传感器特性PPT讲稿.ppt

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1、传感器特性第1页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性主要内容主要内容 2.1 2.1 传感系统的描述传感系统的描述 2.2 2.2 传感器静态特性传感器静态特性 2.3 2.3 传感器动态特性传感器动态特性第2页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用概概概概 述：述：述：述：qq 在一个测量控制系统中传感器位于最前端在一个测量控制系统中传感器位于最前端在一个测量控制系统中传感器位于最前端在一个测量控制系统中传感器位于最前端,是决定系统性能的重是决

2、定系统性能的重是决定系统性能的重是决定系统性能的重要部件要部件要部件要部件,如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每项指标都直接如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每项指标都直接如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每项指标都直接如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每项指标都直接影响测量结果的好坏以及控制过程的准确性。影响测量结果的好坏以及控制过程的准确性。影响测量结果的好坏以及控制过程的准确性。影响测量结果的好坏以及控制过程的准确性。第第2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传传感感器器被被测测对对象象控制器控制器被测量被测量可用信号可用信号信信

3、号号处处理理显显示示记记录录 测量 控制系统示意框图第3页，共83页，编辑于2022年，星期四传感系统描述通常的工程检测问题总是处理输入量或被测量x(t)、系统的传输或转换特性h(t)和输出量y(t)三者之间的关系.(1)如果系统的特性已知,通过对输出信号的观察分析,就能推断其相应的输入信号或被测量。这就是通常的测量。(2)如果输入信号已知,通过对输出信号的观察分析,就能推断出检测系统的特性。这就是通常的系统或仪器的标定过程。(3)如果输入和系统的特性已知,则可推断和估计系统的输出量将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络将传感器看成一个具有输入、输出的

4、二端网络将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络输入量输入量输入量输入量X(t)X(t)X(t)X(t)输出量输出量输出量输出量Y(t)Y(t)Y(t)Y(t)传感器系统传感器系统传感器系统传感器系统 h(t)h(t)h(t)h(t)第4页，共83页，编辑于2022年，星期四理想的测量仪器或检测系统应该具有单值的、确定的输入输出关系,而且最好是一个单向系统和线性系统。所谓单向系统,即检测系统对被测量的反作用力可以忽略。例如测零件尺寸,则要求检测系统的测量力足够小,在测量过程中使零件不致受力作用而变形。又如振动测量时,要求传感器的质量很小,使其对被测振动体的固有频率的影响可忽略不计。当然非接触式

5、测量最好第5页，共83页，编辑于2022年，星期四所谓线性系统,即输出与输入成线性关系。在静态测量中,系统的线性关系虽然总是所希望的,但不是必需的(因为静态测量中用校正曲线或输出补偿技术作非线性校正尚不因难);在动态测量中,测量系统本身应该力求是线性系统。这不仅因为在动态测量中作非线性校正目前还相当困难,且还只能对线性系统作较完善的数学处理与分析。实际的测量系统不可能在较大工作范围内完全保持线性,因此只能在一定的误差范围内和在一定的工作范围内作线性处理,也即只能在误差允许的范围内工作。第6页，共83页，编辑于2022年，星期四描 述 方 法描述输出输入关系及转换特性的最有效方法是检测系统的数学

6、模型。由于系统可能用来检测静态量,也可能用来检测动态量,所以应以带随机变量的非线性微分方程作为数学模型。实际上常把检测系统的静态特性和动态特性分开考虑。因此,根据输入信号的性质,检测系统有静态模型和动态模型之分。第7页，共83页，编辑于2022年，星期四1.静态模型静态模型指在静态条件下(即输入量对时间t的各阶导数为零)得到的检测系统数学模型。x-输入量 y输出量;a0传感器的零位输出;a1-传感器的灵敏度,常用k或s表示第8页，共83页，编辑于2022年，星期四一般静态特性由线性项(a0+a1x)和x的高次项所决定。当a00时,表示即使在没有输入的情况下,仍有输出,通常称为零点偏移。这种多项

