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1、传感器原理及应用传感器与测量的基本知识第1页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识 信息采集的主要就是测量，并取得测量数据。信息采集的主要就是测量，并取得测量数据。信息采集的主要就是测量，并取得测量数据。信息采集的主要就是测量，并取得测量数据。测量系统测量系统测量系统测量系统 由传感器与多台仪表组合在一起，才能完成信号的检由传感器与多台仪表组合在一起，才能完成信号的检由传感器与多台仪表组合在一起
2、，才能完成信号的检由传感器与多台仪表组合在一起，才能完成信号的检测，这样便形成了测量系统，它是传感技术发展的产物。测，这样便形成了测量系统，它是传感技术发展的产物。测，这样便形成了测量系统，它是传感技术发展的产物。测，这样便形成了测量系统，它是传感技术发展的产物。第2页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(1).(1).测量测量测量测量测量测量测量测量 是以确定量值为目的的一系列操作。是以确定
3、量值为目的的一系列操作。是以确定量值为目的的一系列操作。是以确定量值为目的的一系列操作。将被测量与同性质的标准量通过专用的技术和设备进将被测量与同性质的标准量通过专用的技术和设备进将被测量与同性质的标准量通过专用的技术和设备进将被测量与同性质的标准量通过专用的技术和设备进行比较，确定被测量对标准量的倍数，然后在量值上行比较，确定被测量对标准量的倍数，然后在量值上行比较，确定被测量对标准量的倍数，然后在量值上行比较，确定被测量对标准量的倍数，然后在量值上给出被测量的大小和符号的描述。给出被测量的大小和符号的描述。给出被测量的大小和符号的描述。给出被测量的大小和符号的描述。X=AXX=AX0 0
4、测量定义测量定义测量定义测量定义第3页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(1).(1).测量测量测量测量测量结果可用数值表示，也可用曲线或图形表示。测量结果可用数值表示，也可用曲线或图形表示。测量结果可用数值表示，也可用曲线或图形表示。测量结果可用数值表示，也可用曲线或图形表示。测量结果应包括：测量结果应包括：测量结果应包括：测量结果应包括：比值比值比值比值 +测量单位测量单位测量单位测量单
5、位 +误差误差误差误差 测量结果的表示测量结果的表示测量结果的表示测量结果的表示测量的过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息，测量的过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息，测量的过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息，测量的过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息，建立起测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得建立起测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得建立起测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得建立起测量信号，经过变换、传输、处理，从而获得被测量的量值。被测量的量值。被测量的量值。被测量的量值。测量的实质测量的实质测量的实质测量的实质第4页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理
6、与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(2).(2).测量方法测量方法测量方法测量方法 测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类 实现被测量与标准量比较得出比值的方法。实现被测量与标准量比较得出比值的方法。实现被测量与标准量比较得出比值的方法。实现被测量与标准量比较得出比值的方法。从不同角度有不同的分类方法。从不同角度有不同的分类方法。从不同角度有不同的分类方法。从不同角度有不同的分类方法。根据根据根据根据测量测量测量测
7、量方式方式方式方式偏差法测量偏差法测量偏差法测量偏差法测量零位法测量零位法测量零位法测量零位法测量微差法测量微差法测量微差法测量微差法测量根据获根据获根据获根据获取测量取测量取测量取测量结果的结果的结果的结果的方法方法方法方法直接测量直接测量直接测量直接测量间接测量间接测量间接测量间接测量组合测量组合测量组合测量组合测量直接测量直接测量直接测量直接测量间接测量间接测量间接测量间接测量组合测量组合测量组合测量组合测量第5页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1
