传感器的组成与分类课件

1.2 1.2 传感器的组成与分类传感器的组成与分类1.2.1 1.2.1 传感器的定义传感器的定义1.2.2 1.2.2 传感器的组成传感器的组成1.2.3 1.2.3 传感器的分类传感器的分类1.2传感器的组成与分类1.2.1传感器的定义 将被测非电量信号转换为与将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出的器件之有确定对应关系电量输出的器件或装置叫做传感器，也叫变换器、或装置叫做传感器，也叫变换器、换能器或探测器。换能器或探测器。1.2.1 1.2.1 传感器的定义传感器的定义将被测非电量信号转换为与之有确定对应关系电量输出3 1.2.2 1.2.2 传感器的组成传感器的组成敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件辅助电路辅助电路辅助电路辅助电路传感传感传感传感元件元件元件元件 被测被测被测被测非电量非电量非电量非电量 有用有用有用有用非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用电电电电 量量量量信号调节信号调节信号调节信号调节转换电路转换电路转换电路转换电路电电电电 量量量量图图1-1 1-1 传感器组成框传感器组成框图图31.2.2传感器的组成敏感元件辅助电路传感元件敏感元件：敏感元件：直接感受被测非电量并按直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。的其它量的元件。传感元件：传感元件：又称变换器。能将敏感元又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的件感受到的非电量直接转换成电量的器件。器件。敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定敏感元件敏感元件传感元件传感元件压力传感器示例压力传感器示例敏感元件传感元件压力传感器示例传感器的组成与分类课件信号调节与转换电路：信号调节与转换电路：能把传感元件输能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电路。理、和控制的有用电信号的电路。常用的电路有电桥、放大器、变阻器、常用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。振荡器等。辅助电路辅助电路通常包括电源等。通常包括电源等。信号调节与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、81.2.3 1.2.3 传感器的分类传感器的分类1 1按工作机理分类：根据物理和化学按工作机理分类：根据物理和化学 等学科的原理、规律和效应进行分类等学科的原理、规律和效应进行分类2 2按被测量分类：根据输入物理量的按被测量分类：根据输入物理量的 性质进行分类。性质进行分类。3 3按敏感材料分类：根据制造传感器按敏感材料分类：根据制造传感器 所使用的材料进行分类。可分为半所使用的材料进行分类。可分为半 导体传感器、陶瓷传感器等。导体传感器、陶瓷传感器等。81.2.3传感器的分类1按工作机理分类：根据传感器的组成与分类课件4.4.按能量的关系分类：根据能量观点按能量的关系分类：根据能量观点 分类，可将传感器分为有源传感器分类，可将传感器分为有源传感器 和无源传感器两大类。和无源传感器两大类。有源传感器是将非电能量转换为电能量，有源传感器是将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器，也称换能器。称之为能量转换型传感器，也称换能器。通常配合有电压测量电路和放大器。通常配合有电压测量电路和放大器。如如:压电式、热电式、电磁式等。压电式、热电式、电磁式等。4.按能量的关系分类：根据能量观点有源传感器是将非电能量转无源传感器又称为能量控制型传感器。无源传感器又称为能量控制型传感器。被测非电量仅对传感器中的能量起控制被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用。所以必须具有辅助能源或调节作用。所以必须具有辅助能源(电电能能)。如如:电阻式、电容式和电感式等。