傳感器與測(cè)試技術(shù)目錄contents01020304引言傳感器的靜態(tài)特性傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的動(dòng)態(tài)特性項(xiàng)目二、三

傳感器的一般特性什么是傳感器的基本特性？傳感器的基本特性：傳感器的輸入－輸出關(guān)系特性。是傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)作用關(guān)系的外部表現(xiàn)。輸入信號(hào)分為：穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)。對(duì)應(yīng)傳感器特性：靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性。對(duì)傳感器的要求：高精度→信號(hào)（或能量）無(wú)失真轉(zhuǎn)換→反映被測(cè)量的原始特征。什么是傳感器的基本特性？引言引言傳感器的特性一般是指輸出與輸入之間的關(guān)系，可用數(shù)學(xué)函數(shù)、坐標(biāo)曲線、圖表等方式表示。根據(jù)被測(cè)量狀態(tài)的不同，傳感器的特性可分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指當(dāng)輸入量為常量或變化極慢時(shí)，即被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸入、輸出關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間快速變化（如機(jī)械振動(dòng)）時(shí)，傳感器的輸入、輸出關(guān)系。由于動(dòng)態(tài)特性的研究方法與控制理論中介紹的研究方法相似，本書不再重復(fù)介紹，這里僅介紹傳感器靜態(tài)特性的一些指標(biāo)?；咎匦悦枋鲆悦糠N傳感器都有其測(cè)量范圍，是由該傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)（或測(cè)量?jī)x表）按規(guī)定的精度測(cè)量被測(cè)量，所能測(cè)量出的最大值稱為測(cè)量上限值，用xmax表示，所能測(cè)量出的最小值稱為測(cè)量下限值，用xmin表示，測(cè)量下限值與測(cè)量上限值之間的范圍稱為測(cè)量范圍。

傳感器的量程可用測(cè)量范圍的大小來(lái)表示，即量程就是傳感器測(cè)量上限值與測(cè)量下限值的代數(shù)差。測(cè)量下限值xmin與測(cè)量上限值xmax對(duì)應(yīng)的輸出值分別為輸出下限值ymin和輸出下限值ymax，則滿量程輸出值記為測(cè)量范圍與量程引言傳感器基本特性思維導(dǎo)圖什么是傳感器的基本特性？傳感器的靜態(tài)特性：在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下的輸入－輸出關(guān)系。不含有時(shí)間變量。2.2傳感器的靜態(tài)特性線性度靈敏度分辨力閾值遲滯重復(fù)性漂移精度什么是傳感器的基本特性？2.2.1線性度2.2傳感器的靜態(tài)特性傳感器的輸入、輸出間成線性關(guān)系的程度；非線性特性的線性化處。什么是傳感器的基本特性？2.2.2靈敏度2.2傳感器的靜態(tài)特性傳感器在穩(wěn)態(tài)信號(hào)作用下輸出量變化對(duì)輸入量變化的比值。什么是傳感器的基本特性？2.2.3分辨力2.2傳感器的靜態(tài)特性分辨力是指?jìng)鞲衅髂軌蚋兄驒z測(cè)到的最小輸入信號(hào)增量，反映傳感器能夠分辨被測(cè)量微小變化的能力。分辨力可以用能夠分辨最小增量的絕對(duì)值或能夠分辨最小增量與滿量程的百分比來(lái)表示（此時(shí)稱為分辨率，resolution）通常將模擬式傳感器的分辨率規(guī)定為最小刻度分格值的一半。數(shù)字式傳感器的分辨率是最后一位的一個(gè)字。靈敏度越高，分辨力越強(qiáng)（?。?；反之亦然。什么是傳感器的基本特性？2.2.4閾值2.2傳感器的靜態(tài)特性

閾值（thresholdvalue）是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測(cè)變化量的最小被測(cè)輸入量值，即零位附近的分辨力。

