線性感測器

當感測器的輸入與輸出之間成線性關係時，稱該感測器為線性感測器。

對線性感測器，其線性的優劣一般採用線性度來衡量， 在討論線性度時，由於選定的參考標準不同，往往會得到不同的線性度指標，其指標之間往往無法對比，故在實際中常採用所謂最佳直線作為參考的獨立線性度來衡量感測器線性特徵， 而且一般認為這是最客觀的標準。

基本介紹

• 中文名：線性感測器
• 外文名：linear transducer
• 線性補償：非線性補償電路
• 衡量特性：擬合直線

術語簡介

感測器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，並能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

線性感測器

感測器的線性度是指感測器的輸出與輸入之間數量關係的線性程度。輸出與輸入關係可分為線性特性和非線性特性。

從感測器的性能角度來看，希望具有線性關係，即理想輸入輸出關係，但實際遇到的感測器大多為非線性。

感測器的特點包括：微型化、數位化、智慧型化、多功能化、系統化、網路化，它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業，從而成為21世紀新的經濟成長點。

微型化是建立在微電子機械系統（mems）技術基礎上的，已成功套用在矽器件上做成矽壓力感測器。

線性度分析

根據最佳直線的定義，可知所謂最佳直線為在感測器量程內相互靠近，而又能包含感測器所有實驗點的兩條平行線中間位置的一條直線，其特性是保證感測器實際平均輸出特徵曲線對最佳直線的最大偏差達到最小。

由其獲取的方法可知：它由包含所有實驗點的凸多邊形中各頂點向x軸引垂直線中的最長者的中點和與凸多邊形相交所在的邊所決定。

最佳直線的解法

由此不難看出在上圖中決定最佳直線的僅有g1 、g5 和g4 ，而其他實驗點只要落在凸多邊形上或其內則無論如何改變，都將對最佳直線不產生影響。

這樣的結果當然是無法讓人滿意，產生這種情況的原因是最佳直線只是由個別極端數據所決定，而在實際中，由於各種隨機因素的作用，極端數據一般並不能真正說明感測器的性能特徵，因此建立在由個別極端數據基礎上的最佳直線亦並不能說明感測器的真實性能

選型原則

測量對象與環境

要進行具體的測量工作，首先要考慮採用何種原理的感測器，這需要分析多方面的因素之後才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的感測器可供選用，哪一種原理的感測器更為合適，則需要根據被測量的特點和感測器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對感測器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；感測器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研製。
在考慮上述問題之後就能確定選用何種類型的感測器，然後再考慮感測器的具體性能指標。

靈敏度的選擇

通常，在感測器的線性範圍內，希望感測器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利於信號處理。但要注意的是，感測器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求感測器本身應具有較高的信噪比，儘量減少從外界引入的干擾信號。
感測器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的感測器；如果被測量是多維向量，則要求感測器的交叉靈敏度越小越好。

頻率回響特性

感測器的頻率回響特性決定了被測量的頻率範圍，必須在允許頻率範圍內保持不失真。實際上感測器的回響總有-定延遲，希望延遲時間越短越好。　感測器的頻率回響越高，可測的信號頻率範圍就越寬。
在動態測量中，應根據信號的特點（穩態、瞬態、隨機等）回響特性，以免產生過大的誤差。

線性感測器

線性範圍

感測器的線形範圍是指輸出與輸入成正比的範圍。以理論上講，在此範圍內，靈敏度保持定值。感測器的線性範圍越寬，則其量程越大，並且能保證一定的測量精度。在選擇感測器時，當感測器的種類確定以後首先要看其量程是否滿足要求。
但實際上，任何感測器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的範圍內，可將非線性誤差較小的感測器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

穩定性

感測器使用一段時間後，其性能保持不變的能力稱為穩定性。影響感測器長期穩定性的因素除感測器本身結構外，主要是感測器的使用環境。因此，要使感測器具有良好的穩定性，感測器必須要有較強的環境適應能力。
在選擇感測器之前，應對其使用環境進行調查，並根據具體的使用環境選擇合適的感測器，或採取適當的措施，減小環境的影響。

線性感測器

感測器的穩定性有定量指標，在超過使用期後，在使用前應重新進行標定，以確定感測器的性能是否發生變化。
在某些要求感測器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的感測器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

精度

精度是感測器的一個重要的性能指標，它是關係到整個測量系統測量精度的一個重要環節。感測器的精度越高，其價格越昂貴，因此，感測器的精度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多感測器中選擇比較便宜和簡單的感測器阿特拉斯空壓機配件。
如果測量目的是定性分析的，選用重複精度高的感測器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的感測器。
對某些特殊使用場合，無法選到合適的感測器，則需自行設計製造感測器。自製感測器的性能應滿足使用要求。