7、式代数方程可能有四种情况图 系统的静态特性第9页，共83页，编辑于2022年，星期四2.动态模型(1)微分方程。在研究系统的动态响应特性时,一般都忽略检测系统的非线性和随机变化等复杂因素,将检测系统作为线性定常系统考虑。因而其动态模型可用常系数微分方程来表示。式中 a0,a1.an;b0,b1,bm取决于系统参数的常数,一般除b0 0外,b1=b2=bm=0用微分方程作为数学模型的优点是,通过求解微分方程容易分清暂态响应与稳态响应。缺点是求解微分方程很麻烦,不便于对系统的分析和设计。第10页，共83页，编辑于2022年，星期四(2)传递函数。用拉氏变换法求解线性定常微分方程时,可得到检测系统在

8、复数域的数学模型传递函数,即初始条件为零时,输出y(t)的拉氏变换y(s)和输入x(t)的拉氏变换x(s)之比。传递函效不仅可以表征检测系统的动态特性,且可用来研究系统结构或参数变化对系统住能的影响。式中，s=s+jw，为复数,称为拉普拉斯变换的自变量。传递函效是又一种以检测系统参数来表示输出量与输入量之间关系的数学模型,它表示了系统本身的特性,而与输入量无关。第11页，共83页，编辑于2022年，星期四这样就容易看清各环节对系统的影响,因而便于对传感器或检测系统进行改进。第12页，共83页，编辑于2022年，星期四(3)频率响应函数。对系统其频率响应函数为:初始条件为零时,输出的付里叶变换和

9、输入的付里叶变换之比，即根据频率响应函数能够从频率特性出发研究系统。微分方程、传递函数及频率响应函数都是表征系统动态特性的数学模型,表征了系统的运动规律，只不过分别从时域、复数域和频域对系统的动态特性及运动规律进行研究。第13页，共83页，编辑于2022年，星期四2.2 检测系统的静态特性检测系统的静态特性又称“刻度特性”、“标定曲线”或“校准曲线”。当被测对象处于静态,也即检测系统的输入量为常量或随时间作缓慢变化时,检测系统输出与输入之间的关系称为静态特性,简称静特性。研究静特性主要考虑非线性与随机变化等影响因素。第14页，共83页，编辑于2022年，星期四静特性是通过在使用前对系统进行标定

10、或定期校验获得的。在规定的标准工作条件下(如温度、大气压力、湿度等),由高精度输入量发生器给出一系列数值已知的、准确的、不随时间变化的输入量xi(i=1,2,n),用高精度测量系统测定被校检测系统对应输出量yi(i=1,2,n),从而获得由(yi,xi)系列值得出的数表、曲线或所求得的数学表达式表征的被校系统的输出与输入关系。若实际测试时的工作条件偏离了标定时的标准条件,将产生附加误差,必要时需对检测系统的读数进行修正。第15页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.2 2.

11、2 2.2 2.2 传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性传感器静态特性 当输入量（当输入量（当输入量（当输入量（X X X X）为静态或变化缓慢的信号时，讨论传感器）为静态或变化缓慢的信号时，讨论传感器）为静态或变化缓慢的信号时，讨论传感器）为静态或变化缓慢的信号时，讨论传感器 的静态特性，输入输出关系称静态特性。的静态特性，输入输出关系称静态特性。的静态特性，输入输出关系称静态特性。的静态特性，输入输出关系称静态特性。输入输入输入输入(X)(X)(X)(X)输出输出输出输出(Y)(Y)(Y)(Y)传感器系统传感器系统传感器系统传感器系统第16页，共83页，编辑于2022年，星期四静态特

12、性主要指标和基本参数（1）线性度（2）迟滞（3）重复性（4）灵敏度（5）分辨力（6）稳定性（7）漂移（8）可靠性第17页，共83页，编辑于2022年，星期四（1）线性度线性度又称非线性误差,是被测量处于稳定状态时,表征系统输出与输入之间关系的曲线(标定或校准曲线)对选定拟合直线的接近程度。它用非线性引用误差形式来表示,即gL-非线性引用误差DLmax-标定曲线对拟合直线的最大偏差YFS-满量程输出值yxyixiLmaxy=kx+b第18页，共83页，编辑于2022年，星期四由于拟合直线确定的方法不同,则用非线性相对误差表示的线性度值也不同。选择拟合直线应保证获得尽量小的非线性误差,并考虑使用与

