【文章內(nèi)容簡介】 重復性 ( repeatability ) 重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次 變化時 ， 所得特性曲線不一致的程度 ， 見圖 。 重復性誤差屬于 隨機誤差 ， 常用標準差 σ計算 ， 也可用正反行程中最大重復差 值 ΔRmax計算 ， 即 %1 0 0)3~2( ???FSR Y??或 %100m a x ????FSR YR?yxoRm a x 2Rm a x 1YFS第二章 傳 感 器 的基本特性 7. 環(huán)境特性 在保持周圍環(huán)境絕對不變的條件下使用傳感器是不現(xiàn) 實的。大多數(shù)情況是要求傳感器在極其苛刻的環(huán)境條件下 都能正常使用，并在此前提下進行設計。在影響傳感器特 性的環(huán)境因素中，最普遍又最重要的因素是溫度的影響。 環(huán)境因素對傳感器的影響除溫度外還有氣壓、濕度、 振動、電源電壓和頻率等。 隨著 氣壓的變化 引起傳感元件或容器的體積變化， 因而其特性也跟著變化。 第二章 傳 感 器 的基本特性 濕度變化 對光學傳感器或電容傳感器的影響尤為明顯， 這是因為濕度變化會使光學傳感器改變折射率，使電 容傳感器改變介電常數(shù)。 電源電壓波動 會引起靈敏度和輸出漂移。雖然通過反 饋回路可以減少放大器增益的變化，但是由于電橋電 路的不平衡電壓與電源電壓成正比，所以電源電壓的 波動會直接使不平衡電壓產(chǎn)生變化。 電源頻率的變化 除了對利用交流磁場的傳感器有所影 響外，對其他傳感器影響不大。 第二章 傳 感 器 的基本特性 傳感器的動態(tài)特性是指輸入量隨時間變化時 ， 其輸 出與輸入的關系 。 對于任何傳感器 只要輸入量是時間的 函數(shù) ， 則其輸出量也將是時間的函數(shù) ， 其間的關系要用 動態(tài)特性來說明 。 第二節(jié) 傳感器動態(tài)特性 我們希望傳感器不僅能精確地測量信號的幅值大小， 而且需要能測量出信號變化過程的波形， 即要求傳感器 能迅速準確地響應信號幅值變化和無失真地再現(xiàn)被測信 號隨時間變化的波形。 第二章 傳 感 器 的基本特性 為了說明傳感器的動態(tài)特性 ， 下面簡要介紹 動態(tài)測溫 的問題 。 當 被測溫度隨時間變化 或 傳感器突然插入被測介 質(zhì)中 ， 以及傳感器以掃描方式測量某溫度場的溫度分布等 情況時 ， 都存在動態(tài)測溫問題 。 第二章 傳 感 器 的基本特性 動態(tài)測溫 t / ℃t1t0o?0 ?? /s動 態(tài) 誤 差例如： 把一支熱電偶從溫度為 t0℃ 環(huán)境中迅速插入一個溫度 為 t1℃ 的恒溫水槽中（插入時間忽略不計），這時熱電偶測 量的介質(zhì)溫度從 t0突然上升到 t1，而熱電偶反映出來的溫度從 t0℃ 變化到 t1℃ 需要經(jīng)歷一段時間，即有一段過渡過程，如 下圖所示。熱電偶反映出來的溫度與其介質(zhì)溫度的差值就稱 為動態(tài)誤差。 第二章 傳 感 器 的基本特性 造成熱電偶輸出波形失真和產(chǎn)生動態(tài)誤差的原因 ， 是溫度傳感器有 熱慣性 （ 由傳感器的比熱容和質(zhì)量大小 決定 ） 和 傳熱熱阻 ， 使得在動態(tài)測溫時傳感器輸出總是 滯后于被測介質(zhì)的溫度變化 。 如帶有套管熱電偶其熱慣 性要比裸熱電偶大得多 。 這種熱慣性是熱電偶固有的 ， 它決定了熱電偶測量快速變化的溫度時會產(chǎn)生動態(tài)誤差 。 影響動態(tài)特性的 “ 固有因素 ” 任何傳感器都有 ， 只不過它 們的表現(xiàn)形式和作用程度不同而已 。 第二章 傳 感 器 的基本特性 為了分析傳感器的動態(tài)特性，必須建立數(shù)學模型， 用數(shù)學中的邏輯推理和運算方法來研究系統(tǒng)的 動態(tài)響 應 。 實際測量中，輸入信號隨時間的變化形式多種多 樣，無法統(tǒng)一研究，所以通常只分析傳感器在 標準輸 入信號作用下的輸出 。 標準輸入信號 包括 正弦輸入信 號、階躍輸入信號和線性輸入信號 等，其中前兩種最 常用。 第二章 傳 感 器 的基本特性 要精確的建立傳感器的數(shù)學模型是很困難的。在工程 上總是采用一些近似方法，略去一些影響不大的因素。通 常把傳感器看成 線性系統(tǒng) 。 對于 線性系統(tǒng)的動態(tài)響應 研究，最廣泛使用的數(shù)學模 型是 線性常系數(shù)微分方程式 。只要對微分方程求解，就可 以得到動態(tài)特征指標。 用線性常系數(shù)微分方程來描述其 輸出量 y 與 輸入量 x 之間的關系。 第二章 傳 感 器 的基本特性 傳感器的種類和形式很多 ， 但它們的動態(tài)特性一般都 可以用下述的微分方程來描述： )()()()()()()()(0111101111txbdttdxbdttxdbdttxdbtyadttdyadttydadttydammmmmmnnnnnn?????????????????（ 2 9） 式中 ， x ( t ) 是輸入量 ， y ( t )是輸出量 ， a0、 a … , an , b0、 b … ., bm是與傳感器的結(jié)構(gòu)特性有關的常系數(shù) 。 1. 傳感器的基本動態(tài)特性方程 第二章 傳 感 器 的基本特性 傳感器動態(tài)特性的研究可歸納為 零階傳 感器 、 一階傳感器 和 二階傳感器 等三種基本 類型。 這不僅因為絕大多數(shù)醫(yī)用傳感器的傳遞 函數(shù)或數(shù)學模型具有這三種典型的形式，而 且更復雜、更高階的傳感器的特性也能用這 三種類型近似表示。 第二章 傳 感 器 的基本特性 零階傳感器 二階傳感器 一階傳感器 電位器式傳感 器、 變面積式 的電容傳感器 玻璃液體溫度 計、 不帶套管 熱電偶測溫系統(tǒng) 測血壓、生理壓 力傳感器、加速 度型心音傳感器等。 傳感器動態(tài)特性的分析方法 采用階躍信號和正弦信號作為典型實驗信號 分別用時域分析法和頻域分析法分析它們的特征 第二章 傳 感 器 的基本特性 （ 1） 零階系統(tǒng) 在方程式 （ 29） 中的系數(shù)除了 a0、 b0之外 ， 其它的系 數(shù)均為零 ， 則微分方程就變成簡單的代數(shù)方程 ， a0 y(