2.4　测试系统特性

2.4.1　 测试系统静态特性

（1）线性度

传感器的静态特性是在静态标准条件下，利用一定等级的标准设备，对传感器进行往复循环测试，得到输入/输出特性（列表或画曲线）。通常希望这个特性（曲线）为线性，这对标定和数据处理会很方便。但实际的输出与输入特性只能接近线性，对比理论直线有偏差，如图2-10所示。实际曲线与其两个端尖连线（称理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其最大值与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。

　

　（2-20）

式中　γL——线性度（非线性误差）；

yFS——输出满度值；

Δmax——最大非线性绝对误差。

（2）灵敏度

传感器在静态标准条件下，输出变化与输入变化的比值称灵敏度，用S0表示，即

　　 （2-21） 　　

对于线性传感器来说，它的灵敏度S0是个常数。

（3）迟滞

传感器在正向（输入量增大）、反向（输入量减小）行程中输出/输入特性曲线的不重合程度称为迟滞，迟滞误差一般以满量程输出yFS的百分数表示

　　 （2-22） 　　

式中，ΔHm为输出值在正向、反向行程间的最大差值。

迟滞特性一般由实验方法确定，如图2-11所示。

（4）重复性

传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得输出/输入曲线的不一致程度，称为重复性，如图2-12所示。重复性误差用满量程输出yFS的百分数表示，即

　　 （2-23） 　　

式中，ΔRm为输出最大重复性误差。

重复特性也用实验方法确定，常用绝对误差表示，如图2-12所示。

（5）分辨力

传感器能检测到的最小输入增量称为分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。分辨力与满度输入比的百分数称为分辨率。

（6）漂移

在传感器内部因素或外界干扰的情况下，传感器的输出变化称为漂移。当输入状态为零时的漂移称为零点漂移。在其他因素不变的情况下，传感器的输出随着时间的变化产生的漂移称为时间漂移；随着温度的变化产生的漂移称为温度漂移。

（7）精度

表示测量结果和被测量的“真值”的靠近程度。精度一般是用校验或标定的方法来确定，此时“真值”则靠其他更精确的仪器或工作基准来给出。国家标准中规定了传感器和测试仪表的精度等级，如电工仪表精度分七级，分别是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5级。精度等级（S）的确定方法是：首先算出绝对误差与输出满度量程之比的百分数，然后靠近比其低的国家标准等级值即为该仪器的精度等级。

2.4.2　测试系统动态特性

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时它的输出特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推出后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

传感器的线性度：通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线，或将与特性曲线上各点偏差的平方和最小的理论直线作为拟合直线，则此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

传感器的灵敏度：灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化Δy对输入量变化Δx的比值。它是输出/输入特性曲线的斜率。若传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。

灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

传感器的分辨率：分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化能力。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨率并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量的最大变化值作为衡量分辨率的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率与传感器的稳定性呈负相关性。