13、计算方便。常用的拟合直线方法有理论直线法(相应的有理论线性度)端直线法 (端基线性度)端点平移法（点平移线性度）最小二乘法（最小二乘法线性度）。第19页，共83页，编辑于2022年，星期四理论拟合理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说 较大xyLmax第20页，共83页，编辑于2022年，星期四过零旋转拟合过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时，使xyL2L1第21页，共83页，编辑于2022年，星期四端点连线拟合端点连线拟合把输出曲线两端点的连线作为拟合直线xyLmax第22页，共83页，编辑于2022年，星期四端点连线平移拟合端点连线平移拟合在端点连线拟

14、合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半yxLmaxL1第23页，共83页，编辑于2022年，星期四最小二乘拟合最小二乘拟合原理:第24页，共83页，编辑于2022年，星期四最小二乘拟合方法最小二乘拟合方法xy=kx+by将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值DLmax即为非线性误差。第25页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性 最小二乘法线性度最小二乘法线性度 求偏导为零，解出求偏导为零，解出k k、b,b,代入式代入式（1）作拟合直线，实际曲线与拟合直线

15、的最大残作拟合直线，实际曲线与拟合直线的最大残差差i i为非线性误差为非线性误差.以此求出的线性度为最小二乘法线性度。以此求出的线性度为最小二乘法线性度。最小二乘法原理是求所有测点的残差平方和为最小值最小二乘法原理是求所有测点的残差平方和为最小值对实测曲线取对实测曲线取 n个测点个测点,第第i 个测点的残差为个测点的残差为 设拟合直线方程为设拟合直线方程为 （1）（2）y yxy yi ix xi i Lmaxy=kx+b拟合直线拟合直线实测曲线实测曲线第26页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器

16、基本特性传感器基本特性（2 2 2 2）迟滞）迟滞）迟滞）迟滞 传感器在正、反行程期间输入、传感器在正、反行程期间输入、传感器在正、反行程期间输入、传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称输出曲线不重合的现象称输出曲线不重合的现象称输出曲线不重合的现象称迟滞（迟迟滞（迟迟滞（迟迟滞（迟环）环）环）环）。vv 输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入值输出不等输入值输出不等输入值输出不等输入值输出不等。例：电子秤例：电子秤例：电子秤例：电子秤砝码重量砝码重量砝码重量砝码重量（x)10g x)10g x)10g

17、x)10g 50g 50g 50g 50g 100g 100g 100g 100g 200g 200g 200g 200g增加砝码时输出增加砝码时输出增加砝码时输出增加砝码时输出(y)(y)(y)(y)0.5mV 2m0.5mV 2m0.5mV 2m0.5mV 2mV V V V 4mV 10mV 4mV 10mV 4mV 10mV 4mV 10mV减少砝码时输出减少砝码时输出减少砝码时输出减少砝码时输出(y)(y)(y)(y)1mV 3m 1mV 3m 1mV 3m 1mV 3mV V V V 6mV 10mV 6mV 10mV 6mV 10mV 6mV 10mV速度越快这种现象越明显。速度

18、越快这种现象越明显。速度越快这种现象越明显。速度越快这种现象越明显。第27页，共83页，编辑于2022年，星期四（2）迟滞）迟滞(hysteresis)迟滞特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出与输入曲线不重合的程度，如图所示。用引用误差表示。正反行程间输出量的最大差值。迟滞一般由试验方法确定。第28页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性v 迟滞误差由满量程输出的百分数表示：迟滞误差由满量程输出的百分数表示：为正、反为正、反 行程输出值之间的最大差值行程输出值

19、之间的最大差值 产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理 性质缺陷造成的。性质缺陷造成的。如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体如弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体 在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在在加磁场、电场作用下也有这种现象。迟滞误差的存在 使输入输出不能一一对应。使输入输出不能一一对应。使输入输出不能一一对应。使输入输出不能一一对应。第29页，共83页，编辑于2022

