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1、传感器特性现在学习的是第1页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第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主要内容主要内容 2.1 2.1 传感器静态特性传感器静态特性 2.2 2.2 传感器动态特性传感器动态特性现在学习的是第2页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用概概概概 述：述：述：述：q q 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,是决定系统性能是决定系统性能是决定系统性能是决定系统性能的重要部件的重要部件的重要部件的重要部件,如灵敏度
2、、分辨率、检出限、稳定性等，其中每如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每如灵敏度、分辨率、检出限、稳定性等，其中每如灵敏度、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。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。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。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。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号号处处理理显显示示记记录录 测量 控制系统示意框图现在学习的是第3页，共5
3、3页传感器原理及应用传感器原理及应用概概 述：述：q q 高性能的传感器是以高的价格为代价的高性能的传感器是以高的价格为代价的高性能的传感器是以高的价格为代价的高性能的传感器是以高的价格为代价的第第第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性例：核探测器性能不同时测量结果有较大差别例：核探测器性能不同时测量结果有较大差别例：核探测器性能不同时测量结果有较大差别例：核探测器性能不同时测量结果有较大差别 闪烁探测器：闪烁探测器：闪烁探测器：闪烁探测器：一次完成一次完成一次完成一次完成1 1个元素的测量个元素的测量个元素的测量个元素的测量;正比计数器正比计数器正比计数器正比计数器 一次完成一
4、次完成一次完成一次完成2 24 4个元素的测量个元素的测量个元素的测量个元素的测量;半导体探测器半导体探测器半导体探测器半导体探测器 同时可完成所有能量的测量；同时可完成所有能量的测量；同时可完成所有能量的测量；同时可完成所有能量的测量；理想的仪器谱为线谱理想的仪器谱为线谱理想的仪器谱为线谱理想的仪器谱为线谱E En nE En nE En nE En n射射线线仪仪器器谱谱线线示示意意图图q q 在工程设计中要获得最好的性在工程设计中要获得最好的性在工程设计中要获得最好的性在工程设计中要获得最好的性/价比，需要根据具体要求，合理选择使价比，需要根据具体要求，合理选择使价比，需要根据具体要求，
5、合理选择使价比，需要根据具体要求，合理选择使用传感器，所以对传感器的各种特性、性能应该有所了解。用传感器，所以对传感器的各种特性、性能应该有所了解。用传感器，所以对传感器的各种特性、性能应该有所了解。用传感器，所以对传感器的各种特性、性能应该有所了解。现在学习的是第4页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用概概概概 述：述：述：述：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、输出的二端网络将传感器看成一个具有输入、输出的二端网络第第第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性 慢变慢变慢变慢变信号信号信号信号 输入为静态
6、或变化极缓慢的信号时（环境温度），我们输入为静态或变化极缓慢的信号时（环境温度），我们输入为静态或变化极缓慢的信号时（环境温度），我们输入为静态或变化极缓慢的信号时（环境温度），我们 讨论研究传感器讨论研究传感器讨论研究传感器讨论研究传感器静态特性静态特性静态特性静态特性，即，即，即，即不随时间变化不随时间变化不随时间变化不随时间变化的特性的特性的特性的特性;快变快变快变快变信号信号信号信号 输入量随时间（输入量随时间（输入量随时间（输入量随时间（t t t t）较快变化时（如振动），我们考虑较快变化时（如振动），我们考虑较快变化时（如振动），我们考虑较快变化时（如振动），我们考虑 输出的传感
7、器输出的传感器输出的传感器输出的传感器动态特性，动态特性，动态特性，动态特性，即即即即随时间变化随时间变化随时间变化随时间变化的特性；的特性；的特性；的特性；r r传感器的各种特性是根据传感器的各种特性是根据传感器的各种特性是根据传感器的各种特性是根据“输入输入输入输入输出输出输出输出”关系来描述的。关系来描述的。关系来描述的。关系来描述的。同一个传感器对不同的输入信号输出特性不同，由于受传感器内部储能元件（电感、同一个传感器对不同的输入信号输出特性不同，由于受传感器内部储能元件（电感、同一个传感器对不同的输入信号输出特性不同，由于受传感器内部储能元件（电感、同一个传感器对不同的输入信号输出特
8、性不同，由于受传感器内部储能元件（电感、电容、质量块、弹簧等）的影响，对电容、质量块、弹簧等）的影响，对电容、质量块、弹簧等）的影响，对电容、质量块、弹簧等）的影响，对快变快变快变快变信号与信号与信号与信号与慢变慢变慢变慢变信号反应大不相同。根据快变信信号反应大不相同。根据快变信信号反应大不相同。根据快变信信号反应大不相同。根据快变信号与慢变信号，分别讨论传感器的号与慢变信号，分别讨论传感器的号与慢变信号，分别讨论传感器的号与慢变信号，分别讨论传感器的静态静态静态静态特性、特性、特性、特性、动态动态动态动态特性。特性。特性。特性。输入输入输入输入(X)(X)(X)(X)输出输出输出输出(Y)(
9、Y)(Y)(Y)传感器系统传感器系统传感器系统传感器系统现在学习的是第5页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性2.1 2.1 2.1 2.1 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，输入输出关系称的静态特性，输入输出关系称的静态特性，输入输出关系称的静态特性，输入输出关系称静态特性静态特性静态特性静态特
10、性。静态特性主要包括：静态特性主要包括：静态特性主要包括：静态特性主要包括：线性度线性度线性度线性度、迟滞迟滞迟滞迟滞、重复性重复性重复性重复性、灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度、稳定性稳定性稳定性稳定性 静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为静态特性可以用函数式表示为:(:(:(:(与时间无关与时间无关与时间无关与时间无关)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现在学习的是第6页，共53页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2.
