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传感器的线性度

编辑:深圳市嵩隆电子有限公司时间:2019-10-12 13:35
  传感器的线性度:

  传感器的理想输出—输入特性是线性的,它具有以下优点:

  (1)可大大简化传感器的理论分析和设计计算;

  (2)为标定和数据处理带来很大方便,只要知道线性输出—输入特性上的两点(一般为零点和满度值)就可以确定其余各点;

  (3)可使仪表刻度盘均匀刻度,因而制作、安装、调试容易,提高测量精度;

  (4)避免了非线性补偿环节。

  实际上许多传感器的输出—输入特性是非线性的,如果不考虑迟滞和蠕变效应,一般可用下列多项式表示输出—输入特性。

  式中

  y—输出量x—输入物理量a0—零位输出

  a1—传感器线性灵敏度a2、a3、an—待定系数

  在研究线性特性时,可不考虑零位输出。上式可能有三种特殊情况。

  (1)理想的线性特性。如图(a)所示y=a1x的直线。在这种情况下,因为直线上任何点的斜率都相等,所以传感器的灵敏度为:

  具有这种特性的传感器,一般在输入量x相当大的范围内具有较宽的准线性。这是比较接近理想直线的非线性特性,它相对坐标原点是对称的,所以它具有相当宽的近似线性范围。

  传感器的输出—输入特性的线性度除受机械输入(弹性元件)特性影响外,也受电气元件的输出特性的影响。使电气元件对称排列,差动方式可以消除电气元件中的偶次分量,显著地改善线性范围。例如差动传感器的一边输出为:

  由上式可见,差动式传感器消除了偶次项,使线性得到改善,同时使灵敏度提高一倍。

  在使用非线性特性的传感器时,如果非线性项的方次不高,在输入量变化范围不大的条件下,可以用切线或割线等直线来近似地代表实际曲线的一段,这种方法称为传感器非线性特性的“线性化”。所采用的直线称为拟合直线。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称为传感器的非线性误差,如下图所示,取其中最大值与输出满度值之比作为评价非线性误差(或线性度)的指标。

  
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