传感器的量程 干货 带你认识基本的传感器特性参数

干货 带你认识基本的传感器特性参数

传感器的关键性能参数有多种，其中最为基本的特性参数有：量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、带宽，本文将对这些参数进行一一介绍。

量程

每个传感器都有自身的测量范围，被测量处在这个范围内时，传感器的输出信号才是有一定的准确性的。

传感器的量程XFS、满量程输出值YFS、测量上限Xmax、测量下限Xmin的关系见下图。

灵敏度

传感器的灵敏度是指其输出变化量ΔY与输入变化量ΔX的比值，可以用k表示。对于一个线性度非常高的传感器来说，也可认为等于其满量程输出值YFS与量程XFS的比值。

灵敏度高通常意味着传感器的信噪比高，这将会方便信号的传递、调理及计算。

线性度

传感器的线性度又称非线性误差，是指传感器的输出与输入之间的线性程度。理想的传感器输入-输出关系应该是呈线性的，这样使用起来才最为方便。但实际中的传感器都不具备这种特性，只是不同程度的接近这种线性关系。

实际中有些传感器的输入-输出关系非常接近线性，在其量程范围内可以直接用一条直线来拟合其输入-输出关系。有些传感器则有很大的偏离，但通过进行非线性补偿、差动使用等方式，也可以在工作点附近一定的范围内用直线来拟合其输入-输出关系。

选取拟合直线的方法很多，上图表示的是用最小二乘法求得的拟合直线，这是拟合精度最高的一种方法。实际特性曲线与拟合直线之间的偏差称之为传感器的非线性误差δ,其最大值与满量程输出值YFS的比值即为线性度γL。

迟滞

当输入量从小变大或从大变小时，所得到的传感器输出曲线通常是不重合的。也就是说，对于同样大小的输入信号，当传感器处于正行程或反行程时，其输出值是不一样大的，会有一个差值ΔH，这种现象称为传感器的迟滞。

产生迟滞现象的主要原因包括传感器敏感元件的材料特性、机械结构特性等，例如运动部件的摩擦、传动机构间隙、磁性敏感元件的磁滞等等。

迟滞误差γH的具体数值一般由实验方法得到，用正反行程最大输出差值ΔHmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。

重复性

一个传感器即便是在工作条件不变的情况下，若其输入量连续多次地按同一方向（从小到大或从大到小）做满量程变化，所得到的输出曲线也是会有不同的，可以用重复性误差γR来表示。

重复性误差是一种随机误差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔYmax的一半对其满量程输出值YFS的比值来表示。

精度

在测试测量过程中，出现误差是不可避免的。误差主要有系统误差和随机误差这两种。

引起系统误差的原因诸如测量原理及算法固有的误差、仪表标定不准确、环境温度影响、材料缺陷等，可以用准确度来反映系统误差的影响程度。

引起随机误差的原因有：传动部件间隙、电子元件老化等，可以用精密度来反映随机误差的影响程度。

精度则是一种反应系统误差和随机误差的综合指标，精度高意味着准确度和精密度都高。

一种较为常用的评定传感器精度方法是用线性度、迟滞和重复性这三项误差值的方根来表示。

分辨率

传感器的分辨率代表它能探测到的输入量变化的最小值。比如一把直尺，它的最小刻度为1mm，那么它是无法分辨出两个长度相差小于1mm的物体的区别的。

有些采用离散计数方式工作的传感器，例如光栅尺、旋转编码器等，它们的工作原理就决定了其分辨率的大小。有些采用模拟量变化原理工作的传感器，例如热电偶、倾角传感器等，它们在内部集成了A/D功能，可以直接输出数字信号，因此其A/D的分辨率也就限制了传感器的分辨率。

有些采用模拟量变化原理工作的传感器，例如电流传感器、电涡流位移传感器等，其输出为模拟信号，从理论上来讲它们的分辨率为无限小。但实际上，当被测量的变化值小到一定程度时，其输出量的变化值和噪声是处于同一水平的，已没有意义了，这也相当于限制了传感器的分辨率。

零点漂移

在传感器的输入量恒为零的情况下，传感器的输出值仍然会有一定程度的小幅变化，这就是零点漂移。引起零点漂移的原因有很多，比如传感器内敏感元件的特性随时间而变化、应力释放、元件老化、电荷泄露、环境温度变化等。其中，环境温度变化引起的零点漂移是最为常见的现象。

