《传感器静态标定》PPT课件

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传感器课件 1-传感器静态特性-1

静态误差的求取方法：
首先，把全部校准数据与拟合直ห้องสมุดไป่ตู้上对
应值的残差，看成随机分布，求出其标准偏差
σ，即：
1 n
n 1 i1
yi
2
△yi--各种测试点的残差； n--测试点数。
28
静态误差的求取方法：
取2σ或3σ值即为传感器静态误差。静态误差也可用相对误差表示，即：
3 100%
yFS
本课程的任务及要求
• “传感技术”是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。
• “传感技术”课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。
15
1.1.1 线性度
传感器的输入—输出关系或多或少地都存在非线性问题。在不考虑迟滞、蠕变等因素的情况下，其静态特性可用下列多项式代数方程来表示：
y a0 a1x a2 x2 ... anxn
y--输出量； x--输入量； a0--零点输出； a1--理论灵敏度； a2,a3…an--非线性项系数
静态特性曲线需要进行线性化处理
16
常用拟和方法 ➢理论拟合 ➢过零旋转拟合 ➢端点拟合
各种直线拟合方法 (a)理论拟合(b)过零旋转拟合(c)端点拟合(d)端点平移拟合

传感器原理与应用课件第2章传感器的特性及标定

温度测量：用于测量环境温度、设备温度等
温度补偿：用于补偿温度对测量结果的影响
温度校准：用于校准其他传感器的测量结果
温度监测：用于监测食品、药品等物品的温度变化
流量传感器应用
工业生产：用于测量液体、气体的流量，如石油、天然气、水等环保监测：用于监测污水、废气排放，确保环保达标医疗设备：用于监测血液、尿液等液体的流量，辅助诊断和治疗汽车电子：用于监测燃油、冷却液等液体的流量，确保车辆正常运行
Part Four
传感器应用实例
压力传感器应用
汽车领域：用于监测轮胎压力、发动机油压等医疗领域：用于监测血压、呼吸压力等工业领域：用于监测液压系统、气压系统等航空航天领域：用于监测飞行器气压、发动机压力等
温度传感器应用
温度报警：用于监测高温、低温等异常情况
温度控制：用于控制加热、制冷等设备
标定误差处理：选择合适的标定方法、优化标定参数、消除环境干扰等
标定实例
温度传感器：通过测量温度变化，确定传感器的灵敏度和精度压力传感器：通过测量压力变化，确定传感器的灵敏度和精度加速度传感器：通过测量加速度变化，确定传感器的灵敏度和精度湿度传感器：通过测量湿度变化，确定传感器的灵敏度和精度
位移传感器应用
工业自动化：用于控制机械设备的位置和速度
汽车电子：用于检测汽车的行驶速度和位置
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
医疗设备：用于测量患者的生理参数，如血压、体温等
航空航天：用于测量飞行器的位置和姿态
THANKS
汇报人：
重复性与灵敏度
重复性：传感器在相同条件下多次测量同一物理量的能力灵敏度：传感器对被测量变化的响应能力影响因素：温度、湿度、压力等环境因素提高方法：选择合适的传感器材料和结构，优化信号处理算法

第9章传感器的标定

第9章传感器的标定
静态特性标定的方法
4.按前两步所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出--输入测试数据用表格列出或画成曲线；
5.对测试数据进行必要的处理，确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。
第9章传感器的标定
随机误差的消除：同等条件下重复测量
区分是否有迟滞：正、反行程是否重合
线性度的快速判断：比例常数是否稳定
确定拟合直线：是否过零点
确定准确度：
通过标定
结果有效位数的取舍：按参与运算数的最少位
第9章传感器的标定
二、动态特性的标定
传感器的动态标定主要研究传感器的动态响应
与动态响应有关的参数：一阶传感器只有一个时间常数τ，二阶传感器则有固有频率ωn和阻尼比ξ两个参数。
第9章传感器的标定
动态特性的标定方法：
1 输入标准阶跃信号，测量传感器的阶跃响应； 2 输入一定频率的正弦信号，测量传感器的幅频特
性和相频特性；
第9章传感器的标定
第9章传感器的标定
第9章传感器的标定
第9章传感器的标定
第9章传感器的标定
三、测振传感器的标定
测振仪的全面标定只在计量研究部门进行，在一般场合，主要标定其灵敏度、频率特性和动态线性范围。
绝对标定法
被标测振传感器的加速度灵敏度S0为
Sa

