【正文】 （ 19） 式中： ?max —— ?max1 與 ?max2 的兩數(shù)值中的最 大者； %100m a x ????? SFH y?%100m a x ????? SFR y? 9 ?max1 —— 正行程多次測量的各測試點輸出值之間的最大偏差； ?max2 —— 反 行程多次測量的各測試點輸出值之間的最大偏差 。 產(chǎn)生原因： 由傳感器的機械部件和結(jié)構(gòu)材料等存在的問題引起。 圖 15 滯環(huán)特性示意圖 遲滯誤差（屬系統(tǒng)誤差）： 重復(fù)性（ Repeatability) 重復(fù)性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。 遲滯（滯環(huán)）（ Hysteresis) 遲滯的含義： 傳感器的正向（輸入量增大 ）和反向（輸入量減小）行程輸出 —— 輸入特性曲線不重合的程度。 因此，可對非線性傳感器通過一些校正網(wǎng)絡(luò)，使其輸出 —— 輸入之間成線性關(guān)系，此時傳感器的靈敏度可寫成： xyK /? （ 17） 圖 14 靈敏度定義 (a)線性傳感器 ； (b)非線性傳感器 分辨率和分辯力（ Resolution） %100m a x ????? SFL y?dxdyS n ?? 輸入量的變化量輸出量的變化量 8 分辨率和分辯力都是表示傳感器能檢測被測量的最小值的性能指標(biāo)。 非線性傳 感器 的靈敏度為一變量，如圖 14（ b）所示。 靈敏度 (Sensitivity) 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下的輸出變化與輸入變化的比值，用 Sn表示，即 （ 16） 具有輸出 /輸入量綱。取 ?max 與輸出滿度值 ySF?之比作為評價非線性誤差（或線性度）的指標(biāo)。 圖 13 中， xm 為線性化部分的 x 對應(yīng)的最大值； ySF?為 xm 對應(yīng)的輸出。 —— 這種方法稱為傳感器非線性特性的線性化 所采用的直線稱為 擬合直線 。（∵ )()( xyxy ??? ∴它相對于原點對稱） (4)普遍情況： ??????? ? xaxaxaa xy 44221 33 圖 12 傳感器的靜態(tài)特性 ★ 傳感器非線性特性的線性化 —— 直線擬合 ： 實際使用非線性傳感器時，若非線性項的次數(shù)不高，則在變化范圍不大的條件下，可以用 切線或割線等直線來近似地代替實際的靜態(tài)特性曲線的某一段，使傳感器的靜 態(tài)特性近于線性。 (3)具有奇次項非線性： ??????? xaxaa xy 55331 （ 14） 該特性在原點附近較大范圍內(nèi)具有較寬的準(zhǔn)線性。 線性度 (非線性誤差 )(Linearity) (1)理想線性： xy a1? ， （ 12） 靈敏度 aS xyn 1/ ?? =常數(shù)（ K） (2)具有偶次項非線性： ??????? xaxaa xy 44221 （ 13） 由于沒有對稱性，所以其線性范圍很窄。 理想輸出 — 輸入線性特性傳感器（系統(tǒng)）優(yōu)點： （ 1） 簡化傳感器理論分析和設(shè)計計算； （ 2） 方便傳感器的標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理； （ 3） 顯示儀表刻度均勻，易于制作、安裝、調(diào)試，提高測量精度； （ 4） 避免 非線性補償環(huán)節(jié)。 傳感器的靜態(tài)特性 傳感器在穩(wěn)態(tài)信號 （ )(tx =常數(shù)）作用下，其輸出 —— 輸入關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性，其關(guān)系表達(dá)式為： )(xfy? 。 圖 11 傳感器系統(tǒng) 研究傳感器的基本特性的意義： （ 1） 測量 ： 傳感器作為測量系統(tǒng)，由輸出 y 推求輸入 x； （ 2） 傳感器的研究、設(shè)計與系統(tǒng)建立。 具體說來，其發(fā)展主要分為以下幾個方面： （ 1） 發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象； （ 2） 開發(fā)新材料； （ 3） 采用微細(xì)加工技術(shù)； （ 4） 智能傳感器 (Intelligent sensor/Smart sensor)； （ 5） 多功能傳感器：如 Honeywell 公司 ST3000 型 差壓壓力傳 感器，基片3?4?