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传感器的线性度参数指标简介

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  • 发布时间:2017/5/25 16:55:16
  • 作者:ly_yinhe

  基于传感器技术的信息技术已经成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术,传感器作为各种信息感知、采集的功能器件,已经越来越广泛的应用到国民经济的各个领域。因此,如何提高传感器测量技术的精确度,提高传感器功能器件的高稳定性和可靠性,是确保信息准确获取的可靠保证。传感器的线性度、重复性、迟滞、灵敏度都是衡量传感器静态特性的最重要的几个指标,下面本文主要对线性度计算及相关内容进行介绍。

传感器线性度计算

  线性度是各种仪表和传感器重要静态性能指标之一,线性度又称为非线性误差,表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的作为工作直线的拟合直线之间的偏离程度。这一指标通常以相对误差表示如下:

a

  △Lmax——输出校准曲线与拟合直线间的最大偏差;

  yFS——理论满量程输出。

  由上式可知,拟合直线是获得相应的线性度的基础,选择的拟合直线不同,△

  Lmax不同,计算所得的线性度数值也就不同。

传感器线性度表示方法

01理论直线法

理论直线法

  理论直线法是以传感器的理论特性直线作为拟合直线,与传感器被测输出值无关。

  例如:在一个标准大气压力试验条件下,设定被测温度传感器下限值为0℃,上限值为100℃,以测量范围为0℃~100℃的二等标准水银温度计作为标准计量器具,不管温度标定试验级数如何确定,均以标准水银温度计示值作为拟合直线,即试验各温度测试点温度传感器计算温度值均直接与该测试点标准水银温度计示值进行比较,从中获取△maxL,△maxL值即为被测温度传感器线性误差,也称之为理论线性度。

02最佳直线法

最佳直线法

  通过图解法或计算机辅助解算,获得一条“最佳直线”,使得传感器正反行程校准曲线相对于该直线的正、负偏差相等且最小。如上图所示。由此所得的线性度即为最佳线性度,也称为“独立线性度”。

03端点直线法

端点直线法

  以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线,这种方法可为称之为端点直线法,端基直线法,相应地线性度称之为端点线性度或端基线性度。端点直线法示意见上图,端点直线法拟合直线方程为:

b

04最小二乘直线法

  利用最小二乘原理获取拟合直线的方法称为最小二乘直线法。这种方法的基本原理是使传感器校准数据的残差的平方和最小。

c

  最小二乘法拟合直线以上式表示,设定传感器校准测试点为n,第i个标准数据yi的残差△i为:

d

  按最小二乘法原理,应使e 最小。因此,以f 分别对b和k求一阶偏导数并使其等于0,即可求得b和k。