11、1 2.1 2.1 2.1 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 一个理想的传感器一个理想的传感器一个理想的传感器一个理想的传感器,我们希望它具有我们希望它具有我们希望它具有我们希望它具有线性线性线性线性的输入输出关系的输入输出关系的输入输出关系的输入输出关系,但实际上大多数传但实际上大多数传但实际上大多数传但实际上大多数传感器是感器是感器是感器是非线性非线性非线性非线性的的的的.（1 1 1 1）线性度）线性度）线性度）线性度式中：式中：式中：式中：x x 输入量；输入量；输入量；输入量；y y 输出量；输出量；输出量；输出量；a a a a0 0 0 0 x=0 x=0
12、 x=0 x=0 时的输出值；时的输出值；时的输出值；时的输出值；a a a a1 1 1 1 理想灵敏度；理想灵敏度；理想灵敏度；理想灵敏度；a a a a2,2,2,2,a a a a3.3.3.3.a a a an n n n为非线性项系数，各项系数不同时决定特性曲线的形式各不相同为非线性项系数，各项系数不同时决定特性曲线的形式各不相同为非线性项系数，各项系数不同时决定特性曲线的形式各不相同为非线性项系数，各项系数不同时决定特性曲线的形式各不相同v v 传感器的输入输出关系可用多项式表示：传感器的输入输出关系可用多项式表示：传感器的输入输出关系可用多项式表示：传感器的输入输出关系可用多项
13、式表示：x xy y 静态特性曲线可以用实验的方法获得。实际应用中为标定方便常常做近似静态特性曲线可以用实验的方法获得。实际应用中为标定方便常常做近似静态特性曲线可以用实验的方法获得。实际应用中为标定方便常常做近似静态特性曲线可以用实验的方法获得。实际应用中为标定方便常常做近似处理处理处理处理,如简化计算、电路补偿、软件补偿，在某一小范围内用切线或割线近似如简化计算、电路补偿、软件补偿，在某一小范围内用切线或割线近似如简化计算、电路补偿、软件补偿，在某一小范围内用切线或割线近似如简化计算、电路补偿、软件补偿，在某一小范围内用切线或割线近似代表实际曲线，使输入输出线性化。代表实际曲线，使输入输出
14、线性化。代表实际曲线，使输入输出线性化。代表实际曲线，使输入输出线性化。现在学习的是第7页，共53页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2.1 2.1 2.1 2.1 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 最大非线性绝对误差最大非线性绝对误差最大非线性绝对误差最大非线性绝对误差 满量程输出满量程输出满量程输出满量程输出 线性度线性度线性度线性度 线性度线性度线性度线性度是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数是表征实际特性与拟合直线不吻合的参数是表征实际特性与拟合直线
15、不吻合的参数 由于实际传感器总有非线性（高次项）存在，输入输出关系总是非线性由于实际传感器总有非线性（高次项）存在，输入输出关系总是非线性由于实际传感器总有非线性（高次项）存在，输入输出关系总是非线性由于实际传感器总有非线性（高次项）存在，输入输出关系总是非线性关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感关系，使近似后的拟合直线与实际曲线存在偏差。这个最大偏差称为传感器的非线性误差，通常用器的非线性误差，通常用器的非线性误差，通常用器的非线性误差，
16、通常用相对误差相对误差相对误差相对误差表示表示表示表示yxyixiLmaxy=kx+b现在学习的是第8页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2 2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性2.1 2.1 2.1 2.1 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各种直线拟合方法 传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的传感器的非线性误差是以一条理想直线作基准的,基准不同时得出的线性度不基准不同时得出的线性度不基准不同时得出的线性度不基准不同时得出的线性度不同同同同,所以不能笼统地提出线
17、性度所以不能笼统地提出线性度所以不能笼统地提出线性度所以不能笼统地提出线性度,必须说明所依据的基准直线必须说明所依据的基准直线必须说明所依据的基准直线必须说明所依据的基准直线.几种拟合方法几种拟合方法几种拟合方法几种拟合方法a a a a、理论线性度、理论线性度、理论线性度、理论线性度(理论拟合理论拟合理论拟合理论拟合)以以以以0%0%0%0%起点起点起点起点,满量程满量程满量程满量程100%100%100%100%作终点作终点作终点作终点;c c c c、端基线性度、端基线性度、端基线性度、端基线性度(端点连线拟合端点连线拟合端点连线拟合端点连线拟合)实际曲线的起点与终点的直线实际曲线的起点
18、与终点的直线实际曲线的起点与终点的直线实际曲线的起点与终点的直线;d d d d、独立线性度、独立线性度、独立线性度、独立线性度(端点平移端点平移端点平移端点平移)以端基线平行作直线恰好包围以端基线平行作直线恰好包围以端基线平行作直线恰好包围以端基线平行作直线恰好包围所有标定点所有标定点所有标定点所有标定点,与两条直线等距作拟合与两条直线等距作拟合与两条直线等距作拟合与两条直线等距作拟合线。线。线。线。最小二乘法线性度最小二乘法线性度最小二乘法线性度最小二乘法线性度 拟合的直线精度最高拟合的直线精度最高拟合的直线精度最高拟合的直线精度最高,也是最常也是最常也是最常也是最常用的方法。用的方法。用
19、的方法。用的方法。现在学习的是第9页，共53页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2.1 2.1 2.1 2.1 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，作拟合直线，实际曲线与拟合直线的最大残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
20、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现在学习的是第10页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第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）迟滞）迟滞）迟滞）迟滞 传感器在正、反行程期间输入、输传感器在正、反行程期间输入、输传感器在正、反行程期间输入、输传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合的现象称出曲线不重合的现象称出曲线不重合的现象称出曲线不重
21、合的现象称迟滞（迟环）迟滞（迟环）迟滞（迟环）迟滞（迟环）。v v 输入逐渐增加再逐渐减小，相输入逐渐增加再逐渐减小，相输入逐渐增加再逐渐减小，相输入逐渐增加再逐渐减小，相同输入值输出不等。同输入值输出不等。同输入值输出不等。同输入值输出不等。2.1 2.1 2.1 2.1 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 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
