传感器特征:《传感器原理》——传感器特性

2021/11/09 22:35 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器特征:《传感器原理》——传感器特性已关闭评论
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传感器特征:《传感器原理》——传感器特性传感器的静态特性静态特性:传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出——输入关系。稳定状态指的是被测量趋于稳定,基本不变或变化缓慢。静态特性指标重复性:在同一条件下,对同一被测量,沿同一方向,多次重复测量的差异程度。重复性误差反应的是数据的离散程度,属于随机

传感器特征:《传感器原理》——传感器特性  第1张

传感器特征:《传感器原理》——传感器特性

传感器的静态特性
静态特性:传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出——输入关系。
稳定状态指的是被测量趋于稳定,基本不变或变化缓慢。
静态特性指标
重复性:在同一条件下,对同一被测量,沿同一方向,多次重复测量的差异程度。
重复性误差反应的是数据的离散程度,属于随机误差,因此应根据标准偏差计算σ。
测量标准差:
算数平均值的标准差:
由公式可知多次测量可以提高精度。
例题:
线性度
线性度又称非线性,是表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线(作为工作直线)之间的吻合或者偏离程度的指标。通常用相对误差来表示线性度或非线性误差。即
其中△Ymax表示输出值与理想直线的最大偏差
yFS表示理论满量程输出值
显然,选定的拟合直线不同,计算所得线性度数值不同,选择拟合直线应该保证获得的尽量小的非线性误差。
获取拟合直线的方法:
对于不同的获取拟合直线的方法,得到的线性度是不一样的,没有绝对的可比性。
分辨力
指传感器在规定范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。
该值相对满量程输入值的百分数,称为分辨率。
灵敏度
灵敏度是传感器输出量增量与被测输入量增量的比值。线性传感器的灵敏度就是拟合直线的斜率,非线性传感器的灵敏度不是常数。
灵敏度的正负只代表输出与输入的直接变化趋势是否相同,绝对值大小才反应传感器灵敏的高与低。
稳定性
又称长期稳定性,即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力,稳定性一般以室温条件下经过一规定的时间间隔后,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示。
漂移
漂移指在一定时间间隔内,传感器存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。
静态误差(精度)
静态误差是评价传感器静态性能的综合性指标,指传感器在满量程内任一点输出值相对其理论值的可能偏离程度,它表示采用该传感器进行静态测量时所得数值的不确定度。
静态误差的计算方法:
例题:
做题的时候只要记住相对误差=绝对误差/测量值,相对误差是精度的一种。
传感器的动态特性
动态特性反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性。
实际测量时输入量是千变万化的,且往往事先并不知道,故工程上采用输入标准信号函数的方法进行分析,并据此确立若干评定动态特性的指标。常用的标准信号函数是正弦函数与阶跃函数。
传感器的动态模型
微分方程:
传递函数:
动态特性
将各种频率不同而幅值相等的正弦信号输入传感器,其输出正弦信号的幅值、相位与频率之间的关系称为频率响应特性。
阶跃响应特性
当给静止的传感器一个单位阶跃信号时,其输出信号称为阶跃响应。衡量阶跃响应的指标有
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传感器特征:一氧化碳(CO)传感器在四种领域的具体应用

传感器的关键性能参数有多种,其中最为基本的特性参数有:量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽,本文将对这些参数进行一一介绍。
量程
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。
传感器的量程XFS、满量程输出值YFS、测量上限Xmax、测量下限Xmin的关系见下图。
灵敏度
传感器的灵敏度是指其输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值,可以用k表示。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YFS与量程XFS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。
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-输出关系应该是呈线性的,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,上图表示的是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δ,其最大值与满量程输出值YFS的比值即为线性度γL。
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程时,其输出值是不一样大的,会有一个差值ΔH,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γH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ΔHmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。
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γR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ΔYmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。
精度
在测试测量过程中,出现误差是不可避免的。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的方根来表示。
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。
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。
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。
如下图所示,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。
举报/反馈传感器特征:《传感器原理》——传感器特性  第3张

传感器特征:五种常见的传感器以及特点介绍

描述
传感器就像是设备的“五官”一样,它们是人与机器交流的“必备”器件,传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成。随着信息化的发展,传感器的应用也更加广泛,而各种各样的传感器也成为企业研究的重点。
传感器有哪些,它们的特点是什么,笔者列举了几种常见传感器,一起来看看吧!
1、无线传感器
随着物联网的发展,WIFI等无线连接方式非常火爆,这给无线传感器的发展一个十分重要的时机,前景不可限量。无线传感器的组成模块封装在一个外壳内,在工作时它将由电池或振动发电机提供电源,构成无线传感器网络节点,由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型节点,通过自组织的方式构成网络,无线传感器可应用在很多需要无线连接和数据跟踪的地方。
2、光敏传感器
光敏传感器种类很多,包括红外线传感器、紫外线传感器、CCD和CMOS图像传感器等,它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位,它是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器。光敏传感器主要应用于太阳能草坪灯、照相机、监控器、声光控开关、摄像头等电子产品光自动控制领域。
3、生物传感器
它是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器,是由固定化的生物敏感材料作识别元件及信号放大装置构成的分析工具或系统,它有以下共同的结构,包括一种或数种相关生物活性材料及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器。生物传感器因其具有选择性好、灵敏度高、成本低、高度自动化、微型化与集成化等特点,在很多领域可广泛应用。
4、电磁传感器
它是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器,主要是针对测速齿轮而设计的发电型传感器,将被测量在导体中感生的磁通量变化,转换成输出信号变化。这种传感器除了具备很高的灵敏度和很大的输出信号外,而且有很强的转速检测范围,它在工业应用中作用很大。
5、温度传感器
它是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器,温度传感器是温度测量仪表的核心部分,按测量方式可分为接触式和非接触式两大类,按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。温度传感器广泛的应用于彩电、切换式电源、热水器、电冰箱、空调、汽车等领域。
来源:OFweek电子工程
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传感器特征:传感器的主要特性有哪些,主要包含7个方面

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