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傳感器動態參數測試的特殊問題

  靜態信號測量時,線性傳感器的輸出一輸人特性是一條直線,二者之間有一一 對應關系;而且因為被測信號不隨時間變化,測量和記錄過程不受時間限制。而在實際測試工作中,大量的被測信號是動態信號,傳感器對動態信號的測量任務不僅需要精確地測量信號幅值的大小,而且需要測量和記錄動態信號隨時間變化過程 的波形,這就要求傳感器或者稱重傳感器能迅速準確地測出信號幅值的大小和無失真地再現被測 信號隨時間變化的波形。
  傳感器的動態特性是指傳感器對激勵(輸人)的響應(輸出)特性。一個動態特性好的壓力傳感器,其輸出y(t)隨時間變化的規律(變化曲線),將能同時再現輸人 x(t)隨時間變化的規律(變化曲線),即y(t)與x(t)具有相同的時間函數。這就 是動態測量中對傳感器提出的新要求。但實際上除了理想的比例特性環節外,輸 出信號不會與輸人信號具有完全相同的時間函數,這種輸出與輸人間的差異就是 所謂的動態誤差。
  為了進一步說明動態參數測試中發生的動志誤差特殊問題,下面討論一個測量水溫的實際過程。用一個恒溫水槽,使其中水溫保持T(℃),而當地的環境溫度為T0,設T>T0。把一支熱電偶放于此環境中一定時間,那么熱電偶反映出來的溫度應為T0(不考慮其他因素造成的誤差)。現將熱電偶迅速插到恒溫水槽的熱水中(插人時間忽略不計),這時熱電偶測 量的溫度參數發生一個突變,即從To突變到T,我們馬上看一下熱電偶輸出的指 示值,它并沒有從T0立即上升到T,而是從T0逐步上升到T的。熱電偶指示出 來溫度從T0上升到T,歷經了時間從t0到t的過渡過程。沒有這 樣一個過程就不會得到正確的測量結果。從t0~t的過程中,測試曲線始終與溫 度從T0跳變到T的實際階躍波形存在差值,這個差值就稱為動態誤差,從記錄波 形看,測試具有一定失真。
  究其測試失真和產生動態誤差的原因,可以肯定:首先,如果被測溫度不產生 變化,不會產生上述現象;其次就應考查熱電偶(傳感器)對動態參數測試的適應性 能,即它的動態特性怎樣。熱電偶測量熱水溫度時,水的熱量需通過熱電偶的殼體 傳遞到熱接點上,熱接點又具有一定的熱容量,它與水溫的熱平衡需要葉個過程, 所以熱電偶不能在被測溫度變化時立即產生相應的反映。這種由熱容量所決定的 性能稱為熱慣性,這種熱慣性是熱電偶固有的,它就決定了熱電偶測量快速溫度變 化時會產生動態誤差。
  傳感器動態特性研究,就是從測量誤差角度分析傳感器產生動態誤差的原因 (固有特性)及其改善措施。
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