电阻式、电容式和电感式等。5.5.其他：按用途、学科、功能和输出其他：按用途、学科、功能和输出 信号的性质等进行分类。信号的性质等进行分类。无源传感器又称为能量控制型传感器。被测非电量仅对传感器中的能从系统角度看，一种传感器就是一种系从系统角度看，一种传感器就是一种系统。而一个系统总可以用一个数学方程统。而一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即用某种方程式或函式或函数来描述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入的关系和特数表征传感器的输出和输入的关系和特性，从而，用这种关系指导对传感器的性，从而，用这种关系指导对传感器的设计、制造、校正和使用。设计、制造、校正和使用。通常从传感通常从传感器的静态输入器的静态输入-输出关系和动态输入输出关系和动态输入-输输出关系两方面建立数学模型。出关系两方面建立数学模型。1.3 1.3 传感器的数学模型概述传感器的数学模型概述从系统角度看，一种传感器就是一种系统。而一个系统总可以用一个1.3.1 1.3.1 静态模型静态模型 静态模型是指在输入信号不随时静态模型是指在输入信号不随时间变化的情况下，描述传感器的输出与间变化的情况下，描述传感器的输出与输入量的一种函数关系。输入量的一种函数关系。如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感如果不考虑蠕动效应和迟滞特性，传感器的静态模型一般可用多项式来表示：器的静态模型一般可用多项式来表示：1.3.1静态模型静态模型是指在输入信号 1.3.2 1.3.2 动态模动态模型型 动态模型是指传感器在准动态动态模型是指传感器在准动态信号或动态信号作用下，描述其输出信号或动态信号作用下，描述其输出和输入信号的一种数学关系。和输入信号的一种数学关系。动态模型通常采用微分方程和传动态模型通常采用微分方程和传递函数描述。递函数描述。1.3.2动态模型动态模型是指传感器 1.1.微分方程微分方程 大多数传感器都属模拟系统之大多数传感器都属模拟系统之列。描述模拟系统的一般方法是采用列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。微分方程。在实际的模型建立过程中，一般采用在实际的模型建立过程中，一般采用线性常系数微分方程来描述输出量线性常系数微分方程来描述输出量 y和输入量和输入量 x 的关系。的关系。1.微分方程大多数传感器都属模拟系统之列 其通式如下：其通式如下：an,an-1a0和和bm,bm-1b0 为传感器的结构为传感器的结构参数。除参数。除b0 0外，一般取外，一般取b1,b2bm为零为零.其通式如下：an,an-1a0和bm,bm-1b2.2.传递函数传递函数如果如果y(t)在在t0时，时，y(t)=0，则，则y(t)的拉的拉氏变换可定义为氏变换可定义为式中式中s=+j，0。对微分方程两边取拉氏变换，则得对微分方程两边取拉氏变换，则得2.传递函数如果y(t)在t0时，y(t)=0，则y定义输出定义输出y(t)的拉氏变换的拉氏变换Y(S)和输入和输入x(t)的拉氏变换的拉氏变换X(S)的比为该系统的传递函的比为该系统的传递函数数H(S)，则，则对对y(t)进进行行拉拉氏氏变变换换的的初初始始条条件件是是t0时时，y(t)=0。对对于于传传感感器器被被激激励励之之前前所所有有的的储储能能元元件件如如质质量量块块、弹弹性性元元件件、电电气气元元件等均符合上述的初始条件。件等均符合上述的初始条件。定义输出y(t)的拉氏变换Y(S)和输入x(t)的拉氏变换X19对对于于多多环环节节串串、并并联联组组成成的的传传感感器器，若若各各环环节节阻阻抗抗匹匹配配适适当当，可可忽忽略略相相互互间间的的影影响响，传传感感器器的的等等效效传传递递函函数数可可按代数方式求得。按代数方式求得。显显然然H(s)与与输输入入量量x(t)无无关关，只只与与系系统统结结构构参参数数有有关关。因因而而H(s)可可以以简简单单而而恰恰当地描述传感器输出与输入的关系。当地描述传感器输出与输入的关系。19对于多环节串、并联组成的传感器，若各环节阻抗匹配适当，可20若传感器由若传感器由r r个环节串联而成个环节串联而成 对于较为复杂的系统，可以将其看作对于较为复杂的系统，可以将其看作是一些较为简单系统的串联与并联。