20、年，星期四（3 3）重复性）重复性(repeatability)重复性是指传感器在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间不一致的程度。用引用误差表示。xRmax1Rmax2DRmax同一输入量对应多次循环的同向行程输出量的绝对误差。第30页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性（3 3 3 3）重复性）重复性）重复性）重复性 传感器输入量按同一方向作多次测传感器输入量按同一方向作多次测传感器输入量按同一方向作多次测传感器输入量按同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。量时输出特性不一致的程度。

21、量时输出特性不一致的程度。量时输出特性不一致的程度。vv 重复性误差属于随机误差可用重复性误差属于随机误差可用重复性误差属于随机误差可用重复性误差属于随机误差可用标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差表示：表示：表示：表示：max max max max 最大标准差，在测量次数趋于无穷时的正态总体的平均最大标准差，在测量次数趋于无穷时的正态总体的平均最大标准差，在测量次数趋于无穷时的正态总体的平均最大标准差，在测量次数趋于无穷时的正态总体的平均值；（值；（值；（值；（2 2 2 23 3 3 3）置信度（概率）置信度（概率）置信度（概率）置信度（概率95.495.495.495.4，99.799.7

22、99.799.7）；）；）；）；产生不重复的原因与迟滞产生的原因基本相似产生不重复的原因与迟滞产生的原因基本相似第31页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（4 4 4 4）灵敏度）灵敏度）灵敏度）灵敏度vv 在稳定条件下在稳定条件下在稳定条件下在稳定条件下输出输出输出输出微小增量与微小增量与微小增量与微小增量与输入输入输入输入微小微小微小微小增量增量增量增量的比值的比值的比值的比值 对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：对线性传感器灵敏度是直线的斜

23、率：对线性传感器灵敏度是直线的斜率：S=y/xS=y/xS=y/xS=y/x 对对对对非线性非线性非线性非线性传感器灵敏度为一变量，各处不一样：传感器灵敏度为一变量，各处不一样：传感器灵敏度为一变量，各处不一样：传感器灵敏度为一变量，各处不一样：S=dy/dxS=dy/dxS=dy/dxS=dy/dx 灵敏度单位，灵敏度单位，灵敏度单位，灵敏度单位，mV/mm(mV/mm(mV/mm(mV/mm(位移位移位移位移);mV/();mV/();mV/();mV/(温度温度温度温度)；对有源传感器，传感器所加电压不同时输出不同，灵敏度要除总的电压。灵敏度的对有源传感器，传感器所加电压不同时输出不同，

24、灵敏度要除总的电压。灵敏度的对有源传感器，传感器所加电压不同时输出不同，灵敏度要除总的电压。灵敏度的对有源传感器，传感器所加电压不同时输出不同，灵敏度要除总的电压。灵敏度的定义是定义是定义是定义是每伏电压的灵敏度每伏电压的灵敏度每伏电压的灵敏度每伏电压的灵敏度：mV/mmmV/mmmV/mmmV/mm V V V V；mV/mV/mV/mV/V V V V。第32页，共83页，编辑于2022年，星期四（4）灵敏度）灵敏度(sensitivity)传感器在稳态下输出的变化量与输入变化量之比，即为其静态灵敏度，用K或S表示表达形式：当输入量与输出量采用相对变化量Dx/x，Dy/y形式时，灵敏度还有

25、s=(Dy/y)/(Dx/x)、s=Dy/(Dx/x)或s=(Dy/y)/Dx等多种表达形式。或第33页，共83页，编辑于2022年，星期四当静态特性为直线时、直线斜率即灵敏度,且为一常数。当静态特性是非线性特性时,灵敏度不是常数。若输入与输出量的量纲相同,则灵敏度无量纲。则常用“增益”来取代灵敏度的概念。第34页，共83页，编辑于2022年，星期四若测量系统是由灵敏度分别为S1,S2,S3等多个相互独立的环节组成时，系统的总灵敏度S为 总灵敏度等于各个环节灵敏度的乘积。灵敏度数值大,表明相同的输入改交量引起的输出变化量大,检测系统的灵敏度高。检测系统除了对有效被测量敏感之外,还可能对各种干扰

