传感器的标定(精)
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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。
加速度传感器标定方法
加速度传感器标定方法
加速度传感器的标定是为了确定传感器的灵敏度、偏移量和线性度等参数，以确保其测量结果的准确性。
以下是一些常见的加速度传感器标定方法：
1. 零点标定：将传感器置于无加速度状态下，记录传感器的输出值作为零点偏移量。
这可以通过将传感器放置在水平表面上或使用特殊的标定设备来实现。
2. 灵敏度标定：通过施加已知的加速度值，并测量传感器的输出，来确定传感器的灵敏度。
可以使用振动台、旋转平台或其他产生已知加速度的设备来进行标定。
3. 线性度标定：通过在不同加速度范围内进行标定，来确定传感器的线性度。
可以使用多个已知加速度值进行测量，并检查传感器输出与加速度之间的线性关系。
4. 温度补偿：加速度传感器的性能可能会受到温度的影响。
因此，在标定过程中，可以考虑在不同温度下进行测量，并使用数学模型或查表法对温度进行补偿。
5. 交叉灵敏度标定：某些加速度传感器可能对不同方向的加速
度敏感。
为了修正这种交叉灵敏度，可以在不同方向上施加加速度，并记录传感器的输出。
传感器标定
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。 （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： t − e y（t） ＝ kA[1- τ ]
2．压电式压力传感器的静态标定
压电式压力传感器的静态标定可在活塞式压力计上进行。 传感器安装在静重式标准活塞压力计的接头上，传感器配接由静 态标准电荷放大器和显示记录设备（可选用数字式峰值电压表、 光线示波器、笔录仪、磁带记录仪等）组成的标准测量系统。
3．热电阻的静态标定
标定步骤：用标准温度计测出恒温箱温度，将被测热电阻置 于恒温箱中，被测热电阻串联标准电阻Rs、可调电位器电压表和 毫安表，调节可调电位器使被测系统回路电流控制在4mA。先将 切换开关置标准电阻Rs一侧，读取电位差计示值Us，再转置被测 电阻端读出电位
（1）振动标定设备 1）电动式中、低频激振器
中频激振器工作的频率范围 为5～7.5kHz，一般采用电动式 激振器作为中频标定用振动台。 图1.18所示为电动式激振器 结构示意图，驱动线圈7固装在 顶杆4上，并由支承弹簧1支承 在壳体2中，线圈7正好位于磁 极5与铁心6的气隙中。磁钢3、磁极5、铁心6和气隙构成磁回路， 当线圈7通以经功率放大的交变电流时，它在气隙的磁场中受力， 该力通过顶杆4传到试件8上便是激振力。
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。 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。
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
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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。
传感器标定的方法和步骤
传感器标定的方法和步骤传感器那可是个神奇的小玩意儿呀！就像我们的眼睛、耳朵一样，能感知各种信息呢！那传感器咋标定呢？首先得准备好工具呀！就像战士上战场得有好武器一样，咱标定传感器也得有合适的设备。
啥标准源啦、测量仪器啦，一个都不能少。
你想想，要是工具都不行，那还咋标定呢？然后就是确定标定方法。
不同的传感器有不同的标定方法哦！有的可能是用标准物质对比，有的可能是通过特定的电路测试。
这就好比每个人都有自己的个性，传感器也有自己的标定方式呢！要是方法不对，那不是白忙活嘛！在标定过程中，一定要仔细认真。
每个数据都得准确无误，就像医生给病人看病，一点小差错都不能有。
你说要是数据不准，那传感器还能靠谱吗？注意事项也不少呢！环境得稳定，不能有太大的干扰。
要是周围乱七八糟的，传感器能好好工作吗？还有操作得规范，不能瞎弄。
不然，标定出来的结果肯定不靠谱呀！说到安全性和稳定性，那可太重要啦！标定的时候不能出啥意外吧？就像开车不能出事故一样，标定传感器也得保证安全。
而且，标定结果得稳定呀！不能今天一个样，明天又一个样。
那不是让人抓狂嘛！传感器标定的应用场景可多啦！在工业生产中，能保证产品质量。
你想想，要是传感器不准，生产出来的东西能合格吗？在科学研究中，更是离不开传感器标定。