22、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。现在学习的是第11页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2 2 2章章 传感
23、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：2.1 2.1 2.1 2.1 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为正、反为正、反 行程输出值之间的最大差值行程输出值之间的最大差值 产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的产生迟滞误差的原因：主要是由于敏感元件材料的物理物理 性质缺陷性质缺陷造成的。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
24、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。现在学习的是第12页，共53页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（3 3 3 3）重复性）重复性）重复性）重复性2.1 2.1 2.1 2.1 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 传感器输入量按同一方向作多次测量传感器输入量按同一方向作多次测量传感器输入量按同一方向作多次测量传感器输入量按
25、同一方向作多次测量时输出特性不一致的程度。时输出特性不一致的程度。时输出特性不一致的程度。时输出特性不一致的程度。v v 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标准偏标准偏标准偏差差差差表示：表示：表示：表示：也可用最大重复偏差也可用最大重复偏差也可用最大重复偏差也可用最大重复偏差 表示：表示：表示：表示：max max max max 最大标准差，在测量次数趋于最大标准差，在测量次数趋于最大标准差，在测量次数趋于最大标准差，在测量次数趋于 无穷时的正态总体的平均值；无穷时的正态总体的平均值；无穷时的正态总体的平均值；无穷
26、时的正态总体的平均值；（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95.495.495.495.4，99.799.799.799.7）；）；）；）；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现在学习的是第13页，共53页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（4 4 4 4）灵敏度）灵敏度）灵敏度）灵敏度2.1 2.1 2.1 2.1 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v v 在稳定条件下在稳定条件下在稳定条件下在稳定条
27、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 对对对对线性线性线性线性传感器灵敏度是直线的斜率：传感器灵敏度是直线的斜率：传感器灵敏度是直线的斜率：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：传感器灵敏度为一变量：传感器灵敏度为一变量：传感器灵敏度为一变量：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);m
28、V/();mV/();mV/();mV/(温度温度温度温度)；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。灵敏度的定义是的定义是的定义是的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。灵敏度灵敏度S反映反映输入变量能引起的输出变化量输入变量能引起的输出变化量现在学习的是第14页，共53页传感器原理及应
29、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2.1 2.1 2.1 2.1 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
30、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
31、，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。现在学习的是第15页，共53页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（6 6 6 6）漂移）漂移）
32、漂移）漂移2.1 2.1 2.1 2.1 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 漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量漂移是指传感器的输入被测量不变，而其输出量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。却发生了改变。却发生了改变。却发生了改变。v v 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，零点漂移与，零点漂移与，零点漂移与，零点漂移与灵敏度漂移又可分为灵敏度漂移又可分为灵敏度漂移又可分为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
33、漂）和（时漂）和（时漂）和（时漂）和温度漂温度漂温度漂温度漂移移移移（温漂）。时漂指在规定条件下，零点或灵敏（温漂）。时漂指在规定条件下，零点或灵敏（温漂）。时漂指在规定条件下，零点或灵敏（温漂）。时漂指在规定条件下，零点或灵敏度随时间缓慢变化；温漂则是指环境温度变化引度随时间缓慢变化；温漂则是指环境温度变化引度随时间缓慢变化；温漂则是指环境温度变化引度随时间缓慢变化；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。起的零点漂移或与灵敏度漂移。起的零点漂移或与灵敏度漂移。起的零点漂移或与灵敏度漂移。图为闪烁探测器对同一标准样品的长时间稳定性检图为闪烁探测器对同一标准样品的长时间稳定性检图为
34、闪烁探测器对同一标准样品的长时间稳定性检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测器的状态。查，八小时内测量数据表示了射线探测器的状态。查，八小时内测量数据表示了射线探测器的状态。查，八小时内测量数据表示了射线探测器的状态。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现在学习的是第16页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2章章 传感器基本特性传感器基本特性（7 7
