压力传感器标定与校准
传感器的标定课件
• 传感器标定概述 • 传感器标定方法 • 传感器标定实验 • 传感器标定应用案例 • 传感器标定的注意事项与展望
01
传感器标定概述
传感器标定的定义
传感器标定的目的和意义
目的 意义
传感器标定的基本原理
基本原理
标定方法
静态标定和动态标定。静态标定是指 对传感器在静止状态下的性能进行标 定，动态标定是指在实际工作状态下 对传感器性能进行标定。
安装传感器
进行标定实验
准备工作
设定初始参数
数据处理与分析
实验数据处理与分析
数据清洗
。
数据转换
数据分析 结果评估
04
传感器标定应用案例
案例一：压力传感器的标定
总结词
压力传感器在工业控制、航空航天、气象监测等领域应用广泛，其性能直接影响 测量精度和系统稳定性。
详细描述
压力传感器的标定主要是通过比较标准压力值与传感器输出值，调整传感器参数 以减小误差。标定过程中，需要考虑温度、湿度、气压等环境因素对传感器性能 的影响，并采取相应措施进行补偿。
记录传感器的输出量， 如电压、电流、频率等。
根据测量数据，分析传 感器的静态特性参数， 如灵敏度、线性度、迟 滞等。
动态标 定
01 定义
02
03
04
05
1. 选择动态输入 2. 施加动态输入 3. 测量动态输出 4. 分析数据
量
量
量
03
传感器标定实验
实验设备与环境要求
传感器标定设备
环境要求
实验步骤
重复标定
为了确保标定结果的准 确性，需要进行多次重 复标定，并对结果取平
均值。
定期维护与更新
压力传感器的使用方法
压力传感器的使用方法一、压力传感器的基本原理1.压电传感器原理：压电传感器是通过压电材料的压电效应将机械压力转化为电荷输出。
压电材料受到外部压力后，晶格结构发生变化，产生电荷，从而产生电信号输出。
2.电阻传感器原理：电阻传感器是通过压力作用于电阻元件的形变来改变电阻值，进而改变电信号输出。
常见的电阻传感器有应变片传感器和薄膜传感器。
3.容量传感器原理：容量传感器是通过测量电容变化来获得压力信息。
在容量传感器中，压力的变化会引起两个电极之间的电容值发生变化，进而产生电信号输出。
1.安装：在安装压力传感器之前，需要先确定其测量的压力范围，然后选择合适的传感器型号。
在安装过程中，应确保传感器与被测物体的表面保持良好的接触，并注意避免传感器受到外力的干扰。
2.连接：根据压力传感器的接口类型，选择合适的连接方式。
常见的连接方式有线性连接、电压输入和电流输出等。
在连接过程中，应仔细查阅传感器的技术手册，按照说明进行正确的连接操作。
3.校准：在使用压力传感器之前，需要进行校准以确保其测量结果的准确性。
校准方法一般有标定法、对比法和推导法等。
选择合适的校准方法，并按照校准标准进行操作，以保证测量结果的可靠性。
4.数据读取：根据传感器的接口类型，选择合适的数据读取方式。
常见的读取方式有模拟信号输出和数字信号输出等。
在读取数据时，要注意选择合适的数据采集设备，并确保信号的传输和转换的可靠性。
三、压力传感器在不同领域的应用1.工业自动化领域：压力传感器广泛应用于流体控制、液位检测、压力监测等方面。
例如，用于自动化控制系统中的压力传感器可用于监测压缩机、泵、阀门等设备的工作状态。
2.电子设备领域：在电子设备中，压力传感器常用于手机、平板电脑等设备中的触摸屏上。
压力传感器可以检测到用户的轻触、按压等手势，并将其转化为相应的电信号。
3.医疗器械领域：在医疗器械中，压力传感器被广泛应用于血压计、呼吸机、体重秤等设备中。
例如，用于呼吸机中的压力传感器可用于监测患者的呼吸状态，从而实现对患者的有效治疗。
力准lz-801f压力传感器说明书
力准lz-801f压力传感器说明书为了进行精确的测试，应校准压力测试传感器。
静态测试只需要静态校准。
要求动态响应的压力传感器需要动态标定。
(1)静态标定。
静标定是指标定系统在静态压力作用下确定压力传感器输出和输入之间的对应关系，确定反映传感器精度的相关指标。
为取得较好的标定精度，作为标定基准的仪器，其精度至少比标定传感器高一个数量级。
常用的静态标定方法有：砝码、杠杆秤、标准测力环、标准测力环、标准测力仪等。
