传感器的静态特性是在稳态信号作用下的输入-输出特性。即输入量是静态量,输出量是输入量的确定函数。
(1)代数多项式
如果不考虑传感器特性中的迟滞及蠕变等性质,或者传感器虽然有迟滞及蠕变等但仅考虑其理想的平均特性时,其特性方程在多数情况下可以写成如下的代数多项式形式:
(2)曲线表示
曲线能表示出传感器特性的变化趋势以及何处有最大或最小的输出,何处传感器灵敏度高,何处低。当然,也能通过其特性曲线,粗略地判别出是线性或非线性传感器。
(3)列表表示
列表法就是把传感器的输入-输出数据按一定的方式顺序地排列在一个表格之中。列表的优点是:简单易行、形式紧凑、数据易于进行数量上的比较、便于进行其他处理,如绘制曲线、进行曲线拟合、进行插值计算,或求一组数据的差分或差商等。
(1)灵敏度
传感器在静态工作条件下,其单位输入所产生的输出,称为灵敏度,或更严格地说为静态灵敏度( S ),图1-2所示。
图1-2 灵敏度定义
(2)线性度
人们总是希望传感器的输出与输入关系具有线性特
性,但实际上由于传感器存在着迟滞、蠕变、摩擦、间隙和松动等各种因素,以及外界条件的影响,使其输入-输出特性总是具有不同程度的非线性。
传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为该传感器的“非线性误差”或“线性度”,通常用相对误差 δ L 表示其大小,即
式中:Δ max 为校准曲线与理想拟合直线之间的最大偏差; Y FS 为传感器满量程输出平均值。
线性度又可分为:
①绝对线性度:有时又称理论线性度,为传感器的实际平均输出特性曲线对在其量程内事先规定好的理论直线的最大偏差,以传感器的满量程输出的百分比来表示。
②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差,以传感器的满量程输出的百分比来表示。端基直线则定义为由传感器量程所决定的实际平均输出特性首、末两端点的连线。
③零基线性度:传感器实际、平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差,以传感器的满量程输出的百分比来表示。而零基直线则定义为这样一条直线,它位于传感器的量程内,但可通过或延伸通过传感器的理论零点,并可改变其斜率,以把最大偏差减至最小。
④独立线性度:作两条与端基直线平行的直线,使之恰好包围所有的标定点,以与二直线等距离的直线作为拟合直线。
⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。
(3)迟滞
对于某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时在同一输入量下的输出量,这一现象称为迟滞,如图1-3所示。
图1-3 迟滞特性示意图
(4)重复性
在相同的工作条件下,在一段短的时间间隔内,输入量从同一方向作满量程变化时,同一输入量值所对应的连续先后多次测量所得的一组输出量值,它们之间相互偏离的程度称为传感器的重复性。
(5)稳定性
稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。理想的情况是,不管什么时候传感器的灵敏度等特性参数不随时间变化。但实际上,随着时间的推移,大多数传感器的特性会改变。这是因为传感元件或构成传感器部件的特性随时间发生变化,产生一种经时变化的现象。