35、7 7）稳定性）稳定性）稳定性）稳定性2.1 2.1 2.1 2.1 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 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，应定期进用时间的延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进用时间的延长发生变化，如果长期放置不用或使用时间过长，应定期进行校正。行校正。行校正。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。有证明仪器数据可靠性的记录。有证明仪器数据可靠性的记录
37、。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的差异实际输出与标定时输出的差异实际输出与标定时输出的差异实际输出与标定时输出的差异程度来表示其稳定性程度来表示其稳定性程度来表示其稳定性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月月月月（或（或（或（或XXXXXXXX小时）不超过小时）不超过小时）不超过小
38、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、现在学习的是第17页，共53页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2.2 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 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,讨论传感器的讨论传感器的讨论传感器的讨论传感器的动态特性动态特性动态特性动态特性 如如如如:加速度、振动
39、，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现在学习的是第18页，共53页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
40、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
41、出应具有相同的时间函数，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，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，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，这种数，这种数，这种数，这种输入输出之间的差异输入输出之间的差异输入输出之间的差异输入输出之间的差异就是就是就是就是动态误差动态误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
42、（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现在学习的是第19页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第第第2 2章章 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 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
43、 0；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时刻突然插入被测时刻突然插入被测时刻突然插入被测时刻突然插入被测介质中；介质中；介质中；介质中；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，存在一个过渡过实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过实际热电偶输出值是缓慢变化，存在一个过渡过程，这一过程与阶跃特性的误差就是程，这一过程与阶跃特性的误差就是程，这一过程与阶跃特性的误差就是程，
44、这一过程与阶跃特性的误差就是动态误差动态误差动态误差动态误差。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用动态测温说明动态误差。动态测温的几种情况用动态测温说明动态误差。动态测温的几种情况用动态测温说明动态误差。动态测温的几种情况用动态测温说明动态误差。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。
45、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。现在学习的是第20页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 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，产生动态误产生动态误产生动态误产生动态误差的主要原因是：
46、温度传感器的差的主要原因是：温度传感器的差的主要原因是：温度传感器的差的主要原因是：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造成的。并且带套所造成的。并且带套所造成的。并且带套所造成的。并且带套管的温度传感器比裸露的热惯性还要大；（红外非接触式温度测量可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）以减小这种因热惯性引起的动态误差）以减小这种因热惯性引起的动态误差）以减小这种因热惯性引起的动
47、态误差）热惯性热惯性热惯性热惯性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是温度传感器所固有的，这种影响动态特性的“固有固有固有固有因素因素因素因素”任何传感器都有，只是表现形式不同。任何传感器都有，只是表现形式不同。任何传感器都有，只是表现形式不同。任何传感器都有，只是表现形式不同。现在学习的是第21页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2 2 2章章 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 影响传感器动态特性除固有因素外，
48、还与输入信号的形式有关影响传感器动态特性除固有因素外，还与输入信号的形式有关影响传感器动态特性除固有因素外，还与输入信号的形式有关影响传感器动态特性除固有因素外，还与输入信号的形式有关,在对传感器在对传感器在对传感器在对传感器进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。进行动态分析时一般采用标准的正弦信号和阶跃信号。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
49、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现在学习的是第22页，共53页传感器原理及应用传感器原理及应用第第2 2章章 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2.2 2.2
50、 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学模型求出传递函数。已知外界有一激励施加于系统时，系统对外界有一响应。系统本身的传已知外界有一激励施加于系统时，系统对外界有一响应。系统本身的传已知