第1章  传感器的一般特性

    传感器的基本特性即输出—输入关系特性：

    ·静态特性：y=f(x)；

    ·动态特性：y(t)=f[x(t)] 。

    研究传感器的基本特性的意义：

    ·测量  传感器作为测量系统，由y推求x；

    ·传感器的研究、设计与系统建立。

    传感器的基本特性是外特性，但由其内部结构参数决定。

1.1  传感器的静态特性

  传感器在稳态信号（x(t)=常数）作用下，其输出—输入关系称为传感器的静态特性，y=f(x)。传感器静态特性指标：线性度，灵敏度，分辨率（力），迟滞，重复性，精度，量程，等。

1.1.1 线性度(非线性误差)(Linearity)

    传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间的线性程度。

    理想输出—输入线性特性传感器（系统）优点：

     ·简化传感器理论分析和设计计算；

     ·方便传感器的标定和数据处理；

     ·显示仪表刻度均匀，易于制作、安装、调试，提高测量精度；

     ·避免非线性补偿环节。

    实际传感器输出—输入特性一般为非线性，即

                           y=a₀+a₁ x+a₂ x²+a₃ x³+…+a_n xⁿ

式中，a₀----零位输出，零点漂移（零漂）；

      a₁----传感器线性灵敏度，常用K表示；

      a₂、a₃、L、a_n-----待定系数。

    线性度(非线性误差)(Linearity)

    (1)理想线性：y=a₁x，灵敏度Sn=y/x=a₁=常数（K）

    (2)具有偶次项非线性：y=a₁x+a₂x²+a₄x⁴+L

    (3)具有奇次项非线性：y=a₁x+a₃x³+a₅x⁵+L

(4)普遍情况：y=a₁x+a₂x²+a₃x³+a₄x⁴+L 

    传感器非线性特性的线性化—直线拟合。拟合方法：端点法；割线法；切线法；最小二乘法；等。

 非线性误差（线性度）——实际静态特性曲线与拟合直线之间的偏差（属系统误差）。

了解几个参数：d_L—非线性误差（线性度）；D_max—最大非线性绝对误差；y_F▪S—输出满量程（测量上限-测量下限）。

·最小二乘法线性拟合

    根据误差理论，采用最小二乘法来确定一组实验数据的最佳拟合直线时，可以得到最小的非线性误差。

   必须掌握原理及相应的计算方法。

例1-0  有一压力传感器，校验数据如表1-0所示，求最小二乘法拟合直线方程及线性度。

具体计算可自行练习。

1.1.2 灵敏度(Sensitivity)

    灵敏度是指传感器在稳态下的输出变化与输入变化的比值，用S_n表示，具有输出/输入量纲。

    对于线性传感器，灵敏度常表为

K=y/x

1.1.3 分辨率和分辩力（Resolution）

    分辨率和分辩力都是表示传感器能检测被测量的最小值的性能指标。

    分辨率是以满量程的百分数来表示，无量纲；分辩力是以最小量程的单位值来表示，有量纲。

1.1.4 迟滞（滞环）（Rysteresis)

    迟滞现象，对于同一大小的输入信号，传感器的正、反行程的输出信号大小不相等的现象。

迟滞误差（属系统误差）d_H：

1.1.5重复性（Repeatability)

重复性表示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不一致的程度。

不重复性误差(属随机误差）d_R：

1.1.6 精度（Accuracy)

    传感器的精度是指其测量结果的可靠程度，它由其量程范围内的最大基本误差与满量程之比的百分数表示。基本误差由系统误差和随机误差两部分组成，故

    传感器的精度用精度等级表示，如0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5级等。

传感器偏离规定的正常工作条件还存在附加误差，测量时应考虑。

1.1.7 改善传感器性能的技术措施

1．差动技术

    通常，由单一敏感元件与单一变送器组成的传感器，其输出-输入特性较差，如果采用差动、对称结构和差动电路（如电桥）相结合的差动技术，可以达到消除零位值、减小非线性、提高灵敏度、实现温度补偿和抵消共模误差干扰等的效果，改善传感器的技术性能。(各类传感器特性分析中具体介绍)

2．累加平均技术

3．补偿与修正技术

4．分段与细分技术

5．屏蔽、隔离与干扰抑制

6．稳定性处理