传感器基本特性详解：静态与动态指标

"第3章 传感器基本特性" 本章主要探讨了传感器的基本特性，包括静态特性和动态特性。传感器在各种领域中起着至关重要的作用，它们能够将物理信号转化为可测量的电信号。 首先，静态特性是衡量传感器在稳定状态下的性能指标，包括线性度、灵敏度、重复性、迟滞和漂移。线性度是指传感器输出与输入之间关系的线性程度，理想的传感器应该具有良好的线性。灵敏度是指传感器输出变化对输入变化的比率，它直接影响到传感器的测量精度。重复性则关注传感器在相同条件下多次测量同一输入时输出的一致性。迟滞是指传感器在同一输入下正反行程输出的不同，而漂移则是指传感器在无输入变化情况下输出随时间的自发变化。 动态特性则涉及传感器对变化输入的响应速度和质量，例如时域响应、幅频特性、相频特性、固有频率、时间常数和阻尼系数等。时域响应中的延迟时间是传感器从输入开始变化到输出开始变化的时间，而上升时间则是输出达到稳态值一定比例（如90%）所需的时间。一阶传感器的时间常数决定了其频率响应能力，通常时间常数越大，频率响应越差。固有频率是二阶系统的关键参数，它决定了传感器的共振频率，提高固有频率能扩大频率响应范围并减小动态误差。 在实际应用中，动态特性中的指标如固有频率、阻尼比等对于传感器的稳定性和快速响应至关重要。例如，二阶系统的位移与激振力之间的相位差在固有频率时恒为90°。传感器的精度则是其输出值与被测值相符合的程度，而非重复性、灵敏度或漂移这些静态特性指标。 此外，非线性度描述了传感器输出与输入之间的理想比例关系，回程误差则关注在正反行程中输出-输入特性曲线的重合程度。对于一阶系统，如温度传感器，时间常数决定了其对温度突变的响应速度。例如，一个时间常数为3秒的传感器，要达到突变温度指示的三分之一，需要约1.2秒的时间。 传感器的静态和动态特性是评估其性能的重要依据，理解这些特性有助于选择和优化传感器在不同应用场景中的表现。无论是静态特性还是动态特性，都直接关系到传感器的测量准确度、响应速度以及稳定性。