传感器术语

传感器的灵敏度定义为输出特性曲线的斜率（图1中的DY/DX），或更一般地说，是产生可检测输出变化的物理参数的最小输入。在某些传感器中，灵敏度被定义为产生标准化输出变化所需的输入参数变化。在其他情况下，它被定义为给定输入参数改变的输出电压改变。例如，典型的血压传感器的灵敏度额定值为10 mV/V/mm Hg，即施加每伏特激励电压和每毫米汞柱的压力下，输出电压为10 mV。

灵敏度误差

灵敏度误差（图1中的点状CURVE）偏离特性CURVE的理想斜率。例如，上述压力传感器的实际灵敏度可能为7.8 mV/V/mm Hg，而不是10 mV/V/mm Hg。

传感器的范围是可测量应用参数的最大值和最小值。例如，给定压力传感器的范围为-400至+400 mm Hg。或者，正负范围通常不相等。例如，某医用血压传感器的最小（真空）极限为-50 mm Hg（图1中的Y_min），最大（压力）极限为+450 mm Hg（图1中的Y_max）。顺便提一句，此规范很常见，这也是医生和护士在尝试通过动脉线抽取血液时，忽略系统中流体止血阀的位置而破坏血压传感器的原因之一。小型注射器可在封闭系统上产生巨大的真空。

图1.理想CURVE和灵敏度误差。来源：J.J.Carr, Sensors and Circuits Prentice Hall.

动态范围

动态范围是传感器从最小值到最大值的总范围。图1中，R_dyn = Y_max - l -Y_minl。

精度是指测量的可重复性程度。换句话说，如果多次测量完全相同的值，理想的传感器每次都会输出完全相同的值。但实际传感器输出的值范围与实际正确值有一定关系。例如，假设对传感器施加的压力正好为150 mm Hg。即使施加的压力从未改变，传感器的输出值也会有很大变化。当真实值和传感器的均值不在一定距离内时，精度会产生一些微妙的问题
（例如，正态分布CURVE的1-s范围）。

该规范是输出信号可检测到的最小输入参数增量变化。分辨率可用读数的比例（或全量程读数）或绝对值表示。

传感器的精度是实际值（必须通过主要或良好的次要标准测量）与传感器输出指示值之间的最大差值。同样，精度可用满刻度百分比或绝对值表示。

传感器的偏移误差定义为应为0时存在的输出，或者在特定条件下实际输出值和指定输出值的差。如果特性曲线与理想曲线具有相同的灵敏度斜率，但在b处与Y轴（输出）相交，而不是在0处，则会出现图1中第一种情况的范例。图2中的pH电极特性CURVE演示了另一种偏移形式。理想CURVE只存在于一个温度（通常为25°C），而实际CURVE将介于最低温度和最高温度极限之间，具体取决于样本和电极的温度。

传感器的线性度表示传感器实际测得的曲线与理想曲线的偏离程度。图3显示了理想线或最小二乘拟合线与实际测量线或校准线之间的夸张关系（注意，在大多数情况下，静态CURVE用于确定线性度，这可能与动态线性度有所不同）线性度通常通过非线性百分比指定，其定义为：

其中

非线性(%)是非线性的百分比
D_in(max)是最大输入偏差
IN_f.s.是最大全量程输入

方程6-1定义的静态非线性通常受环境因素的影响，包括温度、振动、声噪声水平和湿度。必须了解规范在什么条件下有效，偏离这些条件可能不会引起线性度的线性变化。

无论改变的方向如何，传感器都应能够跟踪输入参数的变化；滞后是该属性的衡量标准。图4为典型的滞后CURVE。注意，更改的方向很重要。从较高值（点P）接近固定输入值（图4中的点B），其显示结果将与从较低值（点Q或零）接近同一值时的显示结果不同。注意，输入值B可表示为F(X)₁、F(X)₂或F(X)₃，具体取决于紧接的前一个值，这显然是由滞后引起的错误。

当输入参数发生变化时，传感器不会立即改变输出状态。相反，它将在一段时间内变为新的状态，称为响应时间(图5中的T_r)。响应时间可定义为传感器输出从先前状态变为正确新值容差范围内的最终稳定值所需时间。这一概念与系统时间常量(T)的概念有所不同。该术语的定义类似于电容通过电阻充电，通常小于响应时间。

图5中的曲线显示了两种类型的响应时间。在图5a中，CURVE表示输入参数突然正步长函数改变后的响应时间。图5b显示的形式是输入参数负向阶跃函数改变时的衰减时间（T_d，用于区分T_r，因为它们并不总是相同的）。

传感器的动态线性度用于衡量其跟踪输入参数快速变化的能力。幅值失真特性、相位失真特性和响应时间对于确定动态线性度非常重要。给定一个低滞后系统（始终可取），幅值响应表示为：

在方程6-2中，F(X)是输出信号，X项表示输入参数及其谐波，K是偏移常量（如有）。传感器动作产生的误差谐波与输入参数的动态动作产生的自然谐波位于同一频带时，谐波尤其重要。所有连续波形都由基波正弦波及其谐波的傅立叶级数表示。任意非正弦波形（包括物理参数随时间的变化）。存在的谐波会受到传感器动作的影响。

图6.输出与输入信号曲线显示(a)二次误差；(b)三次误差。来源：J.J.Carr, Sensors and Circuits Prentice Hall.

校准CURVE的非线性特性（图6）说明了存在哪些谐波。在图6a中，校准曲线（虚线）不对称，因此仅存在奇数谐波项。假设理想曲线的形式为F(x) = mx + K，方程6-2在对称情况下变为：

在其他类型的校准曲线（图6b）中，所示值与理想mx + K曲线对称。在该情况下，F(X) = -F(-X)，方程6-2的形式为：

法律说明