大多數(shù)情況下，閾值主要取決于傳感器的噪聲大小。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.5遲滯在相同測(cè)量條件下，對(duì)應(yīng)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正、反行程的輸出信號(hào)大小不相等的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：傳感器機(jī)械部分存在摩擦、間隙、松動(dòng)、積塵等。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.6重復(fù)性傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)所得輸入－輸出特性曲線一致的程度。也稱重復(fù)誤差、再現(xiàn)誤差。重復(fù)性表征傳感器測(cè)量結(jié)果的分散性和隨機(jī)性。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.7漂移傳感器在輸入量不變的情況下，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。漂移與被測(cè)輸入量無(wú)關(guān)，將影響傳感器的穩(wěn)定性或可靠性。產(chǎn)生原因：（1）傳感器自身敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)老化(時(shí)間漂移，分為零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移)；（2）測(cè)試過(guò)程中環(huán)境（如溫度、濕度、壓力等）發(fā)生變化(常見(jiàn)溫度漂移)。

溫度漂移通常用傳感器工作環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（一般為20℃）時(shí)的輸出值的變化量與溫度變化量之比來(lái)表示。什么是傳感器的基本特性？2.2傳感器的靜態(tài)特性2.2.8精度精度（precision）也稱靜態(tài)誤差，是傳感器在滿量程內(nèi)任一點(diǎn)的測(cè)量輸出值相對(duì)被測(cè)量理論值（真值）的偏離（或逼近）程度。典型地，可用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表征測(cè)量結(jié)果的精度。引言課程思政

追求精準(zhǔn)，“進(jìn)”無(wú)止境；精度的每一步提升都會(huì)引發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命；計(jì)量單位最新的量子化利用了原子和量子現(xiàn)象不斷提高準(zhǔn)確度水平，達(dá)到當(dāng)前人類觀測(cè)能力的極限，體現(xiàn)人類對(duì)精準(zhǔn)的永恒追求。什么是傳感器的基本特性？傳感器的動(dòng)態(tài)特性：是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì)（輸入）的響應(yīng)（輸出）特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。傳感器的動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分別采用來(lái)分析。常采用階躍信號(hào)和正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)。2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性kcx0m什么是傳感器的基本特性？在采用階躍輸入研究傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用延遲時(shí)間、上升時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量等來(lái)表征傳感器的動(dòng)態(tài)特性。在采用正弦輸入信號(hào)研究傳感器的頻域動(dòng)態(tài)特性時(shí)，常用幅頻特性和相頻特性來(lái)描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出隨時(shí)間變化的規(guī)律，將能再現(xiàn)輸入隨時(shí)間變化的規(guī)律，即具有相同的時(shí)間函數(shù)。動(dòng)態(tài)誤差（如溫度計(jì)測(cè)溫）。2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性什么是傳感器的基本特性？2.3.1傳感器的數(shù)學(xué)模型2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的理想動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)，輸出量能立即隨之無(wú)失真地變化。（關(guān)系表達(dá)式？）實(shí)際上：存在彈性、慣性、阻尼元件，與輸入量、輸入量的變化速度、輸入量變化的加速度等有關(guān)工程上常用線性時(shí)不變系統(tǒng)理論來(lái)描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性用常系數(shù)線性微分方程（線性定常系統(tǒng)）表示傳感器輸出量與輸入量的關(guān)系什么是傳感器的基本特性？2.3.1傳感器的數(shù)學(xué)模型線性時(shí)不變系統(tǒng)有兩個(gè)重要的性質(zhì)2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性疊加性如果則：頻率保持特性如果則：什么是傳感器的基本特性？2.3.2傳遞函數(shù)2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性特性關(guān)系式（常系數(shù)線性微分方程。如果輸入信號(hào)為靜態(tài)信號(hào)，表達(dá)式？）：拉氏變換（設(shè)各階時(shí)間導(dǎo)數(shù)的初始值為0）：變形（體現(xiàn)內(nèi)部敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)的外部反映，只與系統(tǒng)敏感材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)）：傳遞函數(shù)：什么是傳感器的基本特性？2.3.3頻率響應(yīng)函數(shù)2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性傅立葉變換得到頻率響應(yīng)特性：指數(shù)表示：幅頻特性：相頻特性：2.3.4傳感器的動(dòng)態(tài)特性分析2.3傳感器的動(dòng)態(tài)特性一階傳感器的頻率響應(yīng)時(shí)間常數(shù)越小，頻率響應(yīng)特性越好：無(wú)失真！二階傳感器的頻率響應(yīng)阻尼在0－1之間，工作頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有角頻率時(shí)，頻率響應(yīng)特性越好：無(wú)失真！固有角頻率：被測(cè)非周期信號(hào)分解為各次諧波，諧波的最高頻一般取基頻的2－3倍。課程思政一階、二階傳感器的階躍響應(yīng)特性告訴我們∶只要目標(biāo)明確，有強(qiáng)烈的敬業(yè)精神，追求堅(jiān)持不懈，即使過(guò)程艱辛，有時(shí)甚至還有跌宕起伏（振蕩），但“沒(méi)有比人更高的山，沒(méi)有比腳更長(zhǎng)的路”“山再高，往上攀，總能登頂；路再長(zhǎng)，走下去，定能到達(dá)”。

