《传器技术及应用》第2讲 传感器的输入输出特性[资料]

第1章传感器特性习题答案：5.答：静特性是当输入量为常数或变化极慢时，传感器的输入输出特性，其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。

传感器的静特性由静特性曲线反映出来，静特性曲线由实际测绘中获得。

人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。

9．解：10. 解：11．解：带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。

，，，，，，13．解：此题与炉温实验的测试曲线类似:14．解：15．解：所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16．答：dy/dx=1-0.00014x。

微分值在x<7143Pa时为正，x>7143Pa时为负，故不能使用。

17．答：⑴20。

C时，0～100ppm对应得电阻变化为250～350 kΩ。

V0在48.78～67.63mV之间变化。

⑵如果R2=10 MΩ，R3=250 kΩ，20。

C时，V0在0～18.85mV之间变化。

30。

C时V0在46.46mV（0ppm）～64.43mV（100ppm）之间变化。

⑶20。

C时，V0为0～18.85mV，30。

C时V0为0～17.79mV，如果零点不随温度变化，灵敏度约降低4.9%。

但相对（2）得情况来说有很大的改善。

18．答：感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入，并保证单位一致，得：感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答：(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变；应变片5、6、7、8感受纵向应变；满量程时：（3）10．答：敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差，可采用自补偿和线路补偿。

11．解：12．解：13．解：①是ΔR/R=2（Δl/l）。

因为电阻变化率是ΔR/R=0.001，所以Δl/l（应变）=0.0005=5*10-4。

第2章传感器的特性和检测技术基础【本章学习导读】传感器的特性是指传感器所有性质的总称。

传感器的输入-输出特性是其基本特性，当把传感器作为二端网络研究时，输入-输出特性是二端网络的外部特性，即输入量和输出量的对应关系。

传感器输入量的状态可分为静态量和动态量两类，静态量是指不随时间变化的信号或变化极其缓慢的信号（准静态）；动态量通常是指周期信号、瞬变信号或随机信号。

根据输入量的状态（静态或动态）不同，传感器所表现的输入-输出特性也不一样，分为静态特性和动态特性。

传感器的输入-输出特性决定了传感器能否将被测的非电量信号的变化不失真地变换成相应的电量信号，它是与传感器的内部结构参数有关的外部特性。

本章主要从静态和动态角度研究传感器的输入-输出特性，即静态特性和动态特性。

传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时，传感器的输入与输出之间的关系。

传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。

2.1 传感器的静态特性衡量传感器的静态特性的主要指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率与阈值、稳定性、漂移和精度。

1．线性度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。

理想的输入-输出特性应该是线性的，但实际上，传感器的特性大多是非线性的。

在不考虑迟滞、蠕变等因素的情况下，传感器的输入-输出特性可用下列多项式表示：2012n n y a a x a x a x =++++ （2-1）式中，y 为输出量；x 为输入量（被测量）；0a 为零位输出；1a 为传感器的灵敏度；23 n a a a ，，，为非线性项的待定常数。

各项系数不同，决定了特性曲线的具体形状各不相同。

理想特性方程为1y a x =，是一条经过原点的直线，传感器的灵敏度为一常数。

当特性方程中仅含有奇次非线性项，即35135y a x a x a x =+++ 时，特性曲线关于坐标原点对称，且在输入量x 相当大的范围内具有较宽的准线性。

第二章传感器的基本特性主要内容：2.1 传感器静态特性2.2传感器动态特性要点：静态特性；线形度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性动态特性；数学模型、过度函数、频率特性、幅频特性概述传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的基本特性。

对不同的输入信号，输出特性是不同的，对快变信号与慢变信号，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，反应大不相同。

快变信号要考虑输出的动态特性，即随时间变化的特性；慢变信号要研究静态特性，即不随时间变化的特性。

例：放射性仪器不同性能的探测器测量性能差别传感器的各种性能由传感器输入与输出之间的关系来描述，视传感器为具有输入输出的二端网络。

* 当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时（如温度、压力），讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性。

* 当输入量（X）随时间变化时（如加速度、振动），讨论传感器的动态特性，输入输出关系称动态特性。

2.1传感器静态特性2.1.1线性度传感器输入输出关系可以用多项式表示：其中：X：输入量；Y：输出量；a0：x = 0时的输出（y）值；a1：理想灵敏度；a2, a3,……an：为非线性项系数一个理想的传感器我们希望它们具有线性的输入输出关系，由于实际传感器输入总有非线性（高次项）存在，X-Y总是非线性关系。

在小范围内用割线、切线近似代表实际曲线使输入输出线性化。

近似后的直线与实际曲线之间存在的最大偏差称传感器的非线性误差——线性度，通常用相对误差表示：式中：ΔLmax为最大非线行绝对误差 YFS 为满量程输出γL为线性度提出线性度的非线性误差，必须说明所依据的基准直线，按照依据基准直线不同有不同的线性度：理论线性度,端基线性度,独立线性度。

最小二乘法线性度设拟合直线方程 :………①取n个测点，第i个测点与直线间残差为：……… ②根据最小二乘法原理取所有测点的残差平方和为最小值：求解k、b代入方程①作拟合直线，实际曲线与拟合直线的最大残差Δimax为非线性误差，最小二乘法求取的拟合直线拟合精度最高，也是最常用的方法。