1.3.1 传感器的静态特性

静态特性表示传感器在被测各量值处于稳定状态时的输入与输出之间的关系。它主要包括灵敏度、分辨力（分辨率）、测量范围和量程，以及误差特性。

1.灵敏度

灵敏度是指稳态时传感器输出量y与输入量x之比，或者输出量y的增量与相应输入量x的增量之比，用k表示，即

线性传感器的灵敏度k为常数；非线性传感器的灵敏度k是随输入量变化的量。

2.分辨力

传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力，它往往受噪声的限制，所以噪声电平的大小是决定传感器分辨力的关键因素。

实际应用中，分辨力可用传感器的输出值代表的输入量来表示：模拟式传感器以最小刻度的一半所代表的输入量表示；数字式传感器则以末位显示一个字所代表的输入量表示。注意，不要将分辨力与分辨率混淆。分辨力是与被测量有相同量纲的绝对值，而分辨率则是分辨力与量程的比值。

3.测量范围和量程

在允许误差范围内，传感器能够测量的下限值（y_min）与上限值（y_max）之间的范围称为测量范围，表示为y_min～y_max；上限值与下限值的差称为量程，表示为y_F.S=y_max-y_min。例如，某温度计的测量范围是-20～100℃，量程为120℃。

4.误差特性

传感器的误差特性包括线性度、迟滞、重复性、零漂和温漂等。

1）线性度

线性度即非线性误差。为了便于对传感器进行标定和数据处理，要求传感器的特性为线性关系，而实际的传感器特性常呈非线性，这就需要对传感器进行线性化。传感器的静态特性是在标准条件下校准（标定）的，即在没有加速度、振动、冲击及温度为（20±5）℃、相对湿度不大于85%、大气压力为（101 327±7800）Pa的条件下，用一定等级的设备，对传感器进行反复循环测试得到的输入和输出数据，然后用表格列出或绘出曲线，这条曲线称为校准曲线。传感器的校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差（ΔL_max）与满量程值（y_F.S）的百分比称为线性度，用γ_L表示，即

由此可知，非线性误差是以一定的拟合直线为基准计算出来的，拟合直线不同，所得的线性度也不同。图1-2所示为传感器常用拟合直线示意图，即端基拟合直线和独立拟合直线。

（1）端基拟合直线是由传感器校准数据的零点输出平均值和满量程输出平均值连成的一条直线。由此所得的线性度称为端基线性度。这种拟合方法简单直观，应用较广泛，但拟合精度很低，尤其对非线性比较明显的传感器，拟合精度更差。

（2）独立拟合直线方程是用最小二乘法求得的，在全量程范围内各种误差都最小，由此所得的独立线性度也称最小二乘法线性度。这种方法拟合精度最高，但计算很复杂。

2）迟滞

迟滞是指在相同工作条件下，传感器正行程特性与反行程特性不一致的程度，传感器的迟滞特性如图1-3所示。其数值为对应同一输入量的正行程和反行程输出值间的最大偏差ΔH_max与满量程输出值的百分比，用γ_H表示，即

或者用其一半来表示。

3）重复性

重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变换多次所得特性曲线的不一致性，传感器的重复性如图1-4所示。其数值用各测量值正、反行程标准偏差最大值σ的2倍或3倍与满量程的百分比表示，记作γ_K，即

式中，c为置信因数，取2或3。当c=2时，置信概率为95%；当c=3时，置信概率为99.73%。

从误差的性质方面分析，重复性误差属于随机误差。若误差完全按正态分布，则随机误差的标准σ可由各次校准测量数据间的最大误差Δ_im求出，即

式中，n为重复测量的次数。

4）零漂和温漂

传感器无输入（或某一输入值不变）时，每隔一定时间，其输出值偏离原始值的最大偏差与满量程的百分比，即零漂。温度每上升1℃，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比称为温漂。