压力传感器动态标定
压力传感器校准标定流程
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传感器的标定
武汉理工大学机电工程学院
第12章 传感器的标定
2. 静态特性标定系统 对传感器进行静态特性标定，首先要建立标定系统。一般组成： (1) 被测物理量标准发生器。如测力机、活塞式压力计、恒温 源等。 (2) 被测物理量标准测试系统。如标准力传感器、压力传感器、 标准长度——量规等。 (3) 被标定传感器所配接的信号调节器和显示、记录器等配接 仪器精度应是己知的，也作为标准测试设备。
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第12章 传感器的标定 比较法的原理简单、操作方便，对设备精度要求较低， 所以应用很广。
上图为一个用比较法标定振动传感器的示意图，将相同的运动 加在两个传感器上，比较它们的输出。在比较法中，标准传感 器是关键部件，因此它必须满足如下要求：灵敏度精度优于 0.5%，并具有长期稳定性，线性好；横向灵敏度比小于2.5%； 对环境的响应小，自振频率尽量高。
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第12章 传感器的标定
一阶传感器只有时间常数 一个参数， 二阶传感器则有固有频率 n 和阻尼比 两个参数。 传感器动态特性标定方法： 1. 阶跃响应法 对于一阶传感器，简单的方法就是测得阶跃响应之后，传感器 输出值达到最终稳定值的63.2%所经历的时间，即时间常数。 备注：为获得较可靠的结果，应记录下整个响应期间传感器的 输出值，然后利用下述方法来确定时间常数。
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第12章 传感器的标定
复现表 12-1 中这些基准点的方法是用一个内装有参考材料的 密封容器，将待标定的温度传感器的敏感元件放在伸入容器中 心位置的套管中。然后加热，使温度超过参考物质的熔点，待 物质全部熔化。随后冷却，达到三相点 ( 或凝固点 ) 后，只要同 时存在固、液、气三态或 ( 固、液态 ) 约几分钟，温度就稳定下 来，并能保持规定值不变。 对于定义固定点之间的温度，ITS-1990国际温标把温度分为4 个温区，各个温区的范围、 (1) 0.65～5.0 K间为3He或4He (2) 3.0～24.5561 K间为3He或4He (3) 13.8033 K～961.78℃ (4) 961.78℃以上为光学或光电高温计。 以上有关标准测温仪器的分度方法以及固定点之间的内插公式， ITS-1990国际温标都有明确的规定，可参考ITS-1990标准文本。
压电式压力传感器标定方法
压电式压力传感器标定方法压电式压力传感器是一种常用的传感器，用于测量各种介质的压力。
为了保证传感器的准确性和可靠性，需要对其进行标定。
本文将介绍压电式压力传感器的标定方法。
一、什么是压电式压力传感器压电式压力传感器是一种利用压电效应来测量压力的传感器。
它由一个压电陶瓷片和一个金属薄膜组成。
当外界施加压力时，压电陶瓷片会产生电荷，通过金属薄膜导出，从而实现对压力的测量。
二、为什么需要标定压电式压力传感器压电式压力传感器的灵敏度和线性度会随着时间的推移而发生变化，因此需要定期进行标定，以确保其测量结果的准确性。
同时，不同的传感器在制造过程中存在一定的误差，通过标定可以消除这些误差，提高传感器的性能。
三、压电式压力传感器的标定方法1. 静态标定方法静态标定方法是最常用的标定方法之一。
该方法通过施加不同的压力，测量传感器的输出信号，从而建立压力与输出信号之间的关系。
具体步骤如下：（1）选择一个已知压力的标准压力表，并将其连接到待标定的传感器上。
（2）将待标定传感器与标准压力表一起放置在一个封闭的容器中，通过控制容器内的压力来改变压力传感器的输入。
（3）记录传感器的输出信号和标准压力表的读数，建立压力与输出信号之间的线性关系。
（4）重复以上步骤，使用不同的压力值进行标定，以获得更准确的标定曲线。
2. 动态标定方法动态标定方法是另一种常用的标定方法。
该方法通过施加不同频率和幅值的正弦波信号，测量传感器的输出信号，从而建立压力与输出信号之间的关系。
具体步骤如下：（1）选择一个信号发生器，并将其连接到待标定的传感器上。
（2）通过信号发生器输出不同频率和幅值的正弦波信号，施加到传感器上。
（3）测量传感器的输出信号，并记录其与输入信号的幅值和相位差。
（4）根据输入信号和输出信号的幅值和相位差，建立压力与输出信号之间的关系。
（5）重复以上步骤，使用不同频率和幅值的正弦波信号进行标定，以获得更准确的标定曲线。
四、标定结果的评估与调整在完成标定后，需要对标定结果进行评估，并进行必要的调整。
压力传感器的标定注意事项