8、1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(2).(2).测量方法测量方法测量方法测量方法根据测根据测根据测根据测量的精量的精量的精量的精度度度度 测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类测量方法的分类等精度测量等精度测量等精度测量等精度测量非等精度测量非等精度测量非等精度测量非等精度测量根据测量敏感元根据测量敏感元根据测量敏感元根据测量敏感元件与被测介质是件与被测介质是件与被测介质是件与被测介质是否接触否接触否接触否接触接触测量接触测量接触测量接触测量非接触测量非接触测量非接触测量非接触测量根据被测根据被测根据被测根据被测量的变化量的变化量的变化量的变化快慢快慢快慢快
9、慢静态测量静态测量静态测量静态测量动态测量动态测量动态测量动态测量根据测量系根据测量系根据测量系根据测量系统是否向被统是否向被统是否向被统是否向被测对象施加测对象施加测对象施加测对象施加能量能量能量能量主动式测量主动式测量主动式测量主动式测量被动式测量被动式测量被动式测量被动式测量第6页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(3).(3).测量系统测量系统测量系统测量系统测量系统是传感器与测量仪
10、表、变换装置等的有机测量系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机测量系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机测量系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机结合。结合。结合。结合。测量系统应包括：测量系统应包括：测量系统应包括：测量系统应包括：.测量系统的构成测量系统的构成测量系统的构成测量系统的构成被被测测对对象象被被测测量量传传感感器器数数据据传传输输环环节节数数据据处处理理环环节节数数据据显显示示环环节节第7页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1
11、测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(3).(3).测量系统测量系统测量系统测量系统 传感器是感受被测量的大小并输出信号的器件或装置。传感器是感受被测量的大小并输出信号的器件或装置。传感器是感受被测量的大小并输出信号的器件或装置。传感器是感受被测量的大小并输出信号的器件或装置。数据传输环节用来传输传输数据。数据传输环节用来传输传输数据。数据传输环节用来传输传输数据。数据传输环节用来传输传输数据。数据处理环节传感器输出信号进行处理或变换。数据处理环节传感器输出信号进行处理或变换。数据处理环节传感器输出信号进行处理或变换。数据处理环节传感器输出信号进行处理或变换。数据显示环节是
12、将被测量信息变成人感官能接受的形式，以完数据显示环节是将被测量信息变成人感官能接受的形式，以完数据显示环节是将被测量信息变成人感官能接受的形式，以完数据显示环节是将被测量信息变成人感官能接受的形式，以完成监视、控制或分析的目的。成监视、控制或分析的目的。成监视、控制或分析的目的。成监视、控制或分析的目的。对信号放大、运算、线性化、对信号放大、运算、线性化、对信号放大、运算、线性化、对信号放大、运算、线性化、A/DA/D转换转换转换转换、D/AD/A转换变成另一种参数的信转换变成另一种参数的信转换变成另一种参数的信转换变成另一种参数的信号或变成某种标准化的统一信号。号或变成某种标准化的统一信号。
13、号或变成某种标准化的统一信号。号或变成某种标准化的统一信号。第8页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(3).(3).测量系统测量系统测量系统测量系统 开环测量系统的全部信息变换只沿着一个方向进行。开环测量系统的全部信息变换只沿着一个方向进行。开环测量系统的全部信息变换只沿着一个方向进行。开环测量系统的全部信息变换只沿着一个方向进行。闭环测量系统闭环测量系统闭环测量系统闭环测量系统 在开环系统
14、的基础上加上反馈环节，使信息变换与传递形在开环系统的基础上加上反馈环节，使信息变换与传递形在开环系统的基础上加上反馈环节，使信息变换与传递形在开环系统的基础上加上反馈环节，使信息变换与传递形成闭环。成闭环。成闭环。成闭环。将开环系统与闭环系统巧妙结合应用会使测量效果更好。将开环系统与闭环系统巧妙结合应用会使测量效果更好。将开环系统与闭环系统巧妙结合应用会使测量效果更好。将开环系统与闭环系统巧妙结合应用会使测量效果更好。*特点：能对反馈环内各误差进行补偿，使系统误差变小甚至无误差。特点：能对反馈环内各误差进行补偿，使系统误差变小甚至无误差。特点：能对反馈环内各误差进行补偿，使系统误差变小甚至无误