是一些较为简单系统的串联与并联。20若传感器由r个环节串联而成对于较为复杂的系统，可21若传感器由若传感器由p p个环节并联而成个环节并联而成21若传感器由p个环节并联而成1.4 1.4 传感器的基本特性传感器的基本特性1.4.1 1.4.1 静态特性静态特性 1 1线线性性度度：输输出出量量与与输输入入量量之之间间的的实实际际关关系系曲曲线线偏偏离离直直线线的的程程度度。又又称称非非线性误差。可用下式表示线性误差。可用下式表示:max输出量与输入量实际曲线与拟输出量与输入量实际曲线与拟合直线之间的最大偏差合直线之间的最大偏差yFS输出满量程值输出满量程值1.4传感器的基本特性1.4.1静态特性传感器的静态模型有三种有用的特殊传感器的静态模型有三种有用的特殊 形式：形式：（1 1）理想的线性特性理想的线性特性（2 2）仅有偶次非线性项仅有偶次非线性项（3 3）仅有奇次非线性项仅有奇次非线性项传感器的静态模型有三种有用的特殊形式：（1）理想的线性特（1）（2）（3）三种形式所呈现的非线性程度三种形式所呈现的非线性程度 图图1-2 1-2 三种特殊形式的特性曲线三种特殊形式的特性曲线 （1）（22.2.灵敏度：灵敏度：在稳态下输出增量与输入在稳态下输出增量与输入增量的比值：增量的比值：对对线线性性传传感感器器，其其灵灵敏敏度度就就是是它它的的静静态特性的斜率：态特性的斜率：非线性传感器灵敏度是一个变量，只能非线性传感器灵敏度是一个变量，只能表示传感器在某一工作点的灵敏度。表示传感器在某一工作点的灵敏度。2.灵敏度：在稳态下输出增量与输入增量的比值：对线性传感器3.3.重复性：重复性：输入量按同输入量按同一方向作全程多次一方向作全程多次测试时，所得特性测试时，所得特性曲线不一致的程度。曲线不一致的程度。图图1-3 1-3 重复性重复性yx0Rmax2Rmax13.重复性：图1-3重复性yx0Rmax2Rmax4.4.迟滞（回差滞环）现象：迟滞（回差滞环）现象：表明传感器在表明传感器在正向行程和反正向行程和反向行程期间，向行程期间，输出输出-输入特性输入特性曲线不重合的曲线不重合的程度。程度。H00 x x y yy yFSFS x xFSFS图图1-4 1-4 迟滞特性迟滞特性4.迟滞（回差滞环）现象：H028对对于于同同一一大大小小的的输输入入信信号号x，在在x连连续续增增大大的的行行程程中中，对对应应某某一一输输出出量量yi，与与在在x x连连续续减减小小的的行行程程中中，对对应应某某一一输输出出量量yd之之间间的的差差值值叫叫滞滞环环误误差差，即即所所谓谓的的迟迟滞滞现象。现象。在在整整个个测测量量范范围围内内产产生生的的最最大大滞滞环环误误差差用用m表表示示，它它与与满满量量程程输输出出值值的的比比值值称称最大滞环率：最大滞环率：28对于同一大小的输入信号x，在x连续增大的行程中，对应某一5 5分分辨辨率率与与阈阈值值 ：传传感感器器在在规规定定的的范围所能检测输入量的最小变化量。范围所能检测输入量的最小变化量。阈阈值值是是使使传传感感器器的的输输出出端端产产生生可可测测变变化化量量的的最最小小被被测测输输入入量量值值，即即零零点点附附近的分辨力。近的分辨力。6 6稳稳定定性性：在在室室温温条条件件下下，经经过过相相当当长长的的时时间间间间隔隔，传传感感器器的的输输出出与与起起始始标定时的输出之间的差异。标定时的输出之间的差异。5分辨率与阈值：传感器在规定的范围所能检测输入量的最小变7 7漂漂移移：在在外外界界的的干干扰扰下下，输输出出量量发发生与输入量无关的、不需要的变化。生与输入量无关的、不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移漂移包括零点漂移和灵敏度漂移 。零零点点漂漂移移和和灵灵敏敏度度漂漂移移又又可可分分为为时时间间漂移和温度漂移。漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。灵敏度随时间的缓慢变化。温温度度漂漂移移为为环环境境温温度度变变化化而而引引起起的的零零点或灵敏度漂移。点或灵敏度漂移。7漂移：在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的8 8静态误差（精度）静态误差（精度）静态误差是传感器在其全量程内任一静态误差是传感器在其全量程内任一点的输出值与其理论输出值的偏离程度。