压力传感器的标定注意事项压力传感器是一种用于测量物体压力的装置，广泛应用于生产和科学研究领域。
但是，在使用压力传感器之前，需要进行标定，以确保其准确可靠的测量结果。
以下是关于压力传感器标定的注意事项。
1. 校准点的选择校准点的选择是标定过程中最关键的一步。
需要根据传感器的规格、使用场景以及测量范围等因素来确定校准点。
一般情况下，校准点应该覆盖传感器的整个测量范围，并且包括最低和最高的测量值。
2. 校准设备的选择校准设备的选择直接影响到标定的准确性。
因此，需要选择符合传感器规格要求的校准设备。
同时，校准设备的精度也应该高于传感器的精度。
3. 校准方法的选择校准方法包括静态校准和动态校准两种。
静态校准是在固定的环境下进行的，适用于测量静态压力的场景，如容器内部的压力。
动态校准则是在实际工作环境下进行的，适用于测量动态压力的场景，如流体管道内的压力。
4. 校准程序的执行在进行标定之前，需要准备好校准程序，并按照程序的要求执行。
校准程序应包括校准点的选择、校准设备的设置、标定数据的记录等步骤。
在执行过程中，需要注意数据的准确性和记录的完整性。
5. 校准结果的分析标定结束后，需要对校准结果进行分析。
分析应包括测量误差的计算、校准曲线的绘制等步骤。
同时，需要将标定结果记录在标定证书上，以备将来参考使用。
压力传感器的标定是保证其测量准确性的重要步骤。
在标定过程中，需要注意校准点的选择、校准设备的选择、校准方法的选择、校准程序的执行以及校准结果的分析等问题。
只有在标定过程中注意这些问题，才能确保传感器的准确可靠性。
压力动态特性实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在研究压力传感器的动态特性，包括响应时间、频率响应、相位响应等，以评估其在不同动态压力变化下的性能。
通过实验，我们可以了解压力传感器在实际应用中的动态表现，为后续的设计和优化提供依据。
二、实验原理压力传感器的动态特性主要取决于其内部结构和传感原理。
本实验采用压电式压力传感器，其工作原理基于压电效应，即在压力作用下产生电荷，通过电荷的积累和转换，实现压力信号的输出。
三、实验设备1. 压电式压力传感器2. 数字信号采集器3. 动态压力发生器4. 计算机及数据采集软件5. 标准压力计四、实验步骤1. 连接设备：将压力传感器、数字信号采集器、动态压力发生器等设备连接好，确保连接牢固，无误接。
2. 设置参数：根据实验要求，设置动态压力发生器的压力变化范围、频率和持续时间等参数。
3. 数据采集：启动动态压力发生器，同时启动数字信号采集器，记录压力传感器输出的电压信号。
4. 数据分析：将采集到的数据导入计算机，利用数据采集软件进行分析，包括计算响应时间、频率响应、相位响应等参数。
5. 结果对比：将实验结果与标准压力计的读数进行对比，评估压力传感器的准确性和稳定性。
五、实验结果与分析1. 响应时间：通过实验，压力传感器的响应时间为0.5ms，表明其响应速度快，能够满足动态压力测量的需求。
2. 频率响应：实验结果显示，压力传感器的频率响应范围为10Hz～100kHz，满足一般动态压力测量的要求。
3. 相位响应：实验表明，压力传感器的相位响应在-90°～0°范围内，符合预期。
六、实验结论通过本次实验，我们得出以下结论：1. 压电式压力传感器具有响应速度快、频率响应范围宽、相位响应稳定等优点，能够满足动态压力测量的需求。
2. 在实际应用中，应根据具体测量需求选择合适的压力传感器，并注意其动态特性的影响。
七、实验注意事项1. 实验过程中，确保设备连接牢固，防止因接触不良导致数据采集错误。
传感器的标定与校准
标定与校准的概念新研制或生产的传感器需要对其技术性能进行全面的检定,以确定其基本的静、动态特性,包括灵敏度、重复性、非线性、迟滞、精度及固有频率等。
例如，对于一个压电式压力传感器，在受力后将输出电荷信号，即压力信号经传感器转换为电荷信号。
但是，究竟多大压力能使传感器产生多少电荷呢？换句话说，我们测出了一定大小的电荷信号,但它所表示的加在传感器上的压力是多大呢？这个问题只靠传感器本身是无法确定的，必须依靠专用的标准设备来确定传感器的输入――输出转换关系，这个过程就称为标定。
简单地说，利用标准器具对传感器进行标度的过程称为标定.具体到压电式压力传感器来说,我们用专用的标定设备，如活塞式压力计，产生一个大小已知的标准力，作用在传感器上，传感器将输出一个相应的电荷信号，这时，再用精度已知的标准检测设备测量这个电荷信号，得到电荷信号的大小，由此得到一组输入――输出关系，这样的一系列过程就是对压电式压力传感器的标定过程，如图1-19所示。
图1—19 压电式压力传感器输入――输出关系校准在某种程度上说也是一种标定，它是指传感器在经过一段时间储存或使用后，需要对其进行复测，以检测传感器的基本性能是否发生变化，判断它是否可以继续使用。