屠呦呦幾十年如一日，守著清貧，耐著寂寞，甚至親自服藥試驗(yàn)，她帶領(lǐng)研究人員攻堅(jiān)克難，不斷探索，從祖國(guó)的中醫(yī)醫(yī)學(xué)寶庫(kù)中得到有益啟示，敢于用乙醚提取青蒿素，在無(wú)數(shù)次的失敗中不服輸，不斷戰(zhàn)勝前進(jìn)道路上的各種艱難險(xiǎn)阻，青蒿素是在第191次試驗(yàn)中獲得成功的，為攻克世界醫(yī)學(xué)難題發(fā)揮了不可替代的作用，“山重水復(fù)疑無(wú)路，柳暗花明又一村”，因此，2015年她獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，正所謂“心必在一藝，其藝必工；心必在一職，其職必舉”。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)目的：保證傳感器測(cè)量結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，保證測(cè)量的統(tǒng)一和便于量值的傳遞傳感器的標(biāo)定是利用某種標(biāo)準(zhǔn)儀器對(duì)新研制或生產(chǎn)的傳感器進(jìn)行技術(shù)檢定和標(biāo)度；它是通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量間的關(guān)系，并確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系或測(cè)量精度。傳感器的校準(zhǔn)是指對(duì)使用或儲(chǔ)存一段時(shí)間后的傳感器性能進(jìn)行再次測(cè)試和校正，校準(zhǔn)的方法和要求與標(biāo)定相同（“年檢”“強(qiáng)檢”）。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的是確定傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，如頻率響應(yīng)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。我國(guó)將標(biāo)定過(guò)程分為三級(jí)精度：中國(guó)計(jì)量院的標(biāo)定是一級(jí)精度的標(biāo)準(zhǔn)傳遞，得到標(biāo)準(zhǔn)傳感器，具有二級(jí)精度，生產(chǎn)廠家再用標(biāo)準(zhǔn)傳感器對(duì)出廠的傳感器進(jìn)行標(biāo)定，得到三級(jí)精度的傳感器（即各種實(shí)測(cè)用的傳感器）2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)2.4.1靜態(tài)標(biāo)定傳感器的靜態(tài)標(biāo)定是在輸入信號(hào)不隨時(shí)間變化的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性等。靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)是指沒(méi)有加速度、沒(méi)有振動(dòng)、沒(méi)有沖擊（如果它們本身是被測(cè)量除外）及環(huán)境溫度一般為室溫（20±5℃），相對(duì)濕度不大于85%，大氣壓力為（101±7）kPa的情形。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)2.4.2動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要是研究傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。常用的標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)源是正弦信號(hào)和階躍信號(hào)。根據(jù)傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要涉及到一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，二階傳感器的固有角頻率和阻尼系數(shù)等參數(shù)的確定。2.4傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)一、二階動(dòng)態(tài)參數(shù)的確定

要確定一階傳感器的時(shí)間常數(shù)，通?？疾閭鞲衅鞯碾A躍響應(yīng)。一階傳感器的單位階躍響應(yīng)函數(shù)為：

只要測(cè)量出一系列的t-y(t)對(duì)應(yīng)值，就可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理確定一階傳感器的時(shí)間常數(shù)。

要確定二階傳感器的固有角頻率和阻尼系數(shù)，通常考查傳感器的正弦輸入響應(yīng)，測(cè)定傳感器的輸出和輸入的幅值比和相位差來(lái)確定幅頻特性、相頻特性。階躍響應(yīng)的峰值（即超調(diào)量）為：因此，只要測(cè)得超調(diào)量，便可求出阻尼比。引言課程思政實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件一個(gè)理想的傳感器就是要確保被測(cè)信號(hào)的無(wú)失真轉(zhuǎn)換，使測(cè)量結(jié)果盡量反映被測(cè)量的原始特征，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述就是輸出和輸入滿足：其