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传感器的基本性能参数指标

   日期:2019-10-09     来源:www.shytuan.com    作者:宇廷    评论:0    
核心提示:量程、线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽等都是传感器的基本性能参数指标,在选用传感器时,这些基本
       量程、线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽等都是传感器的基本性能参数指标,在选用传感器时,这些基本的性能参数指标都是需要参考的,本文对传感器的相关技术指标进行介绍。

 

  一、量程

 

  量程是传感器的测量范围,是指测量上下极限之差的值。每个传感器都有自身的测量范围,被测量处在这个范围内时,传感器的输出信号才是有一定的准确性的,因此,量程也是用户选型时,第一关注的技术指标,根据被测量选择一款合适量程的传感器是极为重要的。

 

  二、线性度

 

  传感器的线性度又称非线性误差,是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想的传感器输入-输出关系应该是线性的,这样使用起来才最为方便。但实际中的传感器都不具备这种特性,只是不同程度的接近这种线性关系。

 

  实际中有些传感器的输入-输出关系非常接近线性,在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有些传感器则有很大的偏离,但通过进行非线性补偿、差动使用等方式,也可以在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。

 

  选取拟合直线的方法很多,用最小二乘法求得的拟合直线,这是拟合精度最高的一种方法。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称之为传感器的非线性误差,其最大值与满量程输出值的比值即为线性度。

 

  三、灵敏度

 

  传感器的灵敏度是指其输出变化量与输入变化量的比值。对于一个线性度非常高的传感器来说,也可认为等于其满量程输出值与量程的比值。灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高,这将会方便信号的传递、调理及计算。

 

  四、迟滞

 

  当输入量从小变大或从大变小时,所得到的传感器输出曲线通常是不重合的。也就是说,对于同样大小的输入信号,当传感器处于正行程或反行时,其输出值是不一样大的,会有一个差值,这种现象称为传感器的迟滞。

 

  产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等,例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等等。迟滞误差的具体数值一般由实验方法得到,用正反行程最大输出差值的一半对其满量程输出值的比值来表示。

 

  五、重复性

 

  一个传感器即便是在工作条件不变的情况下,若其输入量连续多次地按同一方向(从小到大或从大到小)做满量程变化,所得到的输出曲线也是会有不同的,可以用重复性误差来表示。

 

  重复性误差是一种随机误差,常用正行程或反行程中的最大偏差的一半对其满量程输出值的比值来表示。

 

  六、精度

 

  在测试测量过程中,测量误差是不可避免的。误差主要有系统误差和随机误差这两种。

 

  引起系统误差的原因诸如测量原理及算法固有的误差、仪表标定不准确、环境温度影响、材料缺陷等,可以用准确度来反映系统误差的影响程度。

 

  引起随机误差的原因有:传动部件间隙、电子元件老化等,可以用精密度来反映随机误差的影响程度。

 

  精度则是一种反应系统误差和随机误差的综合指标,精度高意味着准确度和精密度都高。一种较为常用的评定传感器精度方法是用线性度、迟滞和重复性这三项误差值得方和根来表示。

 

  七、分辨率

 

  传感器的分辨率代表它能探测到的输入量变化的最小值。比如一把直尺,它的最小刻度为1mm,那么它是无法分辨出两个长度相差小于1mm的物体的区别的。

 

  有些采用离散计数方式工作的传感器,例如光栅尺、旋转编码器等,它们的工作原理就决定了其分辨率的大小。有些采用模拟量变化原理工作的传感器,例如热电偶、倾角传感器等,它们在内部集成了A/D功能,可以直接输出数字信号,因此其A/D的分辨率也就限制了传感器的分辨率。

 

  有些采用模拟量变化原理工作的传感器,例如电流传感器、电涡流位移传感器等,其输出为模拟信号,从理论上来讲它们的分辨率为无限小。但实际上,当被测量的变化值小到一定程度时,其输出量的变化值和噪声是处于同一水平的,已没有意义了,这也相当于限制了传感器的分辨率。

 

  八、零点漂移

 

  在传感器的输入量恒为零的情况下,传感器的输出值仍然会有一定程度的小幅变化,这就是零点漂移。引起零点漂移的原因有很多,比如传感器内敏感元件的特性随时间而变化、应力释放、元件老化、电荷泄露、环境温度变化等。其中,环境温度变化引起的零点漂移是最为常见的现象。

 

  九、带宽

 

  在实际应用中,大量的被测量是时间变化的动态信号,比如电流值的变化、物体位移的变化、加速度的变化等。这就要求传感器的输出量不仅要能够精确地反映被测量的大小,还要能跟得上被测量变化的快慢,这就是指传感器的动态特性。

 

  从传递函数的角度来看,大多数传感器都可以简化为一个一阶或二阶环节,因此,通常可以用带宽来大概反映出其动态特性。在传感器的带宽范围内,其输出量的幅值在一定范围内有个小幅变化(最大衰减为0.707)。因此,当输入值做正弦变化时,通常认为输出值是可以正确反映输入值的,但是当输入值变化的频率更高时,输出值将会产生明显的衰减,导致较大的测量失真。
转自:www.shytuan.com

 
标签: 传感器
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