15、差。特点：能对反馈环内各误差进行补偿，使系统误差变小甚至无误差。.开环测量系统开环测量系统开环测量系统开环测量系统 与闭环测量系统与闭环测量系统与闭环测量系统与闭环测量系统被被测测对对象象x传感传感、变、变送送k1放大放大k2显示显示k3x1x2y*特点：结构简单，各环节特性的变化都会造成测量误差。特点：结构简单，各环节特性的变化都会造成测量误差。特点：结构简单，各环节特性的变化都会造成测量误差。特点：结构简单，各环节特性的变化都会造成测量误差。第9页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知
16、识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(4).(4).测量误差测量误差测量误差测量误差 存在测量误差就与测量的目的存在测量误差就与测量的目的存在测量误差就与测量的目的存在测量误差就与测量的目的获取被测量的真实值不能相吻合。获取被测量的真实值不能相吻合。获取被测量的真实值不能相吻合。获取被测量的真实值不能相吻合。.测量误差的表示方法测量误差的表示方法测量误差的表示方法测量误差的表示方法测量误差测量误差测量误差测量误差 就是测量值与真实值之间的差值。反映测量质量的好坏。就是测量值与真实值之间的差值。反映测量质量的好坏。就是测量值与真实值之间
17、的差值。反映测量质量的好坏。就是测量值与真实值之间的差值。反映测量质量的好坏。绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差：=|X-Q|X-Q|相对误差相对误差相对误差相对误差：=/X *100%X *100%引用误差引用误差引用误差引用误差：=/（X Xmaxmax-X-Xminmin）*100%*100%基本误差：基本误差：基本误差：基本误差：仪表在规定的标准条件下工作时具有的误差。仪表在规定的标准条件下工作时具有的误差。仪表在规定的标准条件下工作时具有的误差。仪表在规定的标准条件下工作时具有的误差。附加误差：附加误差：附加误差：附加误差：仪表的使用条件偏离额定条件下工作时的误差。仪表的使用条件偏离额
18、定条件下工作时的误差。仪表的使用条件偏离额定条件下工作时的误差。仪表的使用条件偏离额定条件下工作时的误差。第10页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(4).(4).测量误差测量误差测量误差测量误差.误差的性质（分类）误差的性质（分类）误差的性质（分类）误差的性质（分类）系统误差系统误差系统误差系统误差：对同一被测量多次重复测量时，误差按照一定规律出现。对同一被测量多次重复测量时，误差按照一定
19、规律出现。对同一被测量多次重复测量时，误差按照一定规律出现。对同一被测量多次重复测量时，误差按照一定规律出现。根据测量数据中误差所呈现的规律把误差分为以下三种：根据测量数据中误差所呈现的规律把误差分为以下三种：根据测量数据中误差所呈现的规律把误差分为以下三种：根据测量数据中误差所呈现的规律把误差分为以下三种：随机误差随机误差随机误差随机误差：对同一被测量多次重复测量时，绝对值和符号不可预知的变化。对同一被测量多次重复测量时，绝对值和符号不可预知的变化。对同一被测量多次重复测量时，绝对值和符号不可预知的变化。对同一被测量多次重复测量时，绝对值和符号不可预知的变化。此类误差具有一定的统计规律性。此
20、类误差具有一定的统计规律性。此类误差具有一定的统计规律性。此类误差具有一定的统计规律性。粗大误差粗大误差粗大误差粗大误差：明显偏离测量结果的误差，又称疏忽误差。明显偏离测量结果的误差，又称疏忽误差。明显偏离测量结果的误差，又称疏忽误差。明显偏离测量结果的误差，又称疏忽误差。第11页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(5).(5).测量精度与分辨率测量精度与分辨率测量精度与分辨率测量精度与分辨
21、率 精密度：精密度：精密度：精密度：描述测量仪表指示值不一致程度的量。描述测量仪表指示值不一致程度的量。描述测量仪表指示值不一致程度的量。描述测量仪表指示值不一致程度的量。准确度：准确度：准确度：准确度：描述仪表指示值有规律地偏离真实值的程度。描述仪表指示值有规律地偏离真实值的程度。描述仪表指示值有规律地偏离真实值的程度。描述仪表指示值有规律地偏离真实值的程度。精确度：精确度：精确度：精确度：是精密度和准确度的总和。是精密度和准确度的总和。是精密度和准确度的总和。是精密度和准确度的总和。.测量精度的三个指标测量精度的三个指标测量精度的三个指标测量精度的三个指标即，对某一稳定的被测量，在相同的工
22、作和测量条件下，在相当短的时间内按同即，对某一稳定的被测量，在相同的工作和测量条件下，在相当短的时间内按同即，对某一稳定的被测量，在相同的工作和测量条件下，在相当短的时间内按同即，对某一稳定的被测量，在相同的工作和测量条件下，在相当短的时间内按同一方向连续重复测量，获得结果不一致的程度。一方向连续重复测量，获得结果不一致的程度。一方向连续重复测量，获得结果不一致的程度。一方向连续重复测量，获得结果不一致的程度。即，仪表在测量性能上的综合优良程度，仪表的精密度和准确度都高，其精度才能高。即，仪表在测量性能上的综合优良程度，仪表的精密度和准确度都高，其精度才能高。即，仪表在测量性能上的综合优良程度