点的输出值与其理论输出值的偏离程度。求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应求静态误差是把全部校准数据与拟合直线上对应值的残差看成是随机分布，求出其标准偏差值的残差看成是随机分布，求出其标准偏差，取取2 2或或3 3值即为传感器的静态误差。或用相对值即为传感器的静态误差。或用相对误差表示：误差表示：也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差也可以由非线性误差、迟滞误差、重复性误差这几个单项误差综合而得，即这几个单项误差综合而得，即8静态误差（精度）静态误差是传感器在其全量程内任1.1.动态误差动态误差在动态的输入信号情况下，输出与输入在动态的输入信号情况下，输出与输入间的差异即为间的差异即为动态误差动态误差。1.4.2 1.4.2 动态特性动态特性 图图图图1-5 1-5 1-5 1-5 热电偶测温过程热电偶测温过程热电偶测温过程热电偶测温过程测试曲线测试曲线测试曲线测试曲线动态误差动态误差动态误差动态误差TtTT0tt0例：用一只热电偶测量例：用一只热电偶测量某一容器的液体温度某一容器的液体温度T T，若环境温度为，若环境温度为T T0 0，把，把置于环境温度之中的热置于环境温度之中的热电偶立即放入容器中电偶立即放入容器中（若（若T T T T0 0)。1.动态误差在动态的输入信号情况下，输出与输入间的差异即（1 1）阶跃响应）阶跃响应 2.2.研究传感器动态特性的方法及其指标研究传感器动态特性的方法及其指标当给静止的传感器输入一个单位阶跃函当给静止的传感器输入一个单位阶跃函数信号数信号 （1-171-17）时，其输出特性称为阶跃响应特性。时，其输出特性称为阶跃响应特性。（1）阶跃响应2.研究传感器动态特性的方法及其指标当给图图1-6 1-6 阶跃响应特性阶跃响应特性tdtrtpppts00.100.500.901.00y(t)t图1-6阶跃响应特性tdtrtpppts00 最大超调量最大超调量p p：响应曲线偏离阶跃曲线的最大值。响应曲线偏离阶跃曲线的最大值。当稳态值为当稳态值为1 1，则最大百分比超调量为：，则最大百分比超调量为：延滞时间延滞时间t td d：阶跃响应达到稳态值阶跃响应达到稳态值50%50%所需要的时间。所需要的时间。最大超调量p：响应曲线偏离阶跃曲线的最大值。上升时间上升时间t tr r：A A响应曲线从稳态值响应曲线从稳态值10%90%10%90%所需要所需要的时间。的时间。B B响应曲线从稳态值响应曲线从稳态值5%95%5%95%所需要所需要的时间。的时间。C C响应曲线从零到第一次到达稳态值响应曲线从零到第一次到达稳态值所需要的时间。所需要的时间。对对有有振振荡荡的的传传感感器器常常用用C C，对对无无振振荡荡的的传感器常用传感器常用A A。上升时间tr：A响应曲线从稳态值10%90%所需要 峰值时间峰值时间t tp p：响应曲线到第一个峰值所需要的时间。响应曲线到第一个峰值所需要的时间。响应时间响应时间t ts s：响响应应曲曲线线衰衰减减到到稳稳态态值值之之差差不不超超过过5%5%或或2%2%时所需要的时间。时所需要的时间。有时称过渡过程时间。有时称过渡过程时间。峰值时间tp：响应曲线到第一个峰值所需要的时间。响（2 2）频率响应）频率响应在在定定常常线线性性系系统统中中，拉拉氏氏变变换换是是广广义义的的傅傅氏氏变变换换，取取s=+j中中的的=0，则则s=j，即即拉拉氏氏变变换换局局限限于于s s平平面面的的虚虚轴轴，则得到傅氏变换：则得到傅氏变换：同样有：同样有：（2）频率响应在定常线性系统中，拉氏变换是广义的傅氏变换，取 H H（jj）称为传感器的频率响应函数。）称为传感器的频率响应函数。H H（jj）是是一一个个复复函函数数，它它可可以以用用指指数数形式表示，即形式表示，即H（j）称为传感器的频率响应函数。H（j）是一即即 A()称称为为传传感感器器的的幅幅频频特特性性，也也称称为为传感器的动态灵敏度（或增益）。传感器的动态灵敏度（或增益）。A()表表示示传传感感器器的的输输出出与与输输入入的的幅幅度度比值随频率而变化的大小。比值随频率而变化的大小。