因此,校准是指传感器在使用中或存储后进行的性能复测。
在校准过程中，传感器的某些指标发生了变化,应对其进行修正.标定与校准在本质上是相同的，校准实际上就是再次的标定，因此，下面都以标定为例作介绍。
1．7．2 标定的基本方法标定的基本方法是，利用标准设备产生已知的非电量(如标准力、位移、压力等)，作为输入量输入到待标定的传感器，然后将得到的传感器的输出量与输入的标准量作比较，从而得到一系列的标定数据或曲线.例如，上述的压电式压力传感器,利用标准设备产生已知大小的标准压力，输入传感器后，得到相应的输出信号，这样就可以得到其标定曲线,根据标定曲线确定拟合直线,可作为测量的依据，如图1-20所示.有时,输入的标准量是由标准传感器检测而得到的，这时的标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较，如图1-21所示。
关于压力传感器的误差修正和标定
关于压力传感器误差修正和标定1.如何对压力传感器进行误差补偿压力传感器精度高，要求误差合理，进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。
压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差，本文将介绍这几种误差产生的机理和对测试结果的影响，同时将介绍为提高测量精度的压力标定方法以及应用实例。
目前市场上传感器种类丰富多样，这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。
这些传感器既包括最基本的变换器，也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器,对于光学压力传感器主要考虑光强度损耗和距离对传感器性能的幸运。
由于存在这些差异，设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差，这是保证传感器满足设计和应用要求的重要步骤。
在某些情况下，补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。
传感器最简单的数学模型即为传递函数。
该模型可在整个标定过程中进行优化，并且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。
从计量学的角度看，测量误差具有相当严格的定义：它表征了测量压力与实际压力之间的差异。
而通常无法直接得到实际压力，但可以通过采用适当的压力标准加以估计，计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少10 倍的仪器作为测量标准。
由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度和偏移值将输出波长转换为压力，测得的压力的误差。
这种未经标定的初始误差由以下几个部分组成：偏移量误差由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此光缆距离修正将产生偏移量误差。
灵敏度误差产生误差大小与压力成正比。
如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数。
如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。
该误差的产生原因在于扩散过程的变化。
线性误差这是一个对初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性。
线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线。
对于光纤MEMS压力传感器线性误差极小，线性误差误差主要来源反而是设备大波长和小波长输出的误差。
主要依靠设备校准，保证测试设备的波长输出线性度，降低线性度误差。
10-2压力传感器的动态标定
图10-8为传感器对阶跃压力的响应曲线。由于它是输出压力与时间的 关系曲线，所以又称为时域曲线。若传感器振荡周期 Td 是稳定的，而且 振荡幅度有规律地单调减小，则传感器（或测压系统）可以近似地看成是 单自由度的二阶系统。
由第一章分析可知，只要能得到传感器的无阻尼固有振荡频率 ω0 和 阻尼比 ξ，那么传感器的幅频特性和相频特性可分别表示为
一、激波管标定装置工作原理 激波管标定装置系统如图10-5所示。它由激波管、入射激波测速系统、
标定测量系统及气源等四部分组成。
§10-2 压力传感器的动态标定
（一）激波管
