传感器静态特性分析

如果被测试的信号是不随时间而变化的常量或者是在测试所需时间段内的变化极缓慢的变量，这样的信号称为静态信号，此时，传感器的输入输出关系称为传感器的静态特性。传感器的静态特性技术指标包括线性度、灵敏度、分辨力、迟滞和漂移等。

（1）线性度

在测量静态信号时，被测量的实际值和传感器显示值之间的并不是线性关系，而为了便于标定和数据处理，总是以近似的线性关系来代替实际曲线。此时，需要采用直线对实际曲线进行拟合。拟合直线接近实际曲线的程度就是线性度。作为传感器的一项技术指标，一般用线性误差来表示，如图4-3所示，在装置标称输出范围A内，拟合直线与实际曲线的最大偏差用B来表示，此时，线性误差的相对值表达形式如下：

拟合直线的算法较多，对于不同的拟合方法，按照上述公式计算得到的线性误差也不同，例如，如图4-3所示，显然，根据图4-3b拟合直线计算得到的线性误差明显小于图4-3a。对于拟合直线的算法，目前没有一个统一的标准，因此在工程实际中，需要根据实际情况和使用要求，选择合适的拟合直线算法。

（2）灵敏度

灵敏度是用来描述测量装置对被测量变化反应能力的技术指标。

当装置的输入x有一个变化量Δx，它引起输出y发生相应的变化量Δy，则定义灵敏度为：

对于理想的线性传感器，其灵敏度应当满足：

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图4-3 线性误差示意图

但是，传感器实际的输入输出关系并不总是线性的，灵敏度也不一定是常数，尽管如此，一般仍然将输入输出曲线拟合直线的斜率作为该传感器的灵敏度。

（3）分辨力

分辨力是指指示装置有效地辨别紧密相邻量值的能力，即在规定测量范围内所能检测出的被测量的最小变化值，该值相对于被测量满量程的百分数为分辨率。一般认为数字装置的分辨力为最后位数的一个字，模拟装置的分辨力为指示标尺分度值的一半。

（4）迟滞

迟滞是描述传感器的输出与输入变化方向的特性。如图4-4所示，理想线性传感器的输出与输入如图4-4中直线所示，它有着完全单调的一一对应的线性关系。但对于实际的传感器，在同样的测试条件下，当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量之间所得到的两个输出量之间却往往存在着一定的差值。在全测量范围内，最大的差值h称为迟滞误差，如图4-4中，h=y₂₀-y₁₀。

（5）漂移

传感器的静态特性随时间的缓慢变化称为漂移。在规定条件下，对一个恒定的输入在规定时间内的输出变化，称为点漂；标称范围内低值处的点漂，称为零点漂移，简称零漂。

图4-4 线性传感器的迟滞特性示意图