绪论+第一章

一、传感器

1.传感器定义

能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号（电信号）的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

2.组成

传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。

二、传感器的一般特性

传感器静态特性和动态特性的基本概念和意义；
线性度、灵敏度、精确度(重点考查)；温漂、零漂等；
传感器动态响应的数学模型。动态特性：0阶和1阶(重点考查)；

一般特性

传感器一般要变换各种信息量为电量，描述这种变换的输入与输出关系表达了传感器的一般特性。

静态特性

定义

当输入量（X）为静态（常量）或变化缓慢的信号时(如体温)，讨论传感器的静态特性，输入输出关系称静态特性。
$$\begin{gathered} Y=a_0+a_{1}X+a_2{X}^2+\dots +a_n{X}^n \\ {a}_0--零位输出 \\ {a}_1--理想灵敏度 \end{gathered}$$
一般仅有奇次非线性项在原点处有较好的线性关系。

测量参数定义

 测量上限：传感器所能测量的最大被测量的[数值]（Ymax） 。
 测量下限：传感器所能测量的最小被测量的[数值] （Ymin）。 
 测量范围：测量下限Ymin ~测量上限Ymax 。
 量程：测量上限和测量下限的代数差（量程= Ymax- Ymin）

静态特性的指标

1.线性度

传感器静态校准曲线(实际曲线)与拟合直线的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度。（与拟合方式有关）

提高线性度：

差动测量法: 利用两个性能相同的传感器进行差动输出测量。即一个传感器感受正方向变化，一个感受负方向的变化，差动输出。

 ①消除偶阶次非线性误差;      
 ②灵敏度提高一倍;    
 ③消除了零位输出。

$$∆Y=Y_1-Y_2=2(a_{1}X+a_3{X}^3+a_5{X}^5+\dots )$$

2.灵敏度

输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。

对线性传感器, 灵敏度是直线的斜率：K=∆y/∆x
对非线性传感器, 灵敏度是一个变化量，不同工作点灵敏度不同。

3.精确度

精密度δ：随机误差大小的标志

准确度ε：准确度是系统误差大小的标志

精确度τ：精密度与准确度两者的总和

精确度等级A
$$A=\frac{∆A}{Y_{FS}}\times 100\%$$
A— 传感器精确度等级，我国工业仪表等级分为0.1 ,0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0 七个等级。 (越小越好)

4.分辨力和最小检测量

分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。（输入变化有多大才能引起输入变化）。

分辨率：分辨力/满量程

最小检测量是指传感器能确切反映被测量的最低极限量。

5.迟滞

传感器在输入量由小到大及输入量由大到小变化期间，其输入输出特性曲线不重合的现象称迟滞。

6.重复性

7.稳定性

8.漂移

漂移包括零点漂移和灵敏度漂移 。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。

传感器动态特性

动态特性是指传感器输出对时间变化的输入量的响应特性

零阶

$$\begin{gathered} a_{0}Y(t)=b_{0}X(t) \\ 特点：零阶传感器的输出随时跟踪输入的变化，它对任何频率输入均无时间滞后。 \\ 灵敏度：K=\frac{b_0}{a_0} \end{gathered}$$

一阶

$$\begin{gathered} a_1\frac{dY(t)}{dt}+a_{0}Y(t)=b_{0}X(t) \\ (\frac{a_1}{a_0}D+1)Y(t)=\frac{b_0}{a_0}X(t) \\ 时间常数:\tau =\frac{a_1}{a_0}静态灵敏度：K=\frac{b_0}{a_0} \end{gathered}$$

传递函数

$$W(D)=\frac{Y}{X}(D)=\frac{b_m{D}^m+b_m-1D^m-1+\cdots +b_{1}D+b_0}{a_n{D}^n+a_n-1D^n-1+\cdots +a_{1}D+a_0}$$

D^m−1+⋯+ b_1D+b_0}{a_nD^n+a_n−1Dn−1+⋯+ a_1D+a_0}\
$$

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