传感器的静态特性

传感器的输入/输出特性是传感器的基本特性。

根据测量或控制过程中被测量的状态有静态和动态之分，从而将传感器的输入/输出特性分为静态特性和动态特性。

基本含义

静态特性是指传感器在稳态（输入量为常量或变化极慢时）输入信号作用下，传感器输出与输入信号之间的关系，一般用曲线、数学表达式或表格表示。

在不考虑迟滞、蠕变（固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象）和不稳定性等因素时，传感器的静态特性可用多项式方程表示：

式中：

  • y——传感器的输出量
  • x——传感器的输入量
  • a 0 ——零点输出
  • a 1 ——零点处的灵敏度
  • a n ——n>1，非线性项系数

传感器的静态特性曲线可以通过实际测试得到。

衡量静态特性的主要参数包括测量范围、线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性、稳定性等。

静态特性性能指标

1.测量范围

各种传感器都有一定的测量范围，超过规定的测量范围，测量结果会有较大的误差或造成传感器的损坏。

  • 满量程（Y FS ）是用传感器的测量上限减去测量下限
    例如：

测量范围为0~100℃时，量程为100℃
测量范围为20~100℃时，量程为80℃
测量范围为-20~100℃时，量程为120℃

2.线性度

在规定的条件下，传感器静态校准曲线(实际曲线)与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度。

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拟合直线是一条通过一定方法绘制出来的直线，求拟合直线的方法有以下几种。

端点连线拟合

把传感器的零点输出平均值与满度输出平均值连成直线作为传感器的拟合理想直线。

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最小二乘法拟合

因为直线的函数关系式为y=kx+b，所以我们可以设拟合直线为y=kx+b的形式，x是输入，y是输出，我们只需要确定k、b这两个参数即可。

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要使误差最小，其实就是求以上式子的最小值，求最小值就是让其导数为0：
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化简上述式子：
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  • 例：
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

3.灵敏度

传感器的灵敏度是指到达稳定工作状态时，输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。

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4.分辨率

分辨率是指传感器能检测到的被测量最小变化量的本领。

有些传感器,当输入量连续变化时输出量只作阶梯变化，则分辨率就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小：
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5.灵敏限

灵敏限指仪表在刻度起点处引起输出量变化的输入量的最小变化值。

所谓最小变化是指使输出有可觉察到的变化为准。

6.迟滞

传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称迟滞。

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7.重复性

心重复性指的是传感器输入量按同一方向在全测量范围内作多次测量时，输出特性不一致的程度。重复性指标可用标准偏差来计算。

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8.稳定性

稳定性表示传感器在较长时间内保持其性能参数的能力，故又称长期稳定性。