，制作靜壓、差壓和溫度三種敏感元件和 CPU、 EPROM，精度 %，具有自診斷、自動選擇量程、存儲補償數(shù)據(jù)等功能。 （ 2）跟微處理器組合在一起的傳感器系統(tǒng)的研究 。 圖 自動測控系統(tǒng) 傳感器與傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息社會信息技術(shù) (傳感與控制技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù) )的三大支柱之一，是信息系統(tǒng)的 “ 源頭 ” 。 圖 是自動測控系統(tǒng)的框圖。 傳感器技術(shù)的特點： （ 1） 內(nèi)容的離散性 ： 物理、化學(xué)、生物學(xué)中的 “ 效應(yīng) ” 、 “ 反應(yīng) ” 、 “ 機理 ”等，多而彼此獨立； （ 2） 知識的密集性； （ 3） 技術(shù) (工藝 )的復(fù)雜性 ： 微電子 /機械加工技術(shù)，特種加工技術(shù)，智能化技術(shù)； （ 4） 品種的 多樣性與用途的廣泛性。 (3)按應(yīng)用范圍分類：工業(yè)用、農(nóng)業(yè)用、民用、軍用、醫(yī)用、科研用、家電用傳感器等；計測用、監(jiān)視用、檢查用、診斷用、控制用、分析用等； ??。如：應(yīng)變式壓力傳感器由彈性膜片和電阻應(yīng)變片組成，其中電阻應(yīng)變片就是轉(zhuǎn)換元件。如：機械類傳感器中的彈性元件。 組成：傳感器通常由敏感元件 (sensing element)和轉(zhuǎn)換元件 (transduction element)組成。就目前而言，電信號最為滿足便于傳輸、便于處理 的要求。 1 《傳感器原理與技術(shù)》 2 緒 論 傳感器 定義 : 廣義定義： 能夠把特定的被測量信息（如物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號的器件或裝置。 狹義定義： 所謂“可用信號”，是指便于傳輸、便于處理的信號。因此，傳感器的狹義定義為：能把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件或裝置。 圖 傳感器組成框圖 敏感元件指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）與檢測出被測對象的待測信息（非電量）的元件。 轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能將敏感元件所感受 （或響應(yīng)） 的信息直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。 分類： (1)按工作原理分類： (2)按輸入信號分類：位移傳感器，速度傳感器，加速度傳感器，力 /壓力傳感器，溫度傳感器 ，濕度傳感器，磁傳感器，色傳感器，等。 3 傳感器技術(shù) 傳感器技術(shù)是關(guān)于傳感器的研究、設(shè)計、試制、生產(chǎn)、檢測和應(yīng)用的綜合技術(shù)。 4 傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用 傳感器是獲取信號的工具，傳感器與傳感器技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)社會自動檢測與自動控制系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。 火箭、衛(wèi)星、飛機、汽車等設(shè)備，油氣勘探、開發(fā)、集輸、加工處理等自動化過程，大量使用傳感器。 傳感器與傳 感器技術(shù)的發(fā)展趨勢 傳感器 技術(shù)的主要發(fā)展動向： （ 1）傳感器本身的基礎(chǔ)研究： 即研究新的傳感器材料和工藝，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。 即研究如何將檢測功能與信號處理技術(shù)相結(jié)合，向傳感器的智能化、集成化發(fā)展。 