其中其中即A()称为传感器的幅频特性，也称为传感器的动态灵敏度 若以若以 分别表示分别表示H（j）的实部和虚部，则频率特的实部和虚部，则频率特性的相位角性的相位角:（）表表示示传传感感器器的的输输出出信信号号相相位位随随频频率率而而变化的关系。变化的关系。若以（）表示传感器的输出信号相位随频率而变化的对于传感器对于传感器 通常是负的，表示传感器通常是负的，表示传感器输出滞后于输入的相位角度，而且输出滞后于输入的相位角度，而且 随随而变，故称之为传感器相频特性。而变，故称之为传感器相频特性。对于传感器通常是负的，表示传感器输出滞后于输入的相位角3.3.典型环节传感器系统的动态响应分析典型环节传感器系统的动态响应分析（1 1）零阶传感器系统）零阶传感器系统由（由（1-21-2）式，零阶系统的微分方程为）式，零阶系统的微分方程为或或零阶传感器的传递函数和频率特性为：零阶传感器的传递函数和频率特性为：3.典型环节传感器系统的动态响应分析（1）零阶传感器系统（2 2）一阶系统的动态响应分析）一阶系统的动态响应分析一阶系统微分方程：一阶系统微分方程：一阶系统微分方程：一阶系统微分方程：对上式进行拉氏变换，得对上式进行拉氏变换，得对上式进行拉氏变换，得对上式进行拉氏变换，得则传递函数为则传递函数为则传递函数为则传递函数为时间常数，时间常数，时间常数，时间常数，静态灵敏度静态灵敏度静态灵敏度静态灵敏度其中其中其中其中（2）一阶系统的动态响应分析一阶系统微分方程：对上式进行拉氏频率响应函数频率响应函数频率响应函数频率响应函数幅频特性：幅频特性：幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：相频特性：相频特性：讨论：讨论：讨论：讨论：越小，频率响应特性越好。越小，频率响应特性越好。负号表示相位滞后负号表示相位滞后频率响应函数幅频特性：相频特性：讨论：越小，频率响应特性越越小，阶跃响应特性越好。越小，阶跃响应特性越好。越小，阶跃响应特性越好。越小，阶跃响应特性越好。若输入为阶跃函数若输入为阶跃函数若输入为阶跃函数若输入为阶跃函数一阶系统微分方程一阶系统微分方程一阶系统微分方程一阶系统微分方程的解为：的解为：的解为：的解为：讨论：讨论：讨论：讨论：tx01输出的初值为输出的初值为0,随着时间推移随着时间推移y接近于接近于1；当；当t=时时,在一阶系统中在一阶系统中,时间常数值是决定响应速度的重要参数。时间常数值是决定响应速度的重要参数。越小，阶跃响应特性越好。若输入为阶跃函数一阶系统微分方程图图 1-7 1-7 一阶传感器一阶传感器CKKx(t)=F(t)y(t)例例1-1：由弹簧阻尼器构成的压力传感器，系统输由弹簧阻尼器构成的压力传感器，系统输入量入量 为为F(t)=Kx(t)，输出量为位移，输出量为位移y(t)，分析系，分析系统的频率响应特性。统的频率响应特性。解：根据牛顿第二定律：解：根据牛顿第二定律：fC+fK=F(t)或或 图1-7一阶传感器CKKx(t)=F(t)y(t由（由（由（由（1-291-291-291-29）式）式）式）式为时间常数为时间常数由（1-29）式为时间常数令令H(S)中的中的s=j,即即=0，则，则系统的频率响系统的频率响应函数应函数H（j）为为 由由(jj)可以分析该系统的幅频特性可以分析该系统的幅频特性Aj）和相频特性和相频特性（j）：令H(S)中的s=j,即=0，则系统的频率响应函数例例1-21-2：一阶测温传感器系统中，已知敏感部一阶测温传感器系统中，已知敏感部分的质量为分的质量为m m，比热为，比热为c c，表面积为，表面积为s s，传热系，传热系数为数为h h（w/mw/m2 2 k k）。给出输入量）。给出输入量T T0 0与输出量与输出量T T之之间的微分方程，并推导其幅频特性、相频特性间的微分方程，并推导其幅频特性、相频特性及阶跃响应特性。及阶跃响应特性。图图1-8 1-8 一阶测温传感器一阶测温传感器解：解：例1-2：一阶测温传感器系统中，已知敏感部分的质量为m，比热频率响应特性频率响应特性频率响应特性频率响应特性幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性相频特性相频特性阶跃响应特性阶跃响应特性阶跃响应特性阶跃响应特性频率响应特性幅频特性相频特性阶跃响应特性（3 3）二阶传感器的数学模型）二阶传感器的数学模型所谓二阶传感器是指由二阶微分方程所描述的所谓二阶传感器是指由二阶微分方程所描述的传感器。