特性传感器和视觉
什么是传感器线性度，它意味着什么?

大多数模拟输出传感器具有一般规格，如线性(或非线性)、重复性和分辨率，以及环境规格，如操作温度或冲击和振动，以及动态规格，如响应或带宽。

所有这些规格都代表了与传感器输出相对于其输入的误差限制或不确定性来源。其中许多术语仅从其措辞上就相当容易理解，但线性误差或非线性却不在其中。

线性误差或非线性的定义

非线性,线性,或者更正确地衡量任何传感器的输出的最大偏差从指定的直线应用于数据点的情节传感器的模拟输出和输入参数被感觉到,即被测变量,在恒定的环境条件。

传感器的输出越线性，就越容易校准和最小化其输出缩放的不确定性。然而，理解传感器的非线性规范需要理解参考直线的性质。

参考直线

有几种可能的参考直线可以用来表示传感器的线性误差。基于统计数据的最佳选择是“最佳拟合线”。

但是“最适合”的标准是什么呢?经验和统计都倾向于用“最小二乘法”来计算一条直线，即从期望直线的偏差的平方和在数学上被最小化。

这种最佳拟合直线(BFSL)被广泛地用作传感器线性误差或非线性的基础，不仅因为它在统计上是合适的，而且因为它已经在实际测量中得到验证。

其他错误的影响

由于线性误差适用于传感系统的模拟输出，因此除了传感器非线性外，还必须对其他影响输出的误差进行识别。为了充分理解线性误差规范的实际含义，必须在测量过程中应用几个先决条件。

首先，环境因素，如环境温度必须是合理的常数或与线性误差相比的小变化。其次，传感器本身的重复性和迟滞误差也必须比其线性误差小。

第三，与传感器的线性误差相比，测量系统中由辅助电子引起的系统输出中的任何非线性也必须非常小。最后，传感器和输出读数仪的分辨率必须足以对线性误差引起的输出小偏差作出反应。

为什么要担心其他错误呢

测量误差不能简单地在算术上相加，而是通过平方根(RSS)计算正确地结合起来。因此，只有当这些误差很小时，线性误差才会成为测量不确定度的主要来源。否则，其他误差的加权效应会导致测量结果的严重不确定性。

这也是试图测量线性误差比看起来更复杂的原因之一。不仅要有能力将温度和湿度等环境因素的影响降到最低，而且重要的是要注意，传感器的线性误差需要用至少10倍于预期线性误差本身精度的设备来测量，通常是指只有在计量校准或国家标准实验室才能找到的高精度设备。

如何指定线性误差

单极输出传感器使用BFSL参考的最大线性误差通常表示为满量程输出或满量程输出(FSO)的(±)百分比。对于双极输出传感器，其最大线性误差表示为全量程输出(FRO)的(±)百分比，即从(-)FSO到(+)FSO。

例子

为了说明线性误差的影响，考虑一个范围为0到2英寸、输出为0到10 V DC的传感器，其线性误差指定为FSO的±0.25%。

该传感器的比例因子为每英寸5伏特，FSO为10 V DC，因此非线性会导致输出误差为±25 mV，相当于±0.005英寸。然后，用户必须决定这个级别的错误是否可以容忍。

如图1所示，它用蓝色表示传感器的模拟输出，用橙色表示从参考线得到的逐点误差。请记住，误差的单位比输出的单位要小得多，如果沿着蓝线显示，它们在分辨率方面是看不见的。

总结

1. 线性误差参照最小二乘法计算的最佳拟合直线
2. 低的传感器线性误差增加了测量精度，便于系统校准
3. 由温度、重复性、迟滞和分辨率引起的误差会影响输出线性度
4. 传感器误差不是简单地相加，而是必须通过平方根计算进行组合
5. 传感器的校准设备必须至少比所需的测量精度好十倍

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爱德华·e·Herceg目前联盟传感器集团副总裁兼首席技术官h . g . Schaevitz LLC的一个部门,一个杰出的职业生涯在传感器行业跨越半个多世纪以来,他都是高度重视应用工程技术和技术创新。在加入ASG之前，他曾在Everight Sensors Corp.、AST Macro Sensors、Massa Products Corp.和Schaevitz Engineering(现在是Measurement Specialties Inc.的一部分)担任高级技术和营销职位，并以《Schaevitz测量和控制手册．