5 第 1 章 傳感器的一般特性 線性度（ Linearity） 靈敏度（ Sensitivity） 靜態(tài) 分辨率和分辨力（ Resolution） 傳感 特性 遲滯（ Rysteresis） 器的 重復(fù)性（ Repeatability） 一般 精度（ Accuracy） 特性 動態(tài)特性數(shù)學(xué)模型 動態(tài) 傳遞函數(shù) 特性 頻率響應(yīng)函數(shù) 動態(tài)響應(yīng)特性（不作要求） 傳感器的基本特性即輸出 — 輸入關(guān)系特性： ? 靜態(tài)特性 關(guān)系表達(dá)式為 ： )(xfy? （對應(yīng) )(tx =常數(shù)的情況） ? 動態(tài)特性 關(guān)系表達(dá)式為 ： )]([)( txfty ? 。 傳感器的基本特性是外特性，但由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。 線性度 (非線性誤差 )(Linearity) 傳感器的線性度是指傳感器的輸出與輸入之間的線性程度。 6 實際傳感器輸出 — 輸入特性一般為非線性，即 xaxaxaaa nnxy ????????? 332210 （ 11） 式中 ， a0 零位輸出，零點漂移（零漂）； a1 傳感器線性靈敏度，常用 K 表示； a2 、 a3 、 ??? 、 an 待定系數(shù)。一般很少采用這種特性。比較接近于理想直線的非線性特性。如圖 13所示。 擬合方法由 端點法；割線法；切線法；最小二乘法等。?max 為實際靜態(tài)特性曲線與擬合直線之間的非線性誤差的最大值。即： 7 圖 13 傳感器靜態(tài)特性的非線性 （ 15） 式中， ?L —— 非線性誤差（線性度）； ?max —— 最大非線性絕對誤差；ySF? —— 輸出滿量程。 對于線性傳感器， 其靈敏度就是它的靜態(tài)特性曲線的斜率（或傳遞函數(shù)），即： Sn = xyK /? 。 一般地，希望傳感器的靈敏度高，在滿量程范圍恒定，即輸出 —— 輸入特性為直線。 分辨率是以滿量程的百分?jǐn)?shù)來表示，無量綱； 分辯力是以最小量程的單位值來表示，有量綱。 遲滯現(xiàn)象 ： 對于同一大小的輸入信號，傳感器的正、反行程的輸出信號大小不相等的現(xiàn)象。 如圖 16 所示。如：軸承摩擦、灰塵積塞、間隙不適當(dāng)、螺釘松動、元件磨損（或碎裂）以及材 料的內(nèi)部摩擦等。 圖 16 重復(fù)性 考慮到 不重復(fù)性誤差是隨機誤差，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的離散程度與與隨機誤差的精密度有關(guān)。 ? 服從高斯（正態(tài)）分布，可按貝塞爾 公式計算： 其中： ??? ? ni iyy n 11 （ 111） 式中： yi —— 第 i 次的測量值； ?y —— 測量值的算術(shù)平均值； n —— 測量次數(shù)。 精度（ Accuracy) 傳感器的精度是指其測量結(jié)果的可靠程度，它由其量程范圍內(nèi)的最大基本誤差 ?m與滿量程之比的百分?jǐn)?shù)表示。 式中： ?m —— 測量范圍內(nèi)允許的最大基本誤差。 精度等級 代表的誤差指傳感器測量的最大允許誤差。 提高傳感器性能的技術(shù)途徑 : 通常，由單一敏感元件與單一變送器組成的傳感器，其輸出 輸入特性較差，如果采用差動、對稱結(jié)構(gòu)和差動電路（如電橋）相結(jié)合的差動技術(shù)，可以達(dá)到消除零位值、減小非線性、提高靈敏度、實現(xiàn)溫度補償和抵消共模誤差干擾等的效果，改善傳感器的技術(shù)性能。)]([)( txfty ? 理想傳感器： )(ty 與 )(tx 的時間函數(shù)表達(dá)式相同； 實際傳感器： )(ty 與 )(tx 的時間函數(shù)在一定條件下基本保持一致 。傳感器對動態(tài)信號的測量任務(wù) 不僅需精確地測量信號幅值的大小，而且需測量和記錄動態(tài)信號隨時間變化過程的波形，這就要求傳感器能迅速準(zhǔn)確地測出信號幅值的大小，并無失真地再現(xiàn)被測信號隨時間變化的波形。一個動態(tài)特性好的傳感器，其輸出 )(ty 隨時間 變化的規(guī)律（變化曲線）將能同時再現(xiàn)輸入)(tx 隨時間變化的 規(guī)律（變化曲線），即 )(ty 與 )(tx 具有相