26、量有反应,从而影响检测精度。这种对干扰量或影响量敏感的灵敏度称为有害灵敏度第35页，共83页，编辑于2022年，星期四作图法求灵敏度过程xyx1xy0切点切点传感器 特性曲线xmax第36页，共83页，编辑于2022年，星期四（5）分辨率（分辨力）阈值它表征检测系统在规定测量范围内有效辨别输入量最小变化量的能力。具有数字显示器的检测系统,其分辨力是当最小有效数字增加一位数时相应示值的改变量。在传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。阈值。分辨率的大小应能保证在稳态测量时仪器的测量值波动很小,分辨率过高会使信号波动过大,从而会对数据显示或校正装置提出过高的要求。第37页，共83页，编辑于2022年，

27、星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（5 5 5 5）分辨率和阈值）分辨率和阈值）分辨率和阈值）分辨率和阈值分辨率分辨率分辨率分辨率 传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；传感器能够检测到的最小输入增量；阈值阈值阈值阈值 输入小到某种程度输出不再变化的值；这时的输入值增量输入小到某种程度输出不再变化的值；这时的输入值增量输入小到某种程度输出不再变化的值；这时的输入值增量输入小到某种程度输出不再变化的值；这时的输入值增量 X X X X 称为称为称为称为门槛

28、灵敏度，指输入零点附近的分辨能力。门槛灵敏度，指输入零点附近的分辨能力。门槛灵敏度，指输入零点附近的分辨能力。门槛灵敏度，指输入零点附近的分辨能力。存在存在存在存在“门槛门槛门槛门槛”的原因有两个：的原因有两个：的原因有两个：的原因有两个：一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端；一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端；一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端；一是输入的变化被传感器内部吸收了反映不到输出端；二是传感器输出存在噪声，如果噪声比信号还大，就无法将信号与二是传感器输出存在噪声，如果噪声比信号还大，就无法将信号与二是传感器输出存在噪声，如果噪声比信号还大，就无法将

29、信号与二是传感器输出存在噪声，如果噪声比信号还大，就无法将信号与噪声分开。所以要求输入信号必须大于噪声电平，或尽量减小噪声噪声分开。所以要求输入信号必须大于噪声电平，或尽量减小噪声噪声分开。所以要求输入信号必须大于噪声电平，或尽量减小噪声噪声分开。所以要求输入信号必须大于噪声电平，或尽量减小噪声提高分辨能力。提高分辨能力。提高分辨能力。提高分辨能力。第38页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（6 6 6 6）漂移）漂移）漂移）漂移 漂移是指传感器的输入被测量不变，而漂移是指传感器的

30、输入被测量不变，而漂移是指传感器的输入被测量不变，而漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量却发生了改变。其输出量却发生了改变。其输出量却发生了改变。其输出量却发生了改变。vv 漂移包括漂移包括漂移包括漂移包括零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移与与与与灵敏度漂移灵敏度漂移灵敏度漂移灵敏度漂移，零，零，零，零点漂移与灵敏度漂移又可分为点漂移与灵敏度漂移又可分为点漂移与灵敏度漂移又可分为点漂移与灵敏度漂移又可分为时间漂移时间漂移时间漂移时间漂移（时漂）和（时漂）和（时漂）和（时漂）和温度漂移温度漂移温度漂移温度漂移（温漂）。（温漂）。（温漂）。（温漂）。vv时漂指在规定条件下，零点或灵敏度随时时漂