2Eems
(2f )2 X m

mV m
s2

比较标定法
被标测振传感器的加速度灵敏度Sa为
E Sa Eo
第9章传感器的标定
三、测振传感器的标定
“背靠背”比较法标定系统

传感器的标定

激波管标定装置工作原理激波管阶跃压力波的性质误差分析
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11.4.2 激波管标定法
一、激波管标定装置工作原理：
激波管标定装置系统组成：
➢ 激波管：产生激波的核心部分
➢ 入射激波测速系统
➢ 标定测量系统：由被标定传感器4，5，电荷放大器10及记忆
示波器11等组成。被标定传感器既可以放在侧面位置上，也可以放在底端面位置上。从被标定传感器来的信号通过电荷放大器加到记忆示波器上记录下来，以备分析计算，或通过计算机进行数据处理，直接求得幅频特性及动态灵敏度等。
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11.4.2 激波管标定法
三、误差分析
➢ 测速系统的误差 ➢ 激波速度在传播过程中的衰减误差 ➢ 破膜和激波在端部的反射引起振动造成的
误差
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第11章本章要点
传感器的静态特性标定
➢ 静态标准条件
所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量）及环境温度一般为室温（20±5℃），相对温度不大于85%，大气压力为7kPa的情况。
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11.1 传感器的静态特性标定
静态特性标定的方法
➢ 将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点；
➢ 根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点的输入标准量值，并记录下与各输入值相对的输出值；
➢ 将输入值由大到小一点一点的减少下来，同时记录下与各输入值相对应的输出值；
➢ 按前两步所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出--输入测试数据用表格列出或画成曲线；
11.1 传感器的静态特性标定
静态标准条件

传感器的标定..课件

智能化标定
自动化标定
通过智能化技术实现传感器自动标定，减少人工干预和操作成本。
数据驱动标定
利用大量传感器数据通过机器学习算法进行自动标定和校准。
在线标定
在传感器工作过程中进行实时标定，提高传感器性能和稳定性。
标准化发展
制定统一标准
推动制定全球统一的传感器标定标准和规范，促进传感器产业的发展。
多参数标定能够更全面地描述传感器特性的多参数性，提高标定的精度和可靠性，但计算复杂度更高，需要更多的计算资源和时间。
03
传感器标定实验
实验设备与环境
传感器标定设备
包括传感器标定架、数据采集系统、计算机等。
环境要求
实验室应保持恒温、恒湿，避免外界干扰，确保实验结果的准确性。
实验步骤
准备工作
动调整传感器的性能参数，以适应环境变化。
06
传感器标定未来发展与展望
新技术应用
01
02
03
人工智能技术
利用人工智能算法对传感器数据进行处理和分析，提高标定精度和效率。
物联网技术
通过物联网技术实现传感器远程标定和数据传输，降低成本和提高灵活性。
虚拟现实技术
利用虚拟现实技术模拟传感器工作环境，进行传感器性能测试和标定。
温度补偿
通过测量传感器在不同温度下的性能参数，对其进行温度补偿，以提高测量精度。
噪声抑制
采用滤波器等方法抑制传感器输出信号中的噪声，提高测量
信号的信噪比。
02
传感器标定原理
线性标定原理
线性标定是指通过已知的标准量对传感器的输出进行标定，以确定其输入与输出之间的线性关系。
线性标定通常使用最小二乘法或多项式拟合等方法，通过一系列已知的标准量对传感器的输出进行线性回归分析，得到输入与输出之间的线性方程。

传感器的标定与校准PPT课件

量仪表的允许误差限，或简称允许误差（允）。
6
14.1 测量误差基本概念
③测量仪表的固有误差常称为测量仪表的基本误差。定义是“在参考条件下确定的测量仪表的误差”。此参考
条件也称为标准条件，是指为测量仪表的性能试验或为测量结果的相互比较而规定的使用条件，一般包括作用于测量仪表的各影响量的参考值或参考范围。
17
14.3 传感器的动态特性标定
若改写上式为： 1y(t)= et/=ez，
z=ln1y(t)
（14-1）
其中，z= t/，z与t线性。
作z~t曲线，其斜率t/z= ，由此确定时间常数考虑了传感器
瞬态响应的全过程。如图14-2所示。图14-3 而阶传感器(1)的阶
跃响应
④附加误差附加误差是指测量仪表在非标准条件时所增加的误差，它是由于影响量存在和变化而引起的，如温度附加误差、压力附加误差等等。
7
14.1 测量误差基本概念
2.测量范围和量程
测量范围: 指“测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值”。
量程: 指测量范围的上限值和下限值的代数差。例如：测量范围为0~100℃时，量程为100℃；
14-6 由幅频特性求欠阻尼二阶除按感情的和0
23
14.4 压力传感器的标定和校准
14.4.1 静态标定和校准
静态标定装置：标准活塞压力计，杠杆式测力计和弹簧式测力计。
●标准活塞压力计标定装置，如图14-7所示；压力标定曲线如图14-8所示。
图14-7 活塞压力计标定压力示意图
图4-8 压力标定曲线 24
仪表的基本误差：
max=仪表量程a%
1014.1 测量误差基本 Nhomakorabea念3．仪表变差（升降变差）

