωg11.0A(ω）ω通頻帶ωb工作頻帶ωg1或ωg2

例題1