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傳感器的線性度
編輯深圳市嵩隆電子有限公司時(shí)間2019-10-12 05:35:32
傳感器的線性度:
傳感器的理想輸出—輸入特性是線性的,它具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)可大大簡(jiǎn)化傳感器的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算;
?。?)為標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來很大方便,只要知道線性輸出—輸入特性上的兩點(diǎn)(一般為零點(diǎn)和滿度值)就可以確定其余各點(diǎn);
?。?)可使儀表刻度盤均勻刻度,因而制作、安裝、調(diào)試容易,提高測(cè)量精度;
(4)避免了非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
實(shí)際上許多傳感器的輸出—輸入特性是非線性的,如果不考慮遲滯和蠕變效應(yīng),一般可用下列多項(xiàng)式表示輸出—輸入特性。
式中
y—輸出量x—輸入物理量a0—零位輸出
a1—傳感器線性靈敏度a2、a3、an—待定系數(shù)
在研究線性特性時(shí),可不考慮零位輸出。上式可能有三種特殊情況。
(1)理想的線性特性。如圖(a)所示y=a1x的直線。在這種情況下,因?yàn)橹本€上任何點(diǎn)的斜率都相等,所以傳感器的靈敏度為:
具有這種特性的傳感器,一般在輸入量x相當(dāng)大的范圍內(nèi)具有較寬的準(zhǔn)線性。這是比較接近理想直線的非線性特性,它相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)是對(duì)稱的,所以它具有相當(dāng)寬的近似線性范圍。
傳感器的輸出—輸入特性的線性度除受機(jī)械輸入(彈性元件)特性影響外,也受電氣元件的輸出特性的影響。使電氣元件對(duì)稱排列,差動(dòng)方式可以消除電氣元件中的偶次分量,顯著地改善線性范圍。例如差動(dòng)傳感器的一邊輸出為:
由上式可見,差動(dòng)式傳感器消除了偶次項(xiàng),使線性得到改善,同時(shí)使靈敏度提高一倍。
在使用非線性特性的傳感器時(shí),如果非線性項(xiàng)的方次不高,在輸入量變化范圍不大的條件下,可以用切線或割線等直線來近似地代表實(shí)際曲線的一段,這種方法稱為傳感器非線性特性的“線性化”。所采用的直線稱為擬合直線。實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差,如下圖所示,取其中最大值與輸出滿度值之比作為評(píng)價(jià)非線性誤差(或線性度)的指標(biāo)。
傳感器的理想輸出—輸入特性是線性的,它具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)可大大簡(jiǎn)化傳感器的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算;
?。?)為標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來很大方便,只要知道線性輸出—輸入特性上的兩點(diǎn)(一般為零點(diǎn)和滿度值)就可以確定其余各點(diǎn);
?。?)可使儀表刻度盤均勻刻度,因而制作、安裝、調(diào)試容易,提高測(cè)量精度;
(4)避免了非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
實(shí)際上許多傳感器的輸出—輸入特性是非線性的,如果不考慮遲滯和蠕變效應(yīng),一般可用下列多項(xiàng)式表示輸出—輸入特性。
式中
y—輸出量x—輸入物理量a0—零位輸出
a1—傳感器線性靈敏度a2、a3、an—待定系數(shù)
在研究線性特性時(shí),可不考慮零位輸出。上式可能有三種特殊情況。
(1)理想的線性特性。如圖(a)所示y=a1x的直線。在這種情況下,因?yàn)橹本€上任何點(diǎn)的斜率都相等,所以傳感器的靈敏度為:
具有這種特性的傳感器,一般在輸入量x相當(dāng)大的范圍內(nèi)具有較寬的準(zhǔn)線性。這是比較接近理想直線的非線性特性,它相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)是對(duì)稱的,所以它具有相當(dāng)寬的近似線性范圍。
傳感器的輸出—輸入特性的線性度除受機(jī)械輸入(彈性元件)特性影響外,也受電氣元件的輸出特性的影響。使電氣元件對(duì)稱排列,差動(dòng)方式可以消除電氣元件中的偶次分量,顯著地改善線性范圍。例如差動(dòng)傳感器的一邊輸出為:
由上式可見,差動(dòng)式傳感器消除了偶次項(xiàng),使線性得到改善,同時(shí)使靈敏度提高一倍。
在使用非線性特性的傳感器時(shí),如果非線性項(xiàng)的方次不高,在輸入量變化范圍不大的條件下,可以用切線或割線等直線來近似地代表實(shí)際曲線的一段,這種方法稱為傳感器非線性特性的“線性化”。所采用的直線稱為擬合直線。實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差,如下圖所示,取其中最大值與輸出滿度值之比作為評(píng)價(jià)非線性誤差(或線性度)的指標(biāo)。
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