传感器的性能和指标静态特性课件

传感器在医疗设备中的应用
传感器在医疗设备中主要用于监测患者的生理参数和诊断疾病。
这些传感器能够实时监测患者的生理参数，并将数据传输到医疗设备中进行分析，以便医生及时了解患者的病情并做出相应的治疗措施。
例如，血压传感器用于监测患者的血压，血糖传感器用于监测患者的血糖水平。
传感器在智能家居中的应用
迟滞是指在相同输入条件下，传感器正向和反向输出值之间的差异。造成迟滞的原因可能是传感器内部结构、材料特性和环境因素等。迟滞会影响传感器的测量精度和可靠性，因此在实际应用中需要尽量减小迟滞的影响。
重复性
重复性是衡量传感器在不同条件下对同一输入重复测量的一致性程度的参数。
重复性表示传感器在不同时间、不同环境或不同操作条件下，对同一输入进行多次测量时输出结果的一致程度。良好的重复性意味着传感器具有较高的测量精度和可靠性，能够在实际应用中提供稳定可靠的数据。
高精度
随着科学技术的进步，对传感器测量精度的要求也越来越高。高精度的传感器能够提供更准确的数据，有助于提高决策的准确性和科学性。
高可靠性
传感器在长时间连续工作或恶劣环境下，仍能保持稳定的性能。这需要传感器具有高度的可靠性和稳定性，以避免误差和故障。
多功能化与集成化
多功能化
传感器正朝着多功能化的方向发展，即一个传感器能够同时测量多种参数，如温度、压力、湿度等。这大大简化了测量系统的结构和复杂性。
灵敏度
灵敏度是衡量传感器对输入变化的响应程度的参数。
灵敏度表示传感器在单位输入变化下所输出的变化量。高灵敏度意味着传感器对输入变化有较大的响应，而低灵敏度则表示响应较小。灵敏度是传感器静态特性的重要指标之一，它影响着测量精度和动态特性。

传感器的标定.PPT课件

（2）二阶传感器时间常数的确定
在欠阻尼情况下，从曲线上可以测得三个特征量，即零频增益A(0)、谐振频率增益A(wr)和谐振频率wr。根据
A(w) 1/ [1 (w/wn )2]2 (2xw/wn )2
令
dA(w) 0
dw
得
wr wn 1 2x 2
12.3传感器的动态标定
将wr代入A(w)的表达式得
确定这些参数的方法很多，一般是通过实验确定，如测量传感器的阶跃响应、正弦响应、线性输入响应、白噪声，及用机械振动法等。其中最常用的是测量传感器的阶跃响应。
12.3 传感器的动态标定
1 实验确定一阶传感器时间常数的方法 2 实验确定二阶传感器自然振荡频率与阻
尼比的方法 3 确定传感器动态参数的其他方法
12.3传感器的动态标定
对自然振荡频率来说，可测出第i个极大值与第i+n 个极大值之间的时间间隔tn，如图所示，则
wn 2nπ/(tn 1 x 2 ) (2.11)
也可取不同的i和n，求出多个自然振荡频率后取平均值。
若传感器是精确的二阶传感器，n取任意正整数求得的x或wn都不会有多大差别。若有明显差别，超出测量误差较多，则说明传感器不是严格的二阶传感器。
④按②、③所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试（一般为3~10次），将得到的输出输入测试数据用表格列出或绘成曲线。
⑤对测试数据进行必要的处理，根据处理结果确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。
12.3传感器的动态标定
传感器的动态标定主要用于确定传感器的动态技术指标。动态技术指标主要是研究传感器的动态响应，而与动态响应有关的参数，一阶传感器只有一个时间常数τ，二阶传感器则有自然振荡频率wn和阻尼比ζ两个参数。