23、，仪表的精密度和准确度都高，其精度才能高。即，仪表在测量性能上的综合优良程度，仪表的精密度和准确度都高，其精度才能高。精确度最终是以测量误差的相对值来表示的，一般用仪表精度等级表示。精确度最终是以测量误差的相对值来表示的，一般用仪表精度等级表示。精确度最终是以测量误差的相对值来表示的，一般用仪表精度等级表示。精确度最终是以测量误差的相对值来表示的，一般用仪表精度等级表示。仪表精度等级是根据引用误差确定的，它是仪表在规定的工作条件下，其最大允仪表精度等级是根据引用误差确定的，它是仪表在规定的工作条件下，其最大允仪表精度等级是根据引用误差确定的，它是仪表在规定的工作条件下，其最大允仪表精度等级是根
24、据引用误差确定的，它是仪表在规定的工作条件下，其最大允许误差值相对仪表测量范围的百分数。等级有许误差值相对仪表测量范围的百分数。等级有许误差值相对仪表测量范围的百分数。等级有许误差值相对仪表测量范围的百分数。等级有0.0010.0010.0010.001，0.0050.0050.0050.005，0.020.020.020.02，2.52.52.52.5，4.04.04.04.0，6.06.06.06.0等级。等级。等级。等级。第12页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的
25、基本知识1.1 1.1 测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识测量的基本知识(5).(5).测量精度与分辨率测量精度与分辨率测量精度与分辨率测量精度与分辨率准确度是系统误差产生的，它是指服从某一特定规律（如，定值、线准确度是系统误差产生的，它是指服从某一特定规律（如，定值、线准确度是系统误差产生的，它是指服从某一特定规律（如，定值、线准确度是系统误差产生的，它是指服从某一特定规律（如，定值、线性、多项式、周期性等函数规律）的误差。性、多项式、周期性等函数规律）的误差。性、多项式、周期性等函数规律）的误差。性、多项式、周期性等函数规律）的误差。精确度是反映测量仪表优良程度的综合指标。精确度是
26、反映测量仪表优良程度的综合指标。精确度是反映测量仪表优良程度的综合指标。精确度是反映测量仪表优良程度的综合指标。精密度高，准确度不一定高，因仪表本身可以存在较大的系统误差。精密度高，准确度不一定高，因仪表本身可以存在较大的系统误差。精密度高，准确度不一定高，因仪表本身可以存在较大的系统误差。精密度高，准确度不一定高，因仪表本身可以存在较大的系统误差。产生系统误差的原因产生系统误差的原因产生系统误差的原因产生系统误差的原因系统误差消除的办法系统误差消除的办法系统误差消除的办法系统误差消除的办法.分辨率分辨率分辨率分辨率 使指示值发生变化的最小输入变化值使指示值发生变化的最小输入变化值使指示值发生
27、变化的最小输入变化值使指示值发生变化的最小输入变化值 分辨率分辨率分辨率分辨率 显示仪表能够检测到被测量最小变化量的本领。显示仪表能够检测到被测量最小变化量的本领。显示仪表能够检测到被测量最小变化量的本领。显示仪表能够检测到被测量最小变化量的本领。第13页，本讲稿共32页1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输入信号，传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输入信号，传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输入信号，传感器一般要变换各种信息量为电量，对不同的输入信号，输出特性是不同的，由于受传感器内部储能
28、元件（电感、输出特性是不同的，由于受传感器内部储能元件（电感、输出特性是不同的，由于受传感器内部储能元件（电感、输出特性是不同的，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，对快变信号与慢变信电容、质量块、弹簧等）的影响，对快变信号与慢变信电容、质量块、弹簧等）的影响，对快变信号与慢变信电容、质量块、弹簧等）的影响，对快变信号与慢变信 号，反应大不相同。号，反应大不相同。号，反应大不相同。号，反应大不相同。传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识 快变快变快变快变信
29、号信号信号信号输入量输入量输入量输入量X X随时间随时间随时间随时间 t t 较快变化时考虑输出的较快变化时考虑输出的较快变化时考虑输出的较快变化时考虑输出的动态特性，动态特性，动态特性，动态特性，即随时间变化的特性；即随时间变化的特性；即随时间变化的特性；即随时间变化的特性；慢变慢变慢变慢变信号信号信号信号输入输入输入输入X X为静态或变化极缓慢的信号时研究为静态或变化极缓慢的信号时研究为静态或变化极缓慢的信号时研究为静态或变化极缓慢的信号时研究静态静态静态静态特性，特性，特性，特性，即不随时间变化的特性。即不随时间变化的特性。即不随时间变化的特性。即不随时间变化的特性。传感器系统传感器系统
