传感器的基本特性

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   在科学试验和生产过程中。我们需要对各种各样的参数进行实时的检查和控制。这就要求传感器能感受被测非电量并将其转换成与被测量有一定函数关系的电量。传感器所测量的非电量处在不断的变动之中，传感器能否将这些非电量的变化不失真地变换成相应的电量，取绝于传感器的输入，输出特性。
    传感器的这一基本特性可以用它的静态特性和动态特性来描述，当输入信号不随时间变化时，输入与输出的关系称为传感器的静态特性；当输入信号随时间而变化时，输入与输出的关系称为传感器的动态特性。这里仅指介绍传感器的静态特性。
     传感器静态特性的主要技术指标有：灵敏度、线性度、迟滞、重复性等，下面分别加以介绍。
传感器的静态特性是指传感器转换的被测量数值处在稳定状态时，传感器的输出与输入的关系。
    （1） 灵敏度
   传感器的灵敏度是指传感器在稳态下，输出变化量与输入变化量的比值，用K来表示，如下所示：

灵敏度公式


   式中 x-输入量
     y-输出量
    对线性传感器而言，灵敏度是一个常数：对非线性传感器而言灵敏度，灵敏度随输入量的变化而变化。从输出曲线看，曲线越堵，灵敏度越高，如图1.7所示通过作该曲线切线的方法求得曲线上任一点出的灵敏度。
   （2） 线性度
    传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出的满度值之比

线性度公式


    式中ri-线性度：
   △Lmax-传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差：
    Ymax-ymin-传感器的输出范围
    通常总是希望输出-输入特性曲线成为直线，即我们所说的呈线性。但实际上理想线型关系的传感器较少，实际应用中传感器的输出-输入特性曲线只能接近直线，实际曲线与理论直线之间存在的偏差△Lmix就是传感器的非线性误差，如图1.8所示。

gooxian-线性度示意图


   （3） 分辨力
    分辨力是指传感器能够检测出的被测信号的最小变化量，即当传感器的输入从非零的任意值慢慢增加，只有超过某一输入量后才有变化，这个输入增量称为传感器的分辨力。分辨力说明了传感器最小可测出的输入变量。
   （4） 迟滞
    迟滞现象是传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出—输入特性曲线不一致的程度，如图1.9所示。

gooxian-迟滞特性曲线


    产生迟滞现象的主要原因是传感器的机械结构和制造工艺上的缺陷，如轴承摩擦、间隙、螺钉松动和元件腐蚀等。在实际应用中，迟滞现象会引起测量误差，因此，要尽量选用迟滞现象小的传感器。
   （5） 重复性
   重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全量程范围内多次测试时所得特性曲线曲线不一致的程度。重复性所反映的是测量结果偶然误差的大小，而不是表示与真值之间的差别，有时重复性虽然很好，但可能远离真值。重复性示意图如图1.10所示。

gooxian-重复性示意图


    传感器输出特性的不重复性主要由传感器机械部分的磨损、间隙、松动，部件内摩擦，积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因产生。
    周围环境中，对传感器影响最大的是温度。目前，很多传感器材料采用灵敏度高、信号易处理的半导体，但是，半导体材料对温度很敏感，因此，在实际应用时因特别注意。另外，大气压、湿度、振动、电源电压及频率都会影响传感器的特性。

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