很多传感器，如振动传感器、压力传传感器。很多传感器，如振动传感器、压力传感器等属于二阶传感器，其微分方程为：感器等属于二阶传感器，其微分方程为：静态灵敏度静态灵敏度阻尼比阻尼比固有频率固有频率,0=1/（3）二阶传感器的数学模型所谓二阶传感器是指由二阶微分方程所传感器的组成与分类课件 阻尼比阻尼比的影响较大，不同阻尼比情况下相对的影响较大，不同阻尼比情况下相对幅频特性即动态特性与静态灵敏度之比的曲线如图。幅频特性即动态特性与静态灵敏度之比的曲线如图。2.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.200.511.522.5=0=0.2=0.4=0.6=1=0.8=0.707A()当当0时，在时，在=1处处A()趋近无穷大，这一现象称之为趋近无穷大，这一现象称之为谐振。谐振。随着随着的增大，谐振现象逐渐不明显。的增大，谐振现象逐渐不明显。当当0.707时，不再出现谐振，这时时，不再出现谐振，这时A()将随着将随着的增大的增大而单调下降。而单调下降。阻尼比的影响较大，不同阻尼比情况下相对幅频特性即动0-30-60-90-120-150-1800.511.522.5=0=0.2=0.4=0.6=0.707=0.8=1=0.8=1=0.707=0.6=0.4=0.2=0()相频特性相频特性0-30-60-90-120-150-1800.二阶传感器的阶跃响应特二阶传感器的阶跃响应特性性 随阻尼比随阻尼比的不同，有几种不同的解：的不同，有几种不同的解：y/K2 21 10 0t t=0=01.51.51 10.60.60.20.2单位阶跃响应通式单位阶跃响应通式=0(=0(零阻尼零阻尼)：输出变成等幅振荡，即：输出变成等幅振荡，即 二阶传感器的阶跃响应特性随阻尼比的不同，有几001(1(欠欠阻阻尼尼)：该该特特征征方方程程具具有有共共轭复数根轭复数根方程通解方程通解根据根据t t，y ykAkA，求出求出A A3 3；据初始条件；据初始条件 求出求出A A1 1、A A2 2则则01(欠阻尼)：该特征方程具有共轭复数根方程通解其其曲曲线线如如图图，是是一一衰衰减减振振荡荡过过程程,越越小小,振荡频率越高振荡频率越高,衰减越慢。衰减越慢。y/K210t=01.510.60.2其曲线如图，是一衰减振荡过程,越小,振荡频率越高,衰减越11（过过阻阻尼尼）：特特征征方方程程具具有有两两个个不同的实根不同的实根过渡函数为：过渡函数为：=1=1(临临界界阻阻尼尼)：特特征征方方程程具具有有重重根根-1/1/,过渡函数为过渡函数为 上两式表明，当上两式表明，当11时，该系统不再是振荡的，时，该系统不再是振荡的，而是由两个一阶阻尼环节组成，前者两个时间而是由两个一阶阻尼环节组成，前者两个时间常数相同，后者两个时间常数不同。常数相同，后者两个时间常数不同。1（过阻尼）：特征方程具有两个不同的实根过渡函数为：实实际际传传感感器器，值值一一般般可可适适当当安安排排，兼兼顾顾过过冲冲量量mm不不要要太太大大，稳稳定定时时间间t t不不要要过过长长的的要要求求。在在0.60.60.70.7范范围围内内，可可获获得得较较合合适适的的综综合合特特性性。对对正正弦弦输输入入来来说说，当当=0.6=0.60.70.7时时，幅幅值值比比A A()/k/k在在比比较较宽宽的的范范围围内内变变化化较较小小。计计算算表表明明在在0 00.580.58范范围围内内，幅幅值值比比变变化化不不超超过过5 5，相相频频特特性性()接近于线性关系。接近于线性关系。实际传感器，值一般可适当安排，兼顾过冲量m不要太大，对于高阶传感器，在写出运动方程对于高阶传感器，在写出运动方程后，后，可根据式具体情况写出传递函数、可根据式具体情况写出传递函数、频率特性等。在求出特征方程共轭复根和频率特性等。在求出特征方程共轭复根和实根后，可将它们分解为若干个二阶模型实根后，可将它们分解为若干个二阶模型和一阶模型研究其过渡函数。有些传感器和一阶模型研究其过渡函数。有些传感器可能难于写出运动方程，这时可采用实验可能难于写出运动方程，这时可采用实验方法，即通过输入不同频率的周期信号与方法，即通过输入不同频率的周期信号与阶跃信号，以获得该传感器系统的幅频特阶跃信号，以获得该传感器系统的幅频特性、相频特性与过渡函数等。