线性度检测是评价丈量体系输出与输入之间线性关系的重要手段。
线性度又称为非线性差错,是丈量体系数值与抱负数值之间的误差。一般以百分比表示。
其主要作用是衡量丈量体系的准确性:线性度越高,丈量差错越小;决定体系适用性:传感器若线性度差,需经过线性化处理(如硬件补偿、软件算法)才能用于高精度丈量场景。
线性度检测的核心办法
1. 端点连线法(Endpoint Line Method)
原理:以丈量范围的起点(零点)和结尾(满量程点)连线作为抱负直线,核算实践输出与该直线的最大误差。
过程:
对体系施加从 0 到满量程的输入信号(如压力、温度、位移等),等间隔选取 n 个校准点(如 n=10)。
记载每个输入点对应的实践输出值。
连接 0 点和满量程点构成抱负直线,核算各校准点输出与该直线的误差。
特点:办法简单,但未考虑中间点误差,适用于精度要求不高的场景。
2. 最小二乘法(Least Squares Fitting)
原理:经过数学拟合核算一条最佳直线(使所有校准点误差的平方和最小),作为抱负线性基准。
过程:
收集多组输入 - 输出数据。
核算拟合直线方程 。
核算各点与拟合直线的误差,取最大值作为非线性差错。
特点:拟合精度高,是工业检测中的常用办法。
应用场景与优化措施
典型应用
工业传感器:压力传感器、位移传感器需确保线性度在 0.1%~1% FS,以满意自动化操控需求。
医疗设备:如血压计、心电传感器,线性度要求一般高于 0.5% FS,防止误诊。
实验室仪器:高精度万用表、示波器的线性度需达到 0.01% FS 以下,用于计量校准。
线性度优化办法
硬件补偿:
选用线性化电路(如惠斯通电桥调零、运算放大器线性补偿);
选用材料特性更安稳的传感器(如石英晶体压力传感器比应变片传感器线性度更高)。
软件校正:
经过多项式拟合(如二次、三次方程)对非线性输出进行算法修正;
选用查表法,在关键校准点存储修正值,实时补偿输出误差。
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