30、输入输入输入输入 x xy y 输出输出输出输出(1).(1).概述概述概述概述第14页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 静态特性，静态特性，静态特性，静态特性，当输入量（当输入量（当输入量（当输入量（X X）为静态（常量）或变化缓慢的）为静态（常量）或变化缓慢的）为静态（常量）或变化缓慢的）为静态（常量）或变化缓慢的 信号时（如环境温度、压力），讨论传感器的静态性能，输入输信号时
31、（如环境温度、压力），讨论传感器的静态性能，输入输信号时（如环境温度、压力），讨论传感器的静态性能，输入输信号时（如环境温度、压力），讨论传感器的静态性能，输入输出关系称出关系称出关系称出关系称静态特性静态特性静态特性静态特性。即，传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输即，传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输即，传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输即，传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输出出出出-输入的关系。输入的关系。输入的关系。输入的关系。静态特性技术指标：静态特性技术指标：静态特性技术指标：静态特性技术指标：线性度线性度线性度线性度、
32、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:(1).(1).概述概述概述概述第15页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识.线性度线性度线性度线性度 传感器的输入输出关系可以用多项式表示：传感器的输入输出关系可以用多项式表示：传感器的输入输出关系可以用多项式表示：传感器的输入输出关系可以用多项式表示：1.2 1
33、.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性其中：其中：其中：其中：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 a0 0 x x=0 =0 时的输出值时的输出值时的输出值时的输出值 a a1 1 理想灵敏度理想灵敏度理想灵敏度理想灵敏度 a a2,2,a a3.3.a an n 非线性项系数非线性项系数非线性项系数非线性项系数（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性 拟合直线，拟合直线，拟合直线，拟合直线，传感器非线性方次不高，输入量变化范围较小时，用一条直线传感器非线性方次不高，输入量变化范围较小时，用一条直线传感器非线性方
34、次不高，输入量变化范围较小时，用一条直线传感器非线性方次不高，输入量变化范围较小时，用一条直线近似代表实际曲线的一段，此直线为近似代表实际曲线的一段，此直线为近似代表实际曲线的一段，此直线为近似代表实际曲线的一段，此直线为拟合直线拟合直线拟合直线拟合直线。线性度，线性度，线性度，线性度，实际曲线与拟合曲线之间的偏差称为传感器的非线性误差实际曲线与拟合曲线之间的偏差称为传感器的非线性误差实际曲线与拟合曲线之间的偏差称为传感器的非线性误差实际曲线与拟合曲线之间的偏差称为传感器的非线性误差或称或称或称或称线性度线性度线性度线性度。第16页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1
35、 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 传感器的非线性误差（线性度）用相对误差表示：传感器的非线性误差（线性度）用相对误差表示：传感器的非线性误差（线性度）用相对误差表示：传感器的非线性误差（线性度）用相对误差表示：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，可用满量程输出，可用满量程输出，可用满量程输出，可用y ym m表示表示表示表示 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
36、合直线是表征实际特性与拟合直线是表征实际特性与拟合直线是表征实际特性与拟合直线 不吻合的参数不吻合的参数不吻合的参数不吻合的参数YXYiXiLmaxY=kx+b.线性度线性度线性度线性度（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性第17页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性各种直线拟合方法各种直线拟合方法.线性度线性度线性度线性度（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性第18页，本讲稿