性、相频特性与过渡函数等。对于高阶传感器，在写出运动方程后，可根据式具体情1.5 1.5 传感器的标定与校准传感器的标定与校准1.5.1 1.5.1 传感器的标定传感器的标定 压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器电荷信号电荷信号电荷信号电荷信号压力信号压力信号压力信号压力信号活塞式压力计：活塞式压力计：活塞式压力计：活塞式压力计：已知标准力已知标准力已知标准力已知标准力精度已知检测精度已知检测精度已知检测精度已知检测设备测量设备测量设备测量设备测量校准：传感器在使用中或存储后进行校准：传感器在使用中或存储后进行的性能复测。的性能复测。再次的标定。再次的标定。标定：利用标准器具对传感器进行标度标定：利用标准器具对传感器进行标度的过程。的过程。输入输入输入输入-输出关系输出关系输出关系输出关系1.5传感器的标定与校准1.5.1传感器的标待标定待标定传感器传感器已知非电量已知非电量输入量输入量标定的基本方法标定的基本方法标准标准设备设备输出量输出量输入量输入量 发生器发生器 标准标准传感器传感器输出输出2 2 待标待标定传感定传感器器输出输出1 1输入标准量：由标准传感器检测得到输入标准量：由标准传感器检测得到实质：待标定传感器与标准传感器之间的比实质：待标定传感器与标准传感器之间的比较。较。电量电量待标定传感器已知非电量输入量标定的基本方法标准设备输出量输入标定系统的组成标定系统的组成（1 1）被测非电量的标准发生器）被测非电量的标准发生器（2 2）被测非电量的标准测试系统）被测非电量的标准测试系统（3 3）待标定传感器配接的信号检测设备）待标定传感器配接的信号检测设备测量测量产生产生活塞式活塞式压力计压力计标准标准压力压力标准压力标准压力 传感器传感器产生产生测力机测力机测量测量标准力标准力标准力标准力传感器传感器产生产生恒温源恒温源测量测量标准标准温度温度标准温标准温度计度计标定系统的组成（1）被测非电量的标准发生器（2）被测非电量的为保证精度和可靠性，使用中注意问题：为保证精度和可靠性，使用中注意问题：（1 1）标定等级：只能用上一级精度的标）标定等级：只能用上一级精度的标准装置标定下一级精度的传感器准装置标定下一级精度的传感器（2 2）环境条件）环境条件（3 3）标定测试系统）标定测试系统（4 4）安装条件）安装条件为保证精度和可靠性，使用中注意问题：（1）标定等级：只能用上力：测力砝码、拉（压）式测力计力：测力砝码、拉（压）式测力计压力：活塞式压力计、水银压力计、麦氏压力：活塞式压力计、水银压力计、麦氏真空计真空计位移：深度尺、千分尺、块规位移：深度尺、千分尺、块规温度：铂电阻温度计、热电偶、基准光电温度：铂电阻温度计、热电偶、基准光电高温比色仪高温比色仪传感器的静态标定及设备传感器的静态标定及设备力：测力砝码、拉（压）式测力计压力：活塞式压力计、水银压力计低频低频-激振器：电磁振动台、低频回转激振器：电磁振动台、低频回转台、机械振动台、液压振动台台、机械振动台、液压振动台高频高频-瞬变函数激励信号：激波管瞬变函数激励信号：激波管传感器的动态标定及设备传感器的动态标定及设备标准激标准激励信号励信号周期函数：正弦波周期函数：正弦波瞬变函数：阶跃波瞬变函数：阶跃波低频-激振器：电磁振动台、低频回转台、机械振动台、液压振动台1.5.2 1.5.2 提高传感器性能的方法提高传感器性能的方法提高提高传感器性能的方法主要有非线提高提高传感器性能的方法主要有非线性校正、温度补偿、零位法、微差法、性校正、温度补偿、零位法、微差法、闭环技术、平均技术、差动技术、采用闭环技术、平均技术、差动技术、采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施等。屏蔽、隔离与抑制干扰措施等。1.5.2提高传感器性能的方法提高提高传感器性能的方法主湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器各种传感器各种传感器湿度传感器湿度传感器各种传感器温湿度、露点探头、温湿度、露点探头、COCO2 2探头、大气压探头、大气压力传感器力传感器温湿度、露点探头、CO2探头、大气压力传感器传感器的组成与分类课件作作业业P162、3、4、6、8作业P16