31、指在规定条件下，零点或灵敏度随时时漂指在规定条件下，零点或灵敏度随时时漂指在规定条件下，零点或灵敏度随时间缓慢变化；间缓慢变化；间缓慢变化；间缓慢变化；vv温漂则是指环境温度变化引起的零点温漂则是指环境温度变化引起的零点温漂则是指环境温度变化引起的零点温漂则是指环境温度变化引起的零点漂移或与灵敏度漂移。漂移或与灵敏度漂移。漂移或与灵敏度漂移。漂移或与灵敏度漂移。第39页，共83页，编辑于2022年，星期四（6）漂移）漂移(零漂与灵敏度漂移)曲线1是某仪表的标准特性。当输入 x=0,y=4mA,斜率k=16。当受外界环境影响后，特性曲线向上平移，曲线2，x=0，y=6，漂移了2mA，斜率仍为16

32、。灵敏度漂移将使仪表的输入/输出曲线的斜率产生变化。曲线3（不考虑零漂），k=21。曲线4，x=0，y=6mA，k=211234461标准特性 2零点漂移 特性 3-灵敏度漂移特性 4-综合漂移特性202225271.00 xy/mA第40页，共83页，编辑于2022年，星期四零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间缓慢变化。温度漂移则是由环境温度变化而引起的零点或灵敏度的漂移。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。第41页，共83页，编辑于2022年，星期四图为闪烁探测

33、器对同一标准样品的长时间稳图为闪烁探测器对同一标准样品的长时间稳定性检查，八小时内测量数据表示了射线探定性检查，八小时内测量数据表示了射线探测器的状态。测器的状态。X X X X射线荧光仪的闪烁探测器，射线荧光仪的闪烁探测器，射线荧光仪的闪烁探测器，射线荧光仪的闪烁探测器，8 8 8 8小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图小时长期稳定性测量散点图第42页，共83页，编辑于2022年，星期四（7）稳定性）稳定性l稳定性包含稳定度稳定性包含稳定度(stabiilty)和环境影响量和环境影响量(InfluenceQuantity)两个方面。两个方面。l稳定度是指仪

34、表在所有条件都很定不变的情况下，在稳定度是指仪表在所有条件都很定不变的情况下，在规定时间内能维持其示值不变的能力。一般用示值变规定时间内能维持其示值不变的能力。一般用示值变化量和时间的长短之比来表示。例如，某仪表输出电化量和时间的长短之比来表示。例如，某仪表输出电压值在压值在8h内的最大变化量为内的最大变化量为1.2mv，则表示为，则表示为1.2mv/（8和）。和）。l环境影响量仅指由外界环境变化引起的示值变化环境影响量仅指由外界环境变化引起的示值变化量。示值的变化由两个因素构成：零漂，灵敏度量。示值的变化由两个因素构成：零漂，灵敏度漂移。漂移。第43页，共83页，编辑于2022年，星期四传感

35、器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（7 7 7 7）稳定性）稳定性）稳定性）稳定性 表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力表示传感器在一较长时间内保持性能参数的能力 理想情况传感器性能参数不随时间变化，但多数传感器的特性随使用时间的理想情况传感器性能参数不随时间变化，但多数传感器的特性随使用时间的理想情况传感器性能参数不随时间变化，但多数传感器的特性随使用时间的理想情况传感器性能参数不随时间变化，但多数传感器的特性随使用时间的

36、延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进行校正。延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进行校正。延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进行校正。延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进行校正。仪器操作人员应该对使用仪器的每日、每月、每年变化情况有标准数据的记载，仪器操作人员应该对使用仪器的每日、每月、每年变化情况有标准数据的记载，仪器操作人员应该对使用仪器的每日、每月、每年变化情况有标准数据的记载，仪器操作人员应该对使用仪器的每日、每月、每年变化情况有标准数据的记载，有证明仪器数据可靠性的记录。有证明仪器数据可靠性的记录。有证明仪器数据可

37、靠性的记录。有证明仪器数据可靠性的记录。一般在室温条件下，经过规定时间后，传感器一般在室温条件下，经过规定时间后，传感器一般在室温条件下，经过规定时间后，传感器一般在室温条件下，经过规定时间后，传感器实际输出与标定时输出实际输出与标定时输出实际输出与标定时输出实际输出与标定时输出的差异程度来表示其稳定性的差异程度来表示其稳定性的差异程度来表示其稳定性的差异程度来表示其稳定性。稳定性可用相对误差或绝对误差来表示，如：。稳定性可用相对误差或绝对误差来表示，如：。稳定性可用相对误差或绝对误差来表示，如：。稳定性可用相对误差或绝对误差来表示，如：XXXXXXXX月（或月（或月（或月（或XXXXXXXX