37、共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识最小二乘法线性度最小二乘法线性度1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性解出解出k k、b b代入作拟合直线，代入作拟合直线，i i为非线性误差为非线性误差.线性度线性度线性度线性度（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性求残差平方和为最小值求残差平方和为最小值:取取 n个测点个测点,第第i 残差为残差为:设拟合直线方程设拟合直线方程:拟合方法不同，其线性度也不同，用最小二乘法求取的拟合拟合方法
38、不同，其线性度也不同，用最小二乘法求取的拟合拟合方法不同，其线性度也不同，用最小二乘法求取的拟合拟合方法不同，其线性度也不同，用最小二乘法求取的拟合 直线的精度最高。直线的精度最高。直线的精度最高。直线的精度最高。第19页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识 传感器在正、反行程期传感器在正、反行程期传感器在正、反行程期传感器在正、反行程期间输入、输出曲线不重合间输入、输出曲线不重合间输入、输出曲线不重合间输入、输出曲线不重合的现象称迟滞。的现象称迟滞。的现象称迟滞
39、。的现象称迟滞。1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性例：一电子秤称重时，砝码或重物增减时电桥输出的关系：例：一电子秤称重时，砝码或重物增减时电桥输出的关系：例：一电子秤称重时，砝码或重物增减时电桥输出的关系：例：一电子秤称重时，砝码或重物增减时电桥输出的关系：增加砝码增加砝码增加砝码增加砝码 10g 50g 100g 200g10g 50g 100g 200g电桥输出电桥输出电桥输出电桥输出 0.5mv 2mv 4mv 10mv0.5mv 2mv 4mv 10mv减砝码时电桥输出减砝码时电桥输出减砝码时电桥输出减砝码时电桥输出 1mv 3mv 6mv
40、 10mv1mv 3mv 6mv 10mv.迟滞迟滞迟滞迟滞（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性以上，在砝码增减相同量时，电桥输出电压改变不同，这便以上，在砝码增减相同量时，电桥输出电压改变不同，这便是迟滞现象。是迟滞现象。第20页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识 迟滞误差计算由满量程输出的百分数表示：迟滞误差计算由满量程输出的百分数表示：1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性为正、反为正、反 行程输出值间的最大
41、差值行程输出值间的最大差值 产生迟滞误差的原因：产生迟滞误差的原因：由于敏感元件材料的物理性质缺陷造成的。由于敏感元件材料的物理性质缺陷造成的。如，传感器机械部分存在不可避免的缺陷，弹性元件的滞后、如，传感器机械部分存在不可避免的缺陷，弹性元件的滞后、如，传感器机械部分存在不可避免的缺陷，弹性元件的滞后、如，传感器机械部分存在不可避免的缺陷，弹性元件的滞后、外加磁场、电场作用的铁磁体、铁电体等。外加磁场、电场作用的铁磁体、铁电体等。外加磁场、电场作用的铁磁体、铁电体等。外加磁场、电场作用的铁磁体、铁电体等。迟滞误差的存在使输入、输出不能一一对应。迟滞误差的存在使输入、输出不能一一对应。迟滞误差
42、的存在使输入、输出不能一一对应。迟滞误差的存在使输入、输出不能一一对应。.迟滞迟滞迟滞迟滞（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性第21页，本讲稿共32页传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 传感器输入量按同一方向作多次传感器输入量按同一方向作多次传感器输入量按同一方向作多次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。测量时输出特性不一致的程度。测量时输出特性不一致的程度。测量时输出特
43、性不一致的程度。属于随机误差可用标准偏差表示：属于随机误差可用标准偏差表示：属于随机误差可用标准偏差表示：属于随机误差可用标准偏差表示：或用最大重复偏差表示：或用最大重复偏差表示：或用最大重复偏差表示：或用最大重复偏差表示：max max max max 最大标准差；最大标准差；最大标准差；最大标准差；（2 2 2 23 3 3 3）置信度；置信度；置信度；置信度；.重复性重复性重复性重复性（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性产生重复性不一致的原因与产生迟滞现象的原因相同。产生重复性不一致的原因与产生迟滞现象的原因相同。多次重复测试的曲线越重合，说明重复性越好，误差也越小。多次重复测试的
44、曲线越重合，说明重复性越好，误差也越小。第22页，本讲稿共32页.灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 在稳定条件下输出变化对输入变化的比值，用在稳定条件下输出变化对输入变化的比值，用在稳定条件下输出变化对输入变化的比值，用在稳定条件下输出变化对输入变化的比值，用KK表示。表示。表示。表示。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，灵敏度是直线的斜率：对线性传感器，灵敏度是直线的斜率：S=Y/X S=Y/X，为常数。，为常数。，为常数。，为常数。对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感