激波管是产生激波的核心部分，由高压室 1 和低压室 2 组成。1、2 之 间由铝或塑料膜片 3 隔开，激波压力的大小由膜片的厚度来决定。实验表明， 软铝片的厚度每 0.1 mm约需 100 N 左右的破膜压力。标定时根据要求对高、 低压室充以不同的压缩空气，低压室一般为一个大气压力，对高压室则充以 高压气体。当高、低压室的压力差达到一定值时膜片破裂，高压气体迅速膨 胀冲入低压室，从而形成激波。这个激波的波阵面压力保持恒定，接近理想 的阶跃波，并以超音速冲向被标定的传感器。传感器在激励下按固有频率产 生一个衰减振荡，如图10-6所示，其波形由显示系统记录下来，用以确定传 感器的动态特性。
W ( j)
Y ( j)
2 sin
2
U 2 V 2 [ 1 ( ) arctan V
X ( j)
AN
2
U
传感器的幅频特性为
相频特性为
W ( j) 2sin U 2 V 2
2
AN
() 1 ( ) arctan V
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压力传感器的动态标定
一、实验目的：
1、熟悉记忆示波器和电荷放大器使用方法；
2、用标定激波管标定传感器的动态参数；
3、计算传感器幅频特性和相频特性。
三、测试仪器设备：
1、记忆示波器1台（TDS210）；
2、CY-YD-205 1只，标定对象；
3、电荷放大器YE5850一台，连接石英压力传感器；
4、压电陶瓷传感器CY-YD-203T 1只；
5、电荷放大器KD5002 一台，连接压电陶瓷传感器，用于激波速度测量。
三、实验步骤：
( 1 ) 把石英传感器安装在激波管端壁上，并将石英传感器电缆接到电荷放大器YE5820的输入端，将YE5820的输出端电缆接到示波器ch2的输入端，并且将其上限频率置于100kHZ.灵敏度设在10pc/unit。
打开YE5820电荷放大器(开关在背面)，“工作/复位”开关置于“复位”位置。
( 2 ) 把侧壁的压电陶瓷传感器接到电荷放大器KD5002的输入端，并将放大器KD5002的输出接到示波器1通道。
将放大器的上限截至频率设在100kHZ，示波器ch1垂直标尺置于500mv/div，ch2的垂直标尺置于20mv/div。
采样频率的设定：考虑到传感器的固有频率约为120kHz，由Shannon 采样定律，F s≥ 2F i，取F s＝500kS/s，即cm。
也就是说水平标尺调节到500微妙/div为宜。
触发信源选ch1,上升沿单次触发，触发电平可调大一些,几十mv不成问题.
( 3 ) 激波管安装膜片，给气压机充气在4bar左右后,打开压气机阀门，将放大器置于“工作”，示波器”Ready”后, 打开激波管充气阀门，破膜，记录
下曲线。
( 5 ) 按下“CURSOR ”，类型选择”时间”，用光标先读出1和2通道压
力跃起的时间差∆t ； 测量激波管端部石英传感器与侧壁压电陶瓷传感器之间的距离L ∆， 记录下室内温度,由此计算出激波速度和激波马赫数Ms 。
由下式计算出5区压力51p 和传感器输入阶跃理论值∆p 。
122215222511)5()28(6)17()
5()28(6)17(p Ms Ms Ms p p p Ms Ms Ms P ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--=-=∆+--=
( 5 ) 读出ch2波形的电压增量，按下列公式计算试验得到传感输入阶
跃实验值∆p 。
)
/10(bar)/pc ()unit /pc 10()mv ()(unit mv bar p 实验输出传感器的灵敏度放大器的灵敏度电压增量⨯⨯=∆ 此处传感器的灵敏度选用静标时传感器的电荷灵敏度。
( 6 )将示波器2通道数据输入计算机，打开计算机桌面上的TDS-210数据处理程序，点击acquire 图标，计算机读取数据，用文件中的export 命令保存数据，待处理。
示波器数据为电压值（mv ），需按下式转换为压力值。
）
实际输出（）实际电压值（），压力（unit mv mv bar unit /10=
四、数据处理
(1).计算的压力突跃值
激波管端壁传感器与侧壁传感器之间的距离是L = 30cm ；
激波传过此段距离经历的时间是 t = ms ；
激波传播的速度是 Vs = L / t
根据室温, 算出声速 a
所以，激波马赫数为Ms = Vs / a
求出p5– p1，即激波管1区和5区的压力突跃值
(2). 测量压力突跃值
由示波器曲线读出激波管端壁的传感器的波形突跃值mv和静标的传感器电荷灵敏度pc/bar，求出测量的激波管1区和5区的压力突跃值为bar。
(3). 理论实验值比较，求出误差为
(4)求幅频特性和相频特性
（1）对输入的阶跃信号做FFT；
（2）对测量信号做FFT；
（3）得到传感器的幅频特性和相频特性曲线。
（4）也可以用阶梯线法求解。
由频率特性曲线读出传感器的固有频率是：f = kHz。
五、讨论和实验结论：
对实验中的各种问题进行讨论，并对实验结果做出自己的结论。