h
h
导电塑料位移传感器线性度的新型计算方法
摘要：目前，我国依然未曾对导电塑料位移传感器的线性度计算方法
进行明确，该行业国家标准也没有出台，导致市场上的产品很难有相
对统一的计算方法，甚至于任意标注产品的线性度。该文介绍并分析
了现有位移传感器的各种线性度的类型及计算方法，只能根据
GB/T15298-94的内容，其主要包括为：独立线性（最佳直线）、零基
线性（仅适用于线绕电位器）、绝对线性、端基线性（仅适用于线绕
电位器）等类型的计算方法。同时提出一种基于Excel技术对位移传
感器线性度的新型计算方法，到达了精确、快速、直观的计算目的，
并且大大的降低了计算时的劳动强度，提高了生产效率。
关键词：导电塑料、位移传感器、Excel、线性度、计算机图形技术、
正文：
现有位移传感器的各种线性度类型的计算方法都存在其比较不
合理之处和范围限制，下面将作一一介绍并比较。再根据现实的生产
情况提出一种基于Excel技术对位移传感器线性度的新型计算方法。
通过现实生产检验证明该方法符合有关要求，到达了预期的目标，大
大提高企业生产的效率。
因为零基线性和端基线性均仅适用于线绕电位器产品，而下面的
讨论主要是针对导电塑料膜式位移传感器产品，故将不提及上述两种
类型的计算方法，主要介绍独立线性、绝对线性，详细论述新型线性
度计算方法。
h
h
一、 GB/T15298-94对电位器产品的线性度类型及计算方法
（1）、独立线性（最佳直线）（见图一，此图误差画大为了讲清原理，
实际值要小许多） independent linearity（best straight line）
是指符合性的一种特殊形式，它是有效电行程或其任一指定部分
的范围内实际规律对参考直线的最大垂直偏差，以总外加电压的百分
数表示，参考直线的斜率和位置是按垂直偏差达到最小来选择。
注：当规定了最大和最小输出比要求时，就限制了参考直线的斜率和位置，其数学表达式为:
CQPUUAacab)/(


式中：P——未加规定的斜率；
Q——在=0时未加规定的截距；
A——有效电行程。
其中：P和Q的选择应使C达到最小，但受输出比要求的限制。

图 一 独立线性
有效电行程
0
A

行程

Q
C max

规定规律
实际规律
输出比
acab
UU
独立线性

符合性极限
h

h
（2）绝对线性 （见图二，此图误差画大为了讲清原理，实际值要小
许多） asolute linearity
是指符合性的一种特殊形式，是在规定的有效电行程内，实际
规律与参考直线间的最大垂直偏差，以总外加电压的百分数表示。参
考值直线通过规定的有效电行程两端所规定的最大和最小输出比。除
另有规定外，最小和最大输出比分别为总外加电压的0和100%。
其数学表达式为：
CBAUUTacab)/(

式中：A——未加规定的斜率；
B——在=0时未加规定的截距；
T——有效电行程。
除非另有规定，A=1和B=0。

有效电行程 0 T 行程 C max 规定规律 实际规律 规定的最小值（B） 输出比acabUU，规定最大值 标定点的输出比 标定点行程
绝对线性
符合性极限
h

h
图 二 绝对线性
上述两种线性类型的计算方法在导电塑料位移传感器的领域中应
用较多的是独立线性， 因为其在生产应用中相对于绝对线性更加具
有优势，对于线性精度的要求控制较为容易。这主要是受导电塑料位
移传感器产品在整个生产工艺过程决定的。有些场合需要采用绝对线
性的位移传感器，那么该产品的生产成本与独立线性的通常不在一个
数量级别上。而且其绝对线性精度受外界环境因素影响较大，增加整
个系统的不稳定性。所以产品出厂时往往标注的是传感器的独立线性
度。独立线性度的计算方法比较简便如（图三）所示：在校准曲线中
找到一条最佳平均直线，并使平均输出特性相对于所选理论直线最大
正偏差等于最大负偏差。独立线性计算公式应写成：
︱＋Lmax︱+︱－Lmax︱
L=
2