45、器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：对非线性传感器灵敏度为一变量：S=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/mv/mm mv/传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性第23页，本讲稿共32页.稳定性稳定性稳定性稳定性 +1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 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
46、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。闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器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传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性第24页，本讲稿共32页.分辨率、阈值和门槛灵敏度分辨率、阈值和门槛灵敏度分辨率、阈值和门槛灵敏度分辨率、阈值和门槛灵敏度1.2 1.2 传感器的一般特性传感
47、器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性 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；输入小到某种程度输出不再变化的值；输入小到某种程度输出不再变化的值；输入小到某种程度输出不再变化的值；门槛灵敏度门槛灵敏度门槛灵敏度门槛灵敏度 指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。指输入零点附近的分辨能力。传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的
48、基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识（2 2）静态特性静态特性静态特性静态特性第25页，本讲稿共32页1.2 1.2 传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性传感器的一般特性用时域法表示：用时域法表示：用时域法表示：用时域法表示：用频域法表示：用频域法表示：用频域法表示：用频域法表示：传感器原理与应用传感器原理与应用第第第第1 1 1 1章章章章 传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识传感器与测量的基本知识（3 3）动态特性）动态特性）动态特性）动态特性传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传
49、感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。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、振动等，被测量是时间的函数，或是频率的函数。加速度、振动等，被测量是时间的函数，或是频率的函数。加速度、振动等，被测量是时间的函数，或是频率的函数。加速度、振动等，被测量是时间的函数，或是频率的函数。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
50、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。除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输出信号一定不会除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输出信号一定不会除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输出信号一定不会除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；与输入信号有相同的时间函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；与输入信号有相同的时间函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；与输入信号有相同的时间函数，这种输入输出之间的差异就是动态误差；传感器输出