传感器性能参数及安全生产信息化技术

1.传感器的静态特性

传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。对静态特性的基本要求是：输入为零，输出也为零；输出与输入成唯一的对应关系，且保持固定不变。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。

（1）线性度

理想的传感器的输出y与输入x呈线性关系，即y=a₁x，其中a₁为传感器的线性灵敏度或理论灵敏度。但一般情况下，传感器的输出输入关系或多或少存有非线性关系，如果不考虑迟滞、蠕变等因素，其静态特性可用下式表示：

y=a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+…+a_nxⁿ （3-1）

当a₀=0时，传感器的静态特性有以下4种情况：

1）理想线性特性a₂=a₃=…=a_n=0，是通过原点的直线，线性灵敏度为常数。

2）高次非线性项中仅有奇次项的奇函数，其方程式为：

y=a₁x+a₃x³+a₅x⁵+… （3-2）

具有这种特性的传感，在原点附近，x很大的范围内，输入/输出特性仍接近于理想直线，为奇函数。

3）高次非线性项中仅有偶次项的特性，其方程式为：

y=a₁x+a₂x²+a₄x⁴+a₆x⁶+… （3-3）

具有这种特性的传感器，其线性范围窄，对称性差。但是若用两个特性相同的传感器差动组合，则可有效地消除偶次项的非线性项，改善传感器的特性。

4）一般特性，方程见式（3-1），若用两个特性相同的传感器差动组合，则可有效地改善非线性，提高灵敏度。

（2）灵敏度

传感器在稳态下，输出变化量与输入变化量之比为其静态灵敏度。

理想传感器s为常数，对于一般传感器，通常用其拟合直线的斜率来表示，对于非线性误差较大的传感器，则用dy/dx表示，或用某一较小输入量区域内的拟合直线斜率表示。传感器的灵敏度通常随被测量的增大而逐渐减小。同一变换原理的传感器，其工作电的变化也可能使其灵敏度改变，如气隙型电容式位移传感器。

（3）迟滞

1）现象：传感器在输入量不断增加（正行程）和不断减小（反行程）的过程中，其输入/输出曲线不重合的现象。

2）一般规律：一般情况下，输入不断增加时的输出要比输入不断减小时的输出小。

3）原因：由于敏感元件材料的物理性质和机械零件存在的缺陷造成的。

（4）重复性

1）重复性：指传感器在输入量不断增加的正行程（或不断减少的反行程）做全量程连续多次变动时，所得特性曲线不一致的程度。

2）性质：属于随机误差。(www.xing528.com)

3）原因：与产生迟滞的原因相同。

（5）稳定性

1）定义：传感器在较长时间工作下输出量的变化，称为传感器长时间工作稳定性，简称稳定性。

2）原因：敏感元件和传感器零件的特性随时间增长而产生的时效等所造成的。

（6）零漂

1）定义：传感器在零输入时输出的变化称为零漂。

2）温度漂移：指传感器在外界温度变化时输出量的变化，一般用零点漂移和灵敏度漂移表示。

3）时间漂移：指在规定的时间内，室温不变的条件下，零输出的变化。

2.传感器的动态特性

1）响应：当输入信号发生变化时相应的输出信号随之变化的情况。

2）动态特性：指其输出对于随时间变化的输入量的响应特性。

3）动态特性的评价：有传递参数、频率响应函数等。

3.与频率响应特性有关的指标

1）频带：传感器增益保持在一定值内（即由所需测量精度确定的公差带）的频率范围为传感器的频带或通频带，对应有上、下截止频率。

2）时间常数：一阶传感器，如测温传感器，用时间常数表示动态特性，其值越小，频带越宽。

3）固有频率：二阶传感器，如加速度传感器，用固有频率表示动态特性。

4.与阶跃响应有关的指标

1）时间常数：近似于一阶传感器，可用一阶阶跃响应曲线由零上升到稳态值的63.2%所需的时间作为时间常数。

2）上升时间：输出由某一值（如稳态值的10%或5%）到达稳定值的90%（或95%）所需的时间。

3）响应时间：输出达到稳定值的95%或98%（由允许误差范围，如±5%或±2%决定）时所需的时间，也称为建立时间。

4）超调量：输出超过稳定值的最大量。

5）衰减度：瞬态过程中，振荡幅值衰减的速度。