带宽

在实际应用中，大量的被测量是时间变化的动态信号，比如电流值的变化、物体位移的变化、加速度的变化等。这就要求传感器的输出量不仅要能够精确地反映被测量的大小，还要能跟得上被测量变化的快慢，这就是指传感器的动态特性。

从传递函数的角度来看，大多数传感器都可以简化为一个一阶或二阶环节，因此，通常可以用带宽来大概反映出其动态特性。

如下图所示，在传感器的带宽范围内，其输出量的幅值在一定范围内有个小幅变化（最大衰减为0.707）。因此，当输入值做正弦变化时，通常认为输出值是可以正确反映输入值的，但是当输入值变化的频率更高时，输出值将会产生明显的衰减，导致较大的测量失真。

“干货”请查收——传感器常用参数知识

一丶首先我们来聊聊为什么要知道传感器的相关参数呢？

我们在进行传感器选型时，首先应根据具体的应用去概述使用要求。当明确要求后（定位 ），就要评估什么是可用的（选型 ）。评估工作由研究传感器的参数表 开始，参数表给出了传感器所有的基本特征。接下来的任务是将要求与可用的传感器进行匹配。在可用的传感器中选择最好的传感器进行匹配。在可用的传感器中选择最好的固然吸引人，但选太好的传感器意味着成本过高也不适合于工程实践，而应该选择性价比最高，最适合客户的。

二丶下面我们来具体看有关参数

式1

式2

2.分辨率 ：它一般指传感器的最小量程是多少，也就是传感器的最大识别率，即系统能够测出的最小输入变量。对于数字式系统，分辨率就是指引起数字输出的末位数发生对应改变的输入增量。（数字式传感器以末位显示一个字所代表的输入量来表示）如果我们把它比作讲故事，那它就意味着故事讲述的详细程度。

3.静态重复精度： 我们一定要知道就算被测物在静止状态下，测量值都会有轻微的波动。静态重复精度顾名思义，它是指静止状态 下的被测物在相同位置 下反复测量 的误差幅度就是重复精度。比如，你测量一个100mm标准件，第一次你测量为100.01mm，第二次相同的测量条件，相同位置出，再次测量，结果为99.99mm,这之间的误差100.01－99.99=0.02mm，就是重复定位精度。当然，实际表示方法，都用±X表示，比如上面的误差会表示成±0.01mm，也即是±(0.02/2)。

4.满量程（有效量程） ：即传感器额定的有效量程范围。我们在选择传感器时一定要针对需求的检测距离选择包含有效量程范围内的传感器。

5、采样频率/采样周期 ：频率是指每秒钟测量的次数，频率越高测量一次花费的时间越短，测量时间越短越适合高速移动物体的检测。

6.IP防护等级 ：标准规定的防水、防尘等保护等级，IPXX,第一标记数字代表防尘等级 ，第二数字代表防水等级 。如IP67 ，6表示完全无灰尘进入，7表示浸在15cm到1m的水下30分钟没有影响。IP52， 5表示虽不能完全防止外物及灰尘，但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作。2表示虽不能完全防止水滴浸入，小于15°时滴水不会对电器造成损坏。下面给出相关的IP等级划分说明表

7 、定位精度 ：指的是你测量时，实际达到的位置，和你要求达到位置的误差。

8、线性误差（非线性度） ： 测量值与标准值之间的误差。计算方式为|测量值-标准值|=线性误差。

9.非线性误差 ：传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差除以满量程。即非线性误差=|测量值-标准值| 一般用um表示，有的地方也叫定位精度。

10.线性度： 线性度一般用量程的百分比表示=（校准曲线与拟合曲线间的最大偏差）/满量程，该值越小，表明线性特性越好。 如果把它比作讲故事，那么就是指能够正确的讲述故事

11、蠕变 ：固体材料保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。

12丶迟滞 ：迟滞误差是指在输入信号的给定点处传感器从反方向逼近时，其输出与正向输出相比的偏移量。例如：当被测物体在某一点出由左向右移动时，产生的电压与由右向左移动时产生的电压差20mv，如果传感器的灵敏度是10mv/mm的话，则以位移为单位的迟滞误差是2mm.通常迟滞的产生主要由传感器设计的外形，摩檫力和材料（尤其是塑料和环氧基树脂）内部结构变化引的

今天就先分享这么多。

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