传感器静态特性与静态标定条件

静态特性定义

静态特性指传感器在输入量不随时间变化或变化极缓慢时，其输出量与输入量之间的对应关系。研究静态特性时，忽略时间因素，只考察稳态下输入与输出的函数关系。

输入输出关系

设输入量为 $x$，输出量为 $y$，静态特性可表示为：

其中 $f$ 由传感器原理、结构及工作条件决定。理想线性关系为 $y=kx+b$，$k$ 为灵敏度，$b$ 为零位输出。

正行程与反向行程

• 正向行程：输入量由小到大逐渐增大的测量过程。
• 反向行程：输入量由大到小逐渐减小的测量过程。

同一输入量在正、反行程中对应输出量可能不同，其差值反映迟滞。

满量程与输出量变化

• 满量程：测量装置输出范围的上限与下限之差，记为 $y_{FS}$。
• 输出量变化：输出量在两点之间的差值，$\mathrm{\Delta }y=y_2-y_1$。
• 输入量变化：输入量在两点之间的差值，$\mathrm{\Delta }x=x_2-x_1$。

灵敏度可表示为 $S=\mathrm{\Delta }y\mathrm{/}\mathrm{\Delta }x$。

真值

真值是被测量本身所具有的真正值。实际测量中真值难以获得，常用约定真值或标准器示值代替。

静态标定条件

静态标定需满足以下条件：

1. 无输入状态：输入量为零，用于确定零位输出。
2. 输入量从零开始缓慢增加：以极慢速率使输入量由零逐渐增大，避免动态效应。
3. 温度变化：环境或工作温度发生改变时，需记录温度对输出的影响。
4. 全量程连续多次变动：在完整测量范围内按同一方向重复进行多次测量，以评估重复性。

标定过程中，输入量按正、反行程在全量程内变化，记录对应输出。

阶梯状离散输出

某些传感器输出量随输入量连续变化而呈离散台阶式跳变，称为阶梯状变化。该现象源于量化、数字输出或机械切换，使输出不能连续跟随输入。此时静态特性表现为阶梯曲线，台阶宽度对应输入分辨力，台阶高度对应输出最小变化量。

关系总结

静态特性由输入输出关系描述；正反行程差异反映迟滞；满量程用于归一化；真值作为参考；标定条件保证测量一致；阶梯状变化是离散输出的表现。