没有准确的传感器，那些实验数据还能信吗？优势也很明显呀！能让传感器更准确地工作，就像给眼睛配了副合适的眼镜，看得更清楚啦！还能提高工作效率，节省时间和成本呢！你说，这多好呀！我知道一个实际案例哦！有个工厂，一开始传感器没标定好，生产出来的产品老是出问题。
后来他们认真进行了传感器标定，哇塞，产品质量一下子就上去了。
这就说明，传感器标定真的很重要呀！总之，传感器标定很关键。
准备好工具，选对方法，仔细认真，注意安全稳定。
这样才能让传感器更好地为我们服务。
你还等啥呢？赶紧行动起来吧！。
第11章 传感器的标定讲解
第11章 传感器的标定
传感器的静态特性标定
1.静态标定条件
（205）℃；≤85%RH；（76060）mm汞柱
2.标定仪器设备（标准量具）精度等级的确定
●标准量具的精度等级比被标定传感器至少高一个等级； ●附加设备又必须比标准量具至少高一个等级。
3.静态特性标定方法——比较法
●创造一个静态标准条件； ●选择标准量具； ●标定步骤： 全量程等间隔分点标定； 正、反行程往复循环一定次数逐点标定（输入标准量，测试 传感器相应的输出量）； 列出传感器输出-输入数据表格或绘制输出-输入特性曲线； 数据处理获取相应的静态特指标。
F P S
定
§11-2 压力传感器的动态标定
传感器的动态特性取决于什么？
传感器的动态模型，即阶数以及τ，ξ,ω等
幅频特性、相频特性
阶跃响应
各种已知频率的正 弦信号激励试验
阶跃信号激励试验
19
这种方法的缺点是标定频率低(低于500 Hz)， 标定装置制作困难，应用受到限制。
气压表 泄气门 膜片 侧面被标定的传感器 底面被标定的传感器 高压室 低压室 测速压力传感器 测速 前置级 数字 频率计 测压 前置级 记录 装置
§11-2 压力传感器的动态标定
气源
25
第11章 传感器的标定
激波管法
原理：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。
第11章 传感器的标定
1. 实验确定一阶传感器时间常数的方法
传感器的标定
x 100 %
HUST
18
传感器原理--第9章传感与检测技术的论理基础
（3） 引用误差引用误差是仪表中通用的一种误差表示 方法。 它是相对仪表满量程的一种误差, 一般也用百分数表 示，即
γ=
测量范围上限
- 测量范围下限
100 %
(9 - 9）
式中: γ——引用误差;
HUST
2
传感器原理--第9章传感与检测技术的论理基础
一、 测量 测量是以确定量值为目的的一系列操作。 所以测量也就是
将被测量与同种性质的标准量进行比较, 确定被测量对标准量的
倍数。 它可由下式表示:
x nu
n
式中 ：
（9-1）
x u
（9-2）
x——被测量值; n——比值（纯数）, 含有测量误差。 u——标准量, 即测量单位;
（5）附加误差附加误差是指当仪表的使用条件偏离额定条件 下出现的误差。例如, 温度附加误差、频率附加误差、电源电
压波动附加误差等。
HUST
20
传感器原理--第9章传感与检测技术的论理基础
2． 误差的性质 根据测量数据中的误差所呈现的规律, 将误差分为三种, 即 系统误差、随机误差和粗大误差。这种分类方法便于测量数据
3． 偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 用仪表指针的位移（即偏差）决定被测量的量值, 这种测量方 法称为偏差式测量。应用这种方法测量时, 仪表刻度事先用标准器 具标定。 在测量时, 输入被测量, 按照仪表指针在标尺上的示值, 决 定被测量的数值。 用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态, 在测量系统 平衡时, 用已知的标准量决定被测量的量值, 这种测量方法称为零位 式测量。在测量时, 已知标准量直接与被测量相比较, 已知量应连续 可调, 指零仪表指零时, 被测量与已知标准量相等。 例如天平、电位 差计等。零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度, 但测量 过程比较复杂, 费时较长, 不适用于测量迅速变化的信号。 HUST
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3
习 题
第十三章第1、2题（p276）
2
选用传感器的基本原则： 1）根据实际需要，保证主要的参数。 2）不必盲目追求单项指标的全面优异，主要 关心其稳定性和变化规律性。
与传感器特性有关的是传感器系统性能的综合 评价与标定。传感器的标定就是通过试验确 立传感器的输入与输出量之间的关系和不同 使用条件下的误差关系。它的标定有静态标 定和动态标定两种，静态标定就是确定传感 器静态指标，主要是线性度、灵敏度、滞迟 和重复性。