38、小时）不超过小时）不超过小时）不超过小时）不超过XX%XX%XX%XX%满量程输出。满量程输出。满量程输出。满量程输出。其它特性：其它特性：其它特性：其它特性：准确性、噪声、准确性、噪声、准确性、噪声、准确性、噪声、第44页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.3 2.3 2.3 2.3 传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时当输入量随时间变化时,讨论传感器的动态特性讨论传感器的动态特性讨论传感器的

39、动态特性讨论传感器的动态特性 如如如如:加速度、振动，被测量是时间的函数或是频率的函数加速度、振动，被测量是时间的函数或是频率的函数加速度、振动，被测量是时间的函数或是频率的函数加速度、振动，被测量是时间的函数或是频率的函数 用频域法表示：用频域法表示：用频域法表示：用频域法表示：用时域法表示：用时域法表示：用时域法表示：用时域法表示：动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性第45页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传

40、感器原理及应用第第第第2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性2.2 2.2 2.2 2.2 传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性传感器动态特性 多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同多数传感器输入信号是随时间变化的，只是变化的快慢不同而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟踪性能会而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟踪性能会而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟踪性能会而已。缓慢变化的信号容易跟踪，变化较快的信号跟

41、踪性能会下降。下降。下降。下降。一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除一个动态性能好的传感器输入与输出应具有相同的时间函数，但除理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数，这种理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数，这种理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数，这种理想状态外，输出信号一定不会与输入信号有相同时间函数，这种输输输输入输出之间的差异入输出之间的差异入输出之间的差异入输出之间的差异就是就是就是就是动态误差。动态误

42、差。动态误差。动态误差。传感器系统传感器系统传感器系统传感器系统输入（输入（输入（输入（x x x x）输出输出输出输出（y)y)y)y)t tt t第46页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性 传感器突然插入被测介质中传感器突然插入被测介质中传感器突然插入被测介质中传感器突然插入被测介质中 设环境温度为设环境温度为设环境温度为设环境温度为T T T T0 0 0 0,水槽中水的温度为水槽中水的温度为水槽中水的温度为水槽中水的温度为T,T,T,T,而且而且而且而且 T T T TT T T T0 0 0 0

43、；用热电偶测温用热电偶测温用热电偶测温用热电偶测温,传感器在传感器在传感器在传感器在t t t t0 0 0 0时刻突然插入被测介时刻突然插入被测介时刻突然插入被测介时刻突然插入被测介质中；质中；质中；质中；理想情况测试曲线是阶跃变化的；理想情况测试曲线是阶跃变化的；理想情况测试曲线是阶跃变化的；理想情况测试曲线是阶跃变化的；实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过过渡过过渡过过渡过程程程程，这一过程与阶跃特性的误差就是，这一过程与阶跃特性的误差就是，这一过程与阶跃特性的误差就是，这一

44、过程与阶跃特性的误差就是动态误动态误动态误动态误差差差差。水温水温T/热电偶热电偶环境温度环境温度T T0 0/且且 T TT T0 0用动态测温说明用动态测温说明用动态测温说明用动态测温说明动态误差动态误差动态误差动态误差。动态测温的几种情况。动态测温的几种情况。动态测温的几种情况。动态测温的几种情况A.A.被测温度随时间快速变化；被测温度随时间快速变化；被测温度随时间快速变化；被测温度随时间快速变化；B.B.传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；传感器突然插入被测介质中；C.C.传感器以扫描的方式测量温度场分布。传感器以扫描的方式测量温度场分布。传感

