传感器标定

（1）阶跃信号响应法
1）一阶传感器时间常数 τ的确定
输入x是幅值为 A的阶跃函数时，由一阶传感器的微
分方程可得：
y（t）
＝
kA[1e-?
t ?
]
A
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变形整理得 :Z＝ln[l －y（t）／（kA）] 其中Z= -t／τ 根据测得的输出信号 y（t）作出Z-t曲线，
则τ=-△t／△Z。 2）二阶传感器阻尼比 ξ和固有频率 ω0的确定
??
1
1? [? /l n(? p / y(? ))]2
?0 ?
?d
?
?
1? ? 2 tP 1? ? 2
二阶传感器一般设计成 ξ＝ 0.7～0.8的欠阻尼系统。
A
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也可以利用任意两个超调量来确定 ξ，表达式为：
??
1
1?
4?
2n2
/[ln(?
Pi
/?
Pi(
]2
?n)
σpi－第i个超调量 σp（i+n）－第i+n个超调量 σpi和σp（i+n）之间相隔 n个周期
（3）位移标定设备
位移的标定设备主要是各种长度计量器具，如各种 直尺、深度尺、深度千分尺、量块、塞规、专门制造的 标准样柱等均可用作位移传感器的静态标定设备。
（4）温度标定设备 低温至 630.74 ℃以内主要用铂电阻温度
计,630.74～1064℃用铂铑-铂热电偶， 1064℃以上则采 用光学高温计。
一般的静态标定包括如下步骤：
（1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间 距点。
A
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（2）根据传感器量程分点情况，由小到大、逐点递增 输入标准量值，并记录与各点输入值相对应的输出值。
（3）将输入量值由大到小、逐点递减，同时记录下与 各点输入值相对应的输出值。
（4）按上述步骤（ 2）、（3）所述过程，对传感器进 行正、反行程往复循环多次（一般为 3～10次）测试， 将得到的输出 -输入测试数据用表格列出或画成曲线。
（2）正弦信号响应法
1）一阶传感器时间常数 τ的确定。 将一阶传感器的频率特性曲线绘成伯得图，则其
对数幅频曲线下降 3dB处所测取的角频率 ω0=1／τ，由
此可确定一阶传感器的时间常数 τ。
A
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2）二阶传感器阻尼比 ξ和固有频率 ω0的确定
Ar ?
1
A0 2? 1 ? ? 2
?0 ?
?r 1 ? 2? 2
（5）对测试数据进行必要处理。输入已知标准非电量， 测出传感器的输出，给出标定曲线、标定方程和标定常 数，计算灵敏度、线性度、滞差、重复性等静态特性指 标。

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4. 动态标定
传感器的动态标定就是通过实验得到传感器动态性 能指标，确定方法常常因传感器的形式（如电的、机械 的、气动的等）不同而不完全一样，但从原理上一般可 分为阶跃信号响应法、正弦信号响应法、随机信号响应 法和脉冲信号响应法等。
A0--欠阻尼时零频增益 Ar--共振频率 (最大)增益 Ωr--共振角频率
（3）其他方法
如果用功率谱密度为常数 C的随机白噪声作为待标定传 感器的标准输入量。
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1.6.2 常用传感器标定设备
1．静态标定设备
传感器静态标定设备分类：力标定设备（如测力 砝码、拉压式测力计）、压力标定设备（如活塞式压 力计、水银压力计、麦氏真空计）、位移标定设备 （如量块、直尺等）、温度标定设备（如铂电阻温度 计、铂铑－铂热电偶、基准光电高温比较仪）等。
检定必须严格按照检定规程运作，对所检仪器给出具有法律 效应合格或不合格的结论。
2．传感器标定的方法与特点
标定的基本方法是将已知的被测量（亦即标准量）输入给 待标定的传感器，同时得到传感器的输出量；对所获得的传感器 输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一系列表征两者对应 关系的标定曲线，进而得到传感器性能指标的实测结果。
标定系统分为绝对法标定系统和比较法标定系统。传感器的 标定有静态标定和动态标定两种。
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3
3. 静态标定
确定传感器静态指标，主要是线性度、灵敏度、 迟滞和重复性。传感器的静态特性是在静态标准条 件下进行标定的，主要用于检验、测试其静态特性 指标。静态标准条件主要包括没有加速度、振动、 冲击（除参数本身是被测量）及环境温度（一般为 室温20℃±5℃）、相对湿度不大于 85％、气压为 （101±7）kPa等条件。
第1章 传感检测技术基础
1.1 传感与检测的概念 1.2 传感与检测技术概述 1.3 传感器的基本特性 1.4 测量方法 1.5 测量误差 1.6 传感器标定
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1
1.6 传感器标定
利用标准设备产生已知的非电量（标准量），或用基准 量来确定传感器电输出量与非电输入量之间关系的过程，称为 传感器标定。
图1.16 液压式测力机工作原理
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2）拉压式（环形）测力计
环形测力计是一种标准推力标定装置，它由液压缸 产生测力，测出测力环变形量作为标准输入。可以用杠 杆放大机构和百分表结构来读测力环变形量，也可用光 学显微镜读取。若用光学干涉法读取，则精度更高
（2）压力标定设备
1）活塞式压力计
利用图1.16的液压式测力机原理和不同的结构形式， 再将传感器受力由点改成面接触结构，就形成了活塞式 压力计，如图 1.17所示。其中，砝码 1经油路产生的压 力作为标准压力作用在待标定的传感器 6上。
1.6.1传感器标定
1．传感器标定、校准与检定概念
传感器或仪器在制造、装配完毕后必须对设计指标进行 一系列试验，进行全面检测，确定其实际性能，这个称之为标 定过程。
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经使用一段时间 （中国计量法规定一般为一年）或修理后， 必须对其主要技术指标再次进行检测试验，即校准试验，以确保 其性能指标达到要求。
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1-标准压力表 2-砝码 3-活塞 4-进油阀 5-油杯 6-被标传感器 7-针形阀 8-手轮 9-手摇压力阀
图1.17 活塞压力计示意图
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2）水银压力计
水银压力计是一种最普通的液体压力计，采用 U形 管水银压力计的原理，靠水银的重力产生压力，根据两 端位置差和一端的压力，即可求出另一端的压力。
（1）力标定设备
1）测力砝码 我国基准测力装置是固定式装基准测力机，图
1.15采用杠杆式砝码标定装置。
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1-支架 2-传感器 3-杠杆 4-砝码
图1.15杠杆式砝码标定装置
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图1.16 为另一种液压式测力机工作原理。
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1－传感器 2－工作活塞，3－液压缸 4－液体 5－砝码 6－加力活塞 7－测力液压缸 8－导管