标定要求： ● 标定应该在与其使用条件相似的状态下进行； ● 增加重复标定的次数，以提高测试精度； ● 传感器需定期标定，一般以一年为期； ● 对重要的试验，需在试验前后的标定误差，在允许的范围内。
1
ห้องสมุดไป่ตู้
传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 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℃)、相对湿度不大于85％，大气压力 为标准大气压的情况。静态标定的目的是确定传感 器静态特性指标．如线性度、灵敏度、滞后和重复 性等。 传感器的动态标定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、二阶传感器则有固有频率ωn和阻尼 比ζ两个参数; 动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如 频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。有时， 根据需要也要对横向灵敏度、温度响应、环境影响 等进行标定。
第13章 传感器的标定
标定(率定)：通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。
标定曲线：试验求得的传感器输入量与输出量之间的关系曲线（输出特性 曲线）。 标定方法： 利用已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出 量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线即得标定曲线。按传感器的种类 和使用情况不同，其标定方法也不同。荷重、应力、压力传感器等的静标 定方法是利用压力试验机进行标定；它们更精确的标定则是在压力试验机 上用专门的荷载标定器标定；位移传感器的标定则是采用标准量块或位移 标定器。
习 题
第十三章第1、2题（p276）
2
选用传感器的基本原则： 1）根据实际需要，保证主要的参数。 2）不必盲目追求单项指标的全面优异，主要 关心其稳定性和变化规律性。
与传感器特性有关的是传感器系统性能的综合 评价与标定。传感器的标定就是通过试验确 立传感器的输入与输出量之间的关系和不同 使用条件下的误差关系。它的标定有静态标 定和动态标定两种，静态标定就是确定传感 器静态指标，主要是线性度、灵敏度、滞迟 和重复性。
标定要求： ● 标定应该在与其使用条件相似的状态下进行； ● 增加重复标定的次数，以提高测试精度； ● 传感器需定期标定，一般以一年为期； ● 对重要的试验，需在试验前后的标定误差，在允许的范围内。
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ห้องสมุดไป่ตู้
传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 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℃)、相对湿度不大于85％，大气压力 为标准大气压的情况。静态标定的目的是确定传感 器静态特性指标．如线性度、灵敏度、滞后和重复 性等。 传感器的动态标定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、二阶传感器则有固有频率ωn和阻尼 比ζ两个参数; 动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如 频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。有时， 根据需要也要对横向灵敏度、温度响应、环境影响 等进行标定。
第13章 传感器的标定
标定(率定)：通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。
标定曲线：试验求得的传感器输入量与输出量之间的关系曲线（输出特性 曲线）。 标定方法： 利用已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出 量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线即得标定曲线。按传感器的种类 和使用情况不同，其标定方法也不同。荷重、应力、压力传感器等的静标 定方法是利用压力试验机进行标定；它们更精确的标定则是在压力试验机 上用专门的荷载标定器标定；位移传感器的标定则是采用标准量块或位移 标定器。