传感器非线性度什么是压力传感器的非线性？

发布时间：2024-10-06 12:10:19

什么是压力传感器的非线性？

之前麦克传感有讲解了什么叫做传感器的“温漂”，然而一个高精度的传感器除了“温漂”以外，需要考察的性能可远不止此，非线性度就是其中重要的性能指标之一。

为什么需要关注压力传感器的非线性问题？压力传感器是压力变送器的核心部件，目前常用的压力传感器是压阻式压力传感器，而其输出信号存在着很大的

非线性，会直接影响压力变送器的性能和测量精度 。

那什么是传感器的非线性？从定义上来讲，传感器的非线性是指随着压力变化，压力传感器输出呈现一条特性曲线，这条曲线与拟合直线的最大偏差值与该传感器的满量程输出之间百分比叫做非线性度，这一百分比的大小决定了传感器非线性优劣，简单直观的理解上来说，就是指输出的特性曲线与拟合直线偏离程度为非线性度。

为什么压力传感器会产生非线性问题呢？压阻式压力传感器常用桥式测量电路（惠思登电桥），如下图所示，

在初始状态时，四个桥臂电阻值保持一致，当输入外力作用时，桥臂电阻平衡状态就会打破，此时输出端就会出现电位差，输出电压的大小与供电电压以及桥臂电阻的相对变化量成一定比例，这个桥臂电阻的相对变化量就决定着传感器非线性的大小。

而每个压阻式压力传感器在制造过程中采用一些特殊工艺，如老化、压力冲击、焊接等，均会对传感器性能产生不同程度的影响，再者，扩散硅芯片在实际生产工艺中，4个桥臂电阻值很难保持绝对一致，因此，每只传感器都有标称的非线性度。

既然非线性如此重要，那如何计算出传感器的非线性数值呢？首先，让传感器在规定温度环境下，给压力传感器加压测试，从零点加到满量程，待压力稳定后降压，返回零点。然后在包括传感器测量上、下限的全量程范围内，选择均匀分布的6~11个试验点进行测试，并且重复三次或三次以上的升、降压校准循环测试。

测试数据如下图所示：

在采集数据完毕后，我们就需要进行非线性指标的计算，常用的非线性指标计算方法有最佳直线法、端基法和最小二乘法两种，麦克传感采用最小二乘法来进行非线性指标计算。

看到这，你对压力传感器非线性有了解了吗？那么下一步，我们将介绍如何优化压力传感器的非线性？容我今天在这里先卖个关子，我们下期不见不散！

似是而非的传感器技术指标辨析（4）：非线性与非线性误差

技术指标，是表征一个产品性能优劣的客观依据。对于传感器的使用者而言，看懂技术指标将有助于甄别产品质量好坏、正确选型和使用产品。对于传感器的设计者而言，理解技术指标将有助于设计合规合理的传感器产品。

由于传感器的技术指标众多，各种资料文献叙述角度不同，使得不同人有不同的理解，甚至产生误解和歧义。个别商家也将不同概念进行混淆、以乱视听。不同厂家给出的产品技术指标良莠不齐、鱼龙混杂。

本文针对传感器中的几个容易模糊混淆的技术指标进行详细的解读与辨析。

4. 非线性与非线性误差

定义：非线性是指传感器输入输出特性曲线与理想特性直线的偏离程度，英文为Non-linearity。如图所示，理想的传感器特性曲线应为红色虚线表示的直线，而实际的传感器特性曲线为绿色实线表示的曲线，实际特性曲线与理想特性直线之间的偏离即为非线性，而每个测量点与理想特性直线的偏差Δ称之为该点的非线性误差。

非线性

算法：非线性常以全量程范围内所有测量点处非线性误差的最大值与满量程值之比来计算，即：

非线性计算公式

式中：ΔYmax为传感器实际特性曲线与理想直线的最大偏差值（即所有测量点的非线性误差最大者）， YFS为传感器的满量程测量值。

解读1 ：线性度就是表征了传感器在全量程范围内实际特性曲线与理想特性直线之间的差异程度，因此非线性是一个与全量程有关的概念。只有当被测量在全量程范围内变化的情形下，才会考虑非线性问题。如果被测量始终稳定在一个很小的范围内甚至基本保持不变，则实际的测量误差的变化也基本维持在一个固定的范围内，而且不一定是全量程范围内最大的非线性误差。

解读2 ：线性度是一个相对量，是全量程范围内最大的非线性误差与满量程的占比。而某个测量点所对应的非线性误差则是一个绝对量，其量纲与被测量相同。全量程范围内不同被测量对应的非线性误差也是不同的，通常都小于最大的非线性误差。

解读3 ：对于大多数的测量场合而言，传感器的理想特性直线是未知的，无从获取。为此，常常采用“拟合直线”的折中办法，即直接利用传感器的测量数据计算出与理想直线较为接近的一条拟合直线。具体计算方法，请参考相关文献。

解读4 ：拟合算法主要包括端点连线法、最佳直线法、最小二乘法等。需要特别指出的是，采用不同拟合方法得到的拟合直线是不同的，由此计算得到的非线性结果也注定是不同。因此，不同拟合方法得到的非线性之间不具备可比性 ，不能直接进行比较大与小。在没有特殊说明的情形下，一般默认为最小二乘法获得的拟合直线最具权威性。

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