在计算时的工作量往往会随着测试点的增加而递增。而采用基于

Excel技术的计算方法则可大大降低计算强度，提高计算精度和生产
效率。
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10

－Lmax

+Lmax
h
h
图 三 独立线性度的理论曲线
二、 基于Excel技术对导电塑料位移传感器线性度的新型计算方法
该方法的理论依据为独立线性度（最佳直线），但其突破了其原
来的正负偏差须相等的旧思路。当使用时范围不在前、后零位
附近，那么可以任意标定前、后零位值的大小。即规定前后零
位电压作两端点，确定理论电气行程、两端点的连线作
参考直线。最大偏差范围（正的最大偏差与负的最大偏
差绝对值之和；正的最大偏差与0或负的最大偏差与0）
的一半，作为位移传感器线性偏差。下式为在Excel中
的函数公式：
)*))*)/((((PUQUINTLiii

式中： iL ——测试点的线性度；
INT——取整数；
i ——电气行程测试点；
 ——有效总电气行程；
U ——减去前、后零位后的负载电压；
iU——有效电气行程测试点的电压值；
Q ——标定的零位电压值；
P ——换算成万分比的参数。
详见下面一位移传感器的独立线性度的基于Excel的计算方法过程：

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
h
h
1、测试条件及方法，作简单介绍如下：
1) 、测试电压：5V；
2) 、标定前、后零位：500mV；
3) 、测试间距：10（可以为长度单位mm。也可以为角度单位°，
但须换算成十进制）；
4) 、测试点电压单位：mV。
按要求接好传感器线路，确保接触良好。启动测试设备，找到前零
位输出电压值500mV，然后每隔10个单位的距离逐点测试其点的输
出电压值iU，并一一记录。当测试到4500mV时记录好该点的有效总
电行程。后可以通过上述函数计算该传感器各点的独立线性度（见
图 四）。为10的点：)2*)797500)4000*)633.131/10((((INTLi=-13，
逐步计算即可。
测试点 电压值 独立线性度
10 797 -13
20 1100 -15
30 1403
-17
40 1710 -11
50 2014 -10
60 2319 -8
70 2625 -4
80 2932 2
90 3237 5
100 3542 7
110 3849
13
120 4150 7
130 4452 4
131.633 4500 0

图 四 某位移传感器独立线性度
h
h
2、利用Excel中“图表”功能，则可以生成该位移传感器的输出
特性曲线（见图 五），以及其独立线性度曲线（见图 六）
输出特性

0
1000
2000
3000
4000
5000

12345678910111213
测试点

输
出
电
压

独立线性度

-20
-15
-10
-5
0
5
10
15

1234567891011121314
测试点
线
性
偏
差

（

万
分
比
）

图 六 某位移传感器独立线性度
3、通过（图五）容易看出该位移传感器输出特性为线性输出，而
非其他函数类型；图六所示为该位移传感器各点的独立线性偏差，找
出第三点和第十三点的最大正负偏差为-17、13.利用公式：
︱＋Lmax︱+︱－Lmax︱
L=
2

则其独立线性度为：L=±0.15%。

三、总结
该新型计算方法相较于原来的传统手工计算大大的提高了生产效
率，且降低了劳动强度，以往修刻好位移传感器后依旧占用大量的时

图 五 某位移传感器输出特性
h
h
间进行记录、计算。市场上也有位移传感器
h

h
参数全自动测试仪，但其因软件或硬件的不足，不易任意定义前、
后零位，测试电压等参数，故不适合一些特殊的位移传感器产品，特
别是一些航空、军用产品。现将测试数据输入至Excel表格中即可以
将位移传感器的独立线性度以图表的形式呈现（只需事先将Excel中
函数公式列好即可），达到了精确、快速、直观的目的。且方便于需
要独立线性度电子档的客户、便于其生产调试。故该计算方法具备应
用于实际生产的意义，为生产节省了大量的宝贵时间。
欢迎您的下载，资料仅供参考！