1.3.1 傳感器的靜態特性

靜態特性表示傳感器在被測各量值處于穩定狀態時的輸入與輸出之間的關系。它主要包括靈敏度、分辨力（分辨率）、測量范圍和量程，以及誤差特性。

1.靈敏度

靈敏度是指穩態時傳感器輸出量y與輸入量x之比，或者輸出量y的增量與相應輸入量x的增量之比，用k表示，即

線性傳感器的靈敏度k為常數；非線性傳感器的靈敏度k是隨輸入量變化的量。

2.分辨力

傳感器在規定的測量范圍內能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分辨力，它往往受噪聲的限制，所以噪聲電平的大小是決定傳感器分辨力的關鍵因素。

實際應用中，分辨力可用傳感器的輸出值代表的輸入量來表示：模擬式傳感器以最小刻度的一半所代表的輸入量表示；數字式傳感器則以末位顯示一個字所代表的輸入量表示。注意，不要將分辨力與分辨率混淆。分辨力是與被測量有相同量綱的絕對值，而分辨率則是分辨力與量程的比值。

3.測量范圍和量程

在允許誤差范圍內，傳感器能夠測量的下限值（y_min）與上限值（y_max）之間的范圍稱為測量范圍，表示為y_min～y_max；上限值與下限值的差稱為量程，表示為y_F.S=y_max-y_min。例如，某溫度計的測量范圍是-20～100℃，量程為120℃。

4.誤差特性

傳感器的誤差特性包括線性度、遲滯、重復性、零漂和溫漂等。

1）線性度

線性度即非線性誤差。為了便于對傳感器進行標定和數據處理，要求傳感器的特性為線性關系，而實際的傳感器特性常呈非線性，這就需要對傳感器進行線性化。傳感器的靜態特性是在標準條件下校準（標定）的，即在沒有加速度、振動、沖擊及溫度為（20±5）℃、相對濕度不大于85%、大氣壓力為（101 327±7800）Pa的條件下，用一定等級的設備，對傳感器進行反復循環測試得到的輸入和輸出數據，然后用表格列出或繪出曲線，這條曲線稱為校準曲線。傳感器的校準曲線與理論擬合直線之間的最大偏差（ΔL_max）與滿量程值（y_F.S）的百分比稱為線性度，用γ_L表示，即

由此可知，非線性誤差是以一定的擬合直線為基準計算出來的，擬合直線不同，所得的線性度也不同。圖1-2所示為傳感器常用擬合直線示意圖，即端基擬合直線和獨立擬合直線。

（1）端基擬合直線是由傳感器校準數據的零點輸出平均值和滿量程輸出平均值連成的一條直線。由此所得的線性度稱為端基線性度。這種擬合方法簡單直觀，應用較廣泛，但擬合精度很低，尤其對非線性比較明顯的傳感器，擬合精度更差。

（2）獨立擬合直線方程是用最小二乘法求得的，在全量程范圍內各種誤差都最小，由此所得的獨立線性度也稱最小二乘法線性度。這種方法擬合精度最高，但計算很復雜。

2）遲滯

遲滯是指在相同工作條件下，傳感器正行程特性與反行程特性不一致的程度，傳感器的遲滯特性如圖1-3所示。其數值為對應同一輸入量的正行程和反行程輸出值間的最大偏差ΔH_max與滿量程輸出值的百分比，用γ_H表示，即

或者用其一半來表示。

3）重復性

重復性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內連續變換多次所得特性曲線的不一致性，傳感器的重復性如圖1-4所示。其數值用各測量值正、反行程標準偏差最大值σ的2倍或3倍與滿量程的百分比表示，記作γ_K，即

式中，c為置信因數，取2或3。當c=2時，置信概率為95%；當c=3時，置信概率為99.73%。

從誤差的性質方面分析，重復性誤差屬于隨機誤差。若誤差完全按正態分布，則隨機誤差的標準σ可由各次校準測量數據間的最大誤差Δ_im求出，即

式中，n為重復測量的次數。

4）零漂和溫漂

傳感器無輸入（或某一輸入值不變）時，每隔一定時間，其輸出值偏離原始值的最大偏差與滿量程的百分比，即零漂。溫度每上升1℃，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比稱為溫漂。