绪论 第一章
一、传感器
1.传感器定义
能感觉到被测量并按一定规律转换为可用输出信号(电信号)的设备和装置,通常由和组成。
2.组成
传感器由敏感元件、、测量电路三部分组成。
二、传感器的一般特性
传感器静态特性和动态特性的基本概念和意义; 线性、灵敏度、精度(重点考察);温漂、零漂等; 数学模型的传感器动态响应。动态特性:0阶和1阶(重点检查);
一般特性
传感器通常需要将各种信息量转换为电量,描述输入输出关系,以表达传感器的一般特性。
静态特性
定义
当输入量(X)讨论传感器的静态特性,输入输出关系称为静态特性。 Y = a 0 a 1 X a 2 X 2 … a n X n a 0 ? ? 零 位 输 出 a 1 ? ? 理 想 灵 敏 度 Y=a_0 a_1X a_2X^2 … a_nX^n\\ a_0--零位输出 \\a_1--理想灵敏度 Y=a0 a1X a2X2 … anXna0−−零位输出a1−−理想灵敏度 一般仅有奇次非线性项在原点处有较好的线性关系。
测量参数定义
测量上限:传感器所能测量的最大被测量的[数值](Ymax) 。
测量下限:传感器所能测量的最小被测量的[数值] (Ymin)。
测量范围:测量下限Ymin ~测量上限Ymax 。
量程:测量上限和测量下限的代数差(量程= Ymax- Ymin)
静态特性的指标
1.线性度
传感器静态校准曲线(实际曲线)与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度。(与拟合方式有关)
提高线性度:
: 利用两个性能相同的传感器进行差动输出测量。即一个传感器感受正方向变化,一个感受负方向的变化,差动输出。
①消除偶阶次非线性误差;
②灵敏度提高一倍;
③消除了零位输出。
∆ Y = Y 1 − Y 2 = 2 ( a 1 X + a 3 X 3 + a 5 X 5 + … ) ∆Y=Y_1−Y_2=2(a_1X+a_3X^3+a_5X^5+…) ∆Y=Y1−Y2=2(a1X+a3X3+a5X5+…)
2.灵敏度
输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。
对线性传感器, 灵敏度是直线的斜率:K=∆y/∆x
对非线性传感器, 灵敏度是一个变化量,不同工作点灵敏度不同。
3.精确度
精密度δ:随机误差大小的标志
准确度ε:准确度是系统误差大小的标志
精确度τ:精密度与准确度两者的总和
精确度等级A A = ∆ A Y F S × 100 % A=\frac{∆A}{Y_{FS}}×100\% A=YFS∆A×100% A— 传感器精确度等级,我国工业仪表等级分为0.1 ,0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0 七个等级。 (越小越好)
4.分辨力和最小检测量
是指传感器能检测到的最小的输入增量。(输入变化有多大才能引起输入变化)。
分辨率:分辨力/满量程
是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。
5.迟滞
传感器在输入量由小到大及输入量由大到小变化期间,其输入输出特性曲线不重合的现象称迟滞。
6.重复性
7.稳定性
8.漂移
漂移包括零点漂移和灵敏度漂移 。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。
传感器动态特性
动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性
零阶
a 0 Y ( t ) = b 0 X ( t ) 特 点 : 零 阶 传 感 器 的 输 出 随 时 跟 踪 输 入 的 变 化 , 它 对 任 何 频 率 输 入 均 无 时 间 滞 后 。 灵 敏 度 : K = b 0 a 0 a_0Y(t)= b_0X(t)\\ 特点:零阶传感器的输出随时跟踪输入的变化,它对任何频率输入均无时间滞后。\\ 灵敏度:K=\frac{b_0}{a_0} a0Y(t)=b0X(t)特点:零阶传感器的输出随时跟踪输入的变化,它对任何频率输入均无时间滞后。灵敏度:K=a0b0
一阶
a 1 d Y ( t ) d t + a 0 Y ( t ) = b 0 X ( t ) ( a 1 a 0 D + 1 ) Y ( t ) = b 0 a 0 X ( t ) 时 间 常 数 : τ = a 1 a 0 静 态 灵 敏 度 : K = b 0 a 0 a_1\frac{dY(t)}{dt}+a_0Y(t)=b_0X(t)\\ (\frac{a_1}{a_0}D+1)Y(t)=\frac{b_0}{a_0}X(t)\\ 时间常数:τ=\frac{a_1}{a_0} 静态灵敏度:K= \frac{b_0}{a_0} a1dtdY(t)+a0Y(t)=b0X(t)(a0a1D+1)Y(t)=a0b0X(t)时间常数:τ=a0a1静态灵敏度:K= a0b0
传递函数
W ( D ) = Y X ( D ) = b m D m + b m − 1 D m − 1 + ⋯ + b 1 D + b 0 a n D n + a n − 1 D n − 1 + ⋯ + a 1 D + a 0 W(D)=\frac{Y}{X}(D)=\frac{b_mD^m+b_m−1D^m−1+⋯+ b_1D+b_0}{a_nD^n+a_n−1D^n−1+⋯+ a_1D+a_0}\\ W(D)=XY(D)=anDn+an−1Dn−1+⋯+ a1D+a0bmDm+bm−1Dm−1+⋯+ b1D+b0
D^m−1+⋯+ b_1D+b_0}{a_nDn+a_n−1Dn−1+⋯+ a_1D+a_0}\ $$
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