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8
1．非线性度
（１）端点线性
端点线性是生产中选择拟合直线的一种简便方法。具体
做法是：以定度曲线的首
尾
（即额定最小和最大值）相连的直线作为所选择的拟合直
线。如下图：
y
Y
A
B
A
B
测量范围
X
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9
线性误差计算如下：
Lf
B100% A
式中 L—相对线性误差 B—距拟合直线最大偏差的绝对值 A—输入为最大值时的输出值
yi
n xi2 xi 2
n
b
xi2 yi n xi2
xi xiyi xi 2
由方程 Y=kX+b做出拟合直线，此直线为最佳拟合直线，于是可求出线性误差
Lf
B100ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ A
用最小二乘法求得的拟合直线的拟合精度最高，但计算比较繁琐。
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12
2.回程误差（H）
回程误差也叫滞后或差变。它表明测试系统在正、反行程期间输出—输入曲线不重合的程度。回程误差的大小一般由试验确定。其值以正反行程时定度曲线间地最大距离h或h和A之比的百分数表示。如下图：
校正后方可工作。 4．检查微调，中调，粗调三个调节旋钮，是否都指在零位。 5．经指导老师检查无误后，方可打开电源。 6．将选择开关旋到“予”上，调节“电阻平衡”，“电容
平衡”两电位器，使指示电表的指针指与零位。然后将开关旋到“静”的位置，再调节“电阻平衡”使指针指于零位。在“予”、“静”反复调整几次后，此时电桥已予调平衡。
3
电阻应变式传感器
电桥
YJD-1电阻应变仪
加载装置
新设计制造的传感器，需要对其参数和性能
进行标定，以便检查是否符合设计要求。
另外，随着时间和周围环境的变化，使用中
传感器的参数也会有变化，也需要进行定期校准，
所以测量装置的标定，是一项经常性，非常重要
的工作。
电阻应变式测力传感器的静态标定，就是在
静态下，通过加载装置对传感器施加载荷，同时
加载
卸载
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（三）计算机演示实验 1.打开计算机。 2.双击桌面上的“快捷方式”。 3.进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开
始”。 4.进入实验，点击实验一“应变式传感器的标
定 ”。 5.将实验记录的各数据分别填入，点击“作图”。 6.按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直
线，求出线性误差。 7.绘出回程误差特性曲线，并确定其回程误差H。 8.确定本测力传感器的静态灵敏度S。
4.用万用表检查有无短路、断路，引线与等强度梁间的绝缘电阻应大于150MΩ。
5.焊接导线，并用胶带纸固定，在常温下，放置24 小时后，方可使用。
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5
（二）仪器的操作使用方法：
1．联接电桥：将应变式传感器的应变片引出线分别接于A、 B、C三点，并将接线柱旋紧，组成半桥单臂测量电路。
2．调整灵敏系数盘K，使之与应变片的灵敏系数K相符。 3．检查指示器指针是否准确的停止在机械零位，否则必须
主讲教师：李慧中
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1
1．学习YJD-1型电阻应变仪的使用方法。 2．学习测量装置静态特性的标定方法。 3．掌握用分析软件对静态装置静态特性的标
定方法。 4．学习掌握电阻应变片的粘贴技术。
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2
１．YJD-1型电阻应变仪２．计算机及分析软件３．电阻应变式传感器
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6
7．仔细观察三分钟，电表指针不应有漂移。 8．进行加载，指针偏移零位，旋转“微调”旋钮
使指针指回零位，记下此时“微调”旋钮读数。加载：100，200，300，400，500（g）记录读数。 9．依次卸载并记录读数。注意卸载至零载荷时，不要忘记将微调旋钮读数记录下来。
0 100 200 300 400 500
y
A
h
h
H 100%
A
精选课件px pt
13
3.灵敏度（S）
灵敏度表示输出变化量与输入变化量之比。线性测量装置定标曲线的拟合直线的斜率就是其静态灵敏度。灵敏度可由下式求得：
S=
输出量的变化量y（）输入量的变化量x（）
注意：灵敏度有量纲，指每单位输入量所得输出量的大小。
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1．实验名称 2．实验目的 3．实验系统框图 4．实验数据处理—电阻应变式测力传感器静态特性指标评
定。（1）非线性度（2）按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直线、求
出线性误差。（3）绘出回程误差特征曲线,并确定其回程误差H。（4）确定本测力传感器的静态灵敏度S。 5．心得体会及对实验的改进意见
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10
（２）最小二乘法线性
最小二乘法拟合直线的拟合原则就是
n
i2
为最小值。
i
为定度曲线和拟合直线第
ｉi1 对应值之间的残差。最小二乘法拟合直
线的方程为：
yKxb
式中Ｋ为拟合直线的斜率ｂ为拟合直线与纵坐标的截距
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斜率Ｋ和截距ｂ可按下式计算
n
K
xiyi
xi
由应变仪读取输出，而获取传感器的静态特性参
数如灵敏度，非线性度精，选课回件p程pt 误差等。
4
(一)粘贴应变片
1.惠斯登电桥挑选两个电阻值120Ω左右的电阻应变片，阻值差小于0.5。
2.砂纸打磨等强度梁，去除污物，用酒精清洗。
3.用502胶水粘贴电阻应变片。（一片粘在受力的位置，一片粘在不受力的位置。）