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传感器动态参数测试的特殊问题

传感器动态参数测试的特殊问题

  静态信号测量时,线性传感器的输出一输人特性是一条直线,二者之间有一一 对应关系;而且因为被测信号不随时间变化,测量和记录过程不受时间限制。而在实际测试工作中,大量的被测信号是动态信号,传感器对动态信号的测量任务不仅需要精确地测量信号幅值的大小,而且需要测量和记录动态信号随时间变化过程 的波形,这就要求传感器或者称重传感器能迅速准确地测出信号幅值的大小和无失真地再现被测 信号随时间变化的波形。
  传感器的动态特性是指传感器对激励(输人)的响应(输出)特性。一个动态特性好的压力传感器,其输出y(t)随时间变化的规律(变化曲线),将能同时再现输人 x(t)随时间变化的规律(变化曲线),即y(t)与x(t)具有相同的时间函数。这就 是动态测量中对传感器提出的新要求。但实际上除了理想的比例特性环节外,输 出信号不会与输人信号具有完全相同的时间函数,这种输出与输人间的差异就是 所谓的动态误差。
  为了进一步说明动态参数测试中发生的动志误差特殊问题,下面讨论一个测量水温的实际过程。用一个恒温水槽,使其中水温保持T(℃),而当地的环境温度为T0,设T>T0。把一支热电偶放于此环境中一定时间,那么热电偶反映出来的温度应为T0(不考虑其他因素造成的误差)。现将热电偶迅速插到恒温水槽的热水中(插人时间忽略不计),这时热电偶测 量的温度参数发生一个突变,即从To突变到T,我们马上看一下热电偶输出的指 示值,它并没有从T0立即上升到T,而是从T0逐步上升到T的。热电偶指示出 来温度从T0上升到T,历经了时间从t0到t的过渡过程。没有这 样一个过程就不会得到正确的测量结果。从t0~t的过程中,测试曲线始终与温 度从T0跳变到T的实际阶跃波形存在差值,这个差值就称为动态误差,从记录波 形看,测试具有一定失真。
  究其测试失真和产生动态误差的原因,可以肯定:首先,如果被测温度不产生 变化,不会产生上述现象;其次就应考查热电偶(传感器)对动态参数测试的适应性 能,即它的动态特性怎样。热电偶测量热水温度时,水的热量需通过热电偶的壳体 传递到热接点上,热接点又具有一定的热容量,它与水温的热平衡需要叶个过程, 所以热电偶不能在被测温度变化时立即产生相应的反映。这种由热容量所决定的 性能称为热惯性,这种热惯性是热电偶固有的,它就决定了热电偶测量快速温度变 化时会产生动态误差。
  传感器动态特性研究,就是从测量误差角度分析传感器产生动态误差的原因 (固有特性)及其改善措施。
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