帶你認(rèn)識(shí)基本的圖爾克TURCK傳感器特性參數(shù)

圖爾克TURCK傳感器的關(guān)鍵性能參數(shù)有多種，其中最為基本的特性參數(shù)有：量程、靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性、精度、分辨率、零點(diǎn)漂移、帶寬，本文將對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行一一介紹。

每個(gè)圖爾克TURCK傳感器都有自身的測(cè)量范圍，被測(cè)量處在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，傳感器的輸出信號(hào)才是有一定的準(zhǔn)確性的。

圖爾克TURCK傳感器的量程XFS、滿(mǎn)量程輸出值YFS、測(cè)量上限Xmax、測(cè)量下限Xmin的關(guān)系見(jiàn)下圖。

圖爾克TURCK傳感器的靈敏度是指其輸出變化量ΔY與輸入變化量ΔX的比值，可以用k表示。對(duì)于一個(gè)線性度非常高的傳感器來(lái)說(shuō)，也可認(rèn)為等于其滿(mǎn)量程輸出值YFS與量程XFS的比值。

靈敏度高通常意味著傳感器的信噪比高，這將會(huì)方便信號(hào)的傳遞、調(diào)理及計(jì)算。

圖爾克TURCK傳感器的線性度又稱(chēng)非線性誤差，是指?jìng)鞲衅鞯妮敵雠c輸入之間的線性程度。理想的傳感器輸入-輸出關(guān)系應(yīng)該是呈線性的，這樣使用起來(lái)才最為方便。但實(shí)際中的傳感器都不具備這種特性，只是不同程度的接近這種線性關(guān)系。

實(shí)際中有些圖爾克TURCK傳感器的輸入-輸出關(guān)系非常接近線性，在其量程范圍內(nèi)可以直接用一條直線來(lái)擬合其輸入-輸出關(guān)系。有些傳感器則有很大的偏離，但通過(guò)進(jìn)行非線性補(bǔ)償、差動(dòng)使用等方式，也可以在工作點(diǎn)附近一定的范圍內(nèi)用直線來(lái)擬合其輸入-輸出關(guān)系。

選取擬合直線的方法很多，上圖表示的是用最小二乘法求得的擬合直線，這是擬合精度最高的一種方法。實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱(chēng)之為傳感器的非線性誤差δ,其最大值與滿(mǎn)量程輸出值YFS的比值即為線性度γL。

當(dāng)輸入量從小變大或從大變小時(shí)，所得到的傳感器輸出曲線通常是不重合的。也就是說(shuō)，對(duì)于同樣大小的輸入信號(hào)，當(dāng)傳感器處于正行程或反行程時(shí)，其輸出值是不一樣大的，會(huì)有一個(gè)差值ΔH，這種現(xiàn)象稱(chēng)為傳感器的遲滯。

產(chǎn)生遲滯現(xiàn)象的主要原因包括圖爾克TURCK傳感器敏感元件的材料特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性等，例如運(yùn)動(dòng)部件的摩擦、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙、磁性敏感元件的磁滯等等。

遲滯誤差γH的具體數(shù)值一般由實(shí)驗(yàn)方法得到，用正反行程最大輸出差值ΔHmax的一半對(duì)其滿(mǎn)量程輸出值YFS的比值來(lái)表示。

一個(gè)圖爾克TURCK傳感器即便是在工作條件不變的情況下，若其輸入量連續(xù)多次地按同一方向（從小到大或從大到小）做滿(mǎn)量程變化，所得到的輸出曲線也是會(huì)有不同的，可以用重復(fù)性誤差γR來(lái)表示。

重復(fù)性誤差是一種隨機(jī)誤差，常用正行程或反行程中的最大偏差ΔYmax的一半對(duì)其滿(mǎn)量程輸出值YFS的比值來(lái)表示。

在測(cè)試測(cè)量過(guò)程中，出現(xiàn)誤差是不可避免的。誤差主要有系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差這兩種。

引起系統(tǒng)誤差的原因諸如測(cè)量原理及算法固有的誤差、儀表標(biāo)定不準(zhǔn)確、環(huán)境溫度影響、材料缺陷等，可以用準(zhǔn)確度來(lái)反映系統(tǒng)誤差的影響程度。

引起隨機(jī)誤差的原因有：傳動(dòng)部件間隙、電子元件老化等，可以用精密度來(lái)反映隨機(jī)誤差的影響程度。

精度則是一種反應(yīng)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)，精度高意味著準(zhǔn)確度和精密度都高。

一種較為常用的評(píng)定傳感器精度方法是用線性度、遲滯和重復(fù)性這三項(xiàng)誤差值的方根來(lái)表示。

傳感器的分辨率代表它能探測(cè)到的輸入量變化的最小值。比如一把直尺，它的最小刻度為1mm，那么它是無(wú)法分辨出兩個(gè)長(zhǎng)度相差小于1mm的物體的區(qū)別的。

有些采用離散計(jì)數(shù)方式工作的傳感器，例如光柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等，它們的工作原理就決定了其分辨率的大小。有些采用模擬量變化原理工作的傳感器，例如熱電偶、傾角傳感器等，它們?cè)趦?nèi)部集成了A/D功能，可以直接輸出數(shù)字信號(hào)，因此其A/D的分辨率也就限制了傳感器的分辨率。

有些采用模擬量變化原理工作的傳感器，例如電流傳感器、電渦流位移傳感器等，其輸出為模擬信號(hào)，從理論上來(lái)講它們的分辨率為無(wú)限小。但實(shí)際上，當(dāng)被測(cè)量的變化值小到一定程度時(shí)，其輸出量的變化值和噪聲是處于同一水平的，已沒(méi)有意義了，這也相當(dāng)于限制了傳感器的分辨率。

在圖爾克TURCK傳感器的輸入量恒為零的情況下，傳感器的輸出值仍然會(huì)有一定程度的小幅變化，這就是零點(diǎn)漂移。引起零點(diǎn)漂移的原因有很多，比如傳感器內(nèi)敏感元件的特性隨時(shí)間而變化、應(yīng)力釋放、元件老化、電荷泄露、環(huán)境溫度變化等。其中，環(huán)境溫度變化引起的零點(diǎn)漂移是最為常見(jiàn)的現(xiàn)象。

在實(shí)際應(yīng)用中，大量的被測(cè)量是時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，比如電流值的變化、物體位移的變化、加速度的變化等。這就要求傳感器的輸出量不僅要能夠精確地反映被測(cè)量的大小，還要能跟得上被測(cè)量變化的快慢，這就是指?jìng)鞲衅鞯膭?dòng)態(tài)特性。

從傳遞函數(shù)的角度來(lái)看，大多數(shù)傳感器都可以簡(jiǎn)化為一個(gè)一階或二階環(huán)節(jié)，因此，通?？梢杂脦拋?lái)大概反映出其動(dòng)態(tài)特性。

如下圖所示，在傳感器的帶寬范圍內(nèi)，其輸出量的幅值在一定范圍內(nèi)有個(gè)小幅變化（最大衰減為0.707）。因此，當(dāng)輸入值做正弦變化時(shí)，通常認(rèn)為輸出值是可以正確反映輸入值的，但是當(dāng)輸入值變化的頻率更高時(shí)，輸出值將會(huì)產(chǎn)生明顯的衰減，導(dǎo)致較大的測(cè)量失真。