45、器以扫描的方式测量温度场分布。传感器以扫描的方式测量温度场分布。第47页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性水温水温T/热电偶热电偶环境温度环境温度 T T0 0/且且 T TT T0 0 动态测温特征说明热电偶的输入输出之间存在动态误差，动态测温特征说明热电偶的输入输出之间存在动态误差，动态测温特征说明热电偶的输入输出之间存在动态误差，动态测温特征说明热电偶的输入输出之间存在动态误差，产生动态误差的主要原因是：温度传感器的产生动态误差的主要原因是：温度传感器的产生动态误差的主要原因

46、是：温度传感器的产生动态误差的主要原因是：温度传感器的热惯性热惯性热惯性热惯性和和和和传热热阻传热热阻传热热阻传热热阻所所所所造成的。并且带套管的温度传感器比裸露的热惯性还要大；（红外非造成的。并且带套管的温度传感器比裸露的热惯性还要大；（红外非造成的。并且带套管的温度传感器比裸露的热惯性还要大；（红外非造成的。并且带套管的温度传感器比裸露的热惯性还要大；（红外非接触式温度测量可以减小这种因热惯性引起的动态误差）接触式温度测量可以减小这种因热惯性引起的动态误差）接触式温度测量可以减小这种因热惯性引起的动态误差）接触式温度测量可以减小这种因热惯性引起的动态误差）热惯性热惯性热惯性热惯性是温度传感

47、器所固有的，这种影响动态特性的是温度传感器所固有的，这种影响动态特性的是温度传感器所固有的，这种影响动态特性的是温度传感器所固有的，这种影响动态特性的“固有因素固有因素固有因素固有因素”任何传任何传任何传任何传感器都有，只是表现形式不同感器都有，只是表现形式不同感器都有，只是表现形式不同感器都有，只是表现形式不同。第48页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性在工程测量中在工程测量中在工程测量中在工程测量中,大量的被测信号是随时间变化的动态信号。由大量的被测信号是随时间变化的动态信号。由大量的被测信号是随时间

48、变化的动态信号。由大量的被测信号是随时间变化的动态信号。由于系统的动态持性取决于系统本身及输入信号的形式于系统的动态持性取决于系统本身及输入信号的形式于系统的动态持性取决于系统本身及输入信号的形式于系统的动态持性取决于系统本身及输入信号的形式,因此工程因此工程因此工程因此工程上常用上常用上常用上常用正弦函数正弦函数正弦函数正弦函数和和和和单位阶跃单位阶跃单位阶跃单位阶跃函数作为函数作为函数作为函数作为“标准标准标准标准”输人信号函数输人信号函数输人信号函数输人信号函数,对系对系对系对系统的动特性进行分析统的动特性进行分析统的动特性进行分析统的动特性进行分析,据此确立评定捡测系统动态特佳的指标。

49、据此确立评定捡测系统动态特佳的指标。据此确立评定捡测系统动态特佳的指标。据此确立评定捡测系统动态特佳的指标。输入信号按输入信号按输入信号按输入信号按正弦正弦正弦正弦变化时，分析动态特性的相位、振幅、变化时，分析动态特性的相位、振幅、变化时，分析动态特性的相位、振幅、变化时，分析动态特性的相位、振幅、频率，称频率，称频率，称频率，称频率响应频率响应频率响应频率响应；输入信号为输入信号为输入信号为输入信号为阶跃阶跃阶跃阶跃变化时，对传感器随时间变化过程进行变化时，对传感器随时间变化过程进行变化时，对传感器随时间变化过程进行变化时，对传感器随时间变化过程进行 分析，称分析，称分析，称分析，称阶跃响应

50、阶跃响应阶跃响应阶跃响应（瞬态响应）；（瞬态响应）；（瞬态响应）；（瞬态响应）；正弦信号正弦信号单位阶跃信号单位阶跃信号第49页，共83页，编辑于2022年，星期四传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2 2 2章章章章 传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性传感器基本特性（1 1 1 1）传递函数传递函数传递函数传递函数输入激励输入激励输入激励输入激励 x x x x（t)t)t)t)输出响应输出响应输出响应输出响应 y y y y（t)t)t)t)传感器系统传感器系统传感器系统传感器系统 为分析动态特性，首先要写出传感器的数学模型求出传递函数。为分析动态特性，首先要写出传感器的数