(2)动态标定。
压力传感器动态标定的目的是确定其动态特性，即频率或脉冲响应，从而确定其工作频率范围和动态误差。
动态校准可用正弦响应法和瞬态响应法。
前一种方法是用正弦激振器输入激振信号，得到正弦响应。
正激振器有活塞筒正弦压力发生器、凸轮喷嘴正弦压力发生器等多种装置。
该方法利用专用装置对瞬变力进行振动激励，得到瞬态响应曲线，根据测试记录的数据，用相似方法得到频率特性。
柱塞缸正弦压力源结构图。
柱塞的行程是固定的，通过调节缸体体积可以改变输出压力的幅值，从而实现了输出压力的幅度和频率范围。
该凸轮表面轮廓为正弦波形，其气阻随凸轮面形状的变化而变化，产生压力信号。
当压力传感器的振幅较大、频率范围较大时，其动态响应也是确定的，应答器可以应用于压力传感器的高速响应。
由于激波管加工精度高、设备复杂，在工程实践中，有时采用冲击测试方法对其进行动态测试。
冲击法是一种机械装置撞击被标物传感器，产生瞬时冲击力，记录数据，获取压力传感器动态特性。
撞击法结构简单，使用方便，但误差大。
传感器的标定
图11-7 稳态周期性校准压力源 图11-8 表示获得稳态周期性压力源
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图11-7 稳态周期性校准压力源
退出
图11-8 表示获得稳态周期性压力源
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11.4.2 激波管标定法
激波管标定压力（或力）传感器特点： 激波管标定压力（或力）传感器特点：
压力幅度范围宽，便于改变压力值； 压力幅度范围宽，便于改变压力值； 频率范围广（ 频率范围广（2khz~2.5MHz）； ）； 便于分析研究和数据处理。 便于分析研究和数据处理。 此外，激波管结构简单，使用方法可靠。 此外，激波管结构简单，使用方法可靠。
11.3.1 绝对标定法
被标测振传感器的加速度灵敏度S 被标测振传感器的加速度灵敏度 0为
2 Eems mV ⋅ s 2 Sa = 2 m (2πf ) X m
11.3.2 比较标定法
被标测振传感器的中速度灵敏度Sa为 被标测振传感器的中速度灵敏度 为
E Sa = Eo
11.1传感器的静态特性标定 传感器的静态特性标定 11.2传感器的动态特性标定 传感器的动态特性标定 11.3测振传感器的标定 测振传感器的标定 11.4压力传感器的标定 压力传感器的标定 本章要点
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11.1 传感器的静态特性标定
静态标准条件
传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。 传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的 。 所谓 静态标准是指没有加速度、振动、 冲击（ 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（ ± ℃ 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 的情况。 相对温度不大于 ，大气压力为7kPa的情况。 的情况
传感器的标定方法
传感器的标定方法传感器标定是指通过一系列实验和技术手段，对传感器进行参数的测量和调整，以确保传感器输出与被测量的物理量之间的准确关系。
传感器标定方法多种多样，根据不同的传感器类型和应用领域有所差异。
下面将介绍一些常见的传感器标定方法。
1. 建模法标定：建模法是一种常用的传感器标定方法，它通过将传感器的输入和输出建立数学模型，通过实验测量和数据拟合得到模型的参数，从而实现传感器的标定。
常用的建模方法有线性回归、多项式拟合、神经网络等。
例如，在温度传感器中，可以通过将温度传感器输入的电压信号与温度之间建立线性或非线性关系的模型进行标定。
2. 标准物质法标定：标准物质法是一种传感器标定的重要方法，它通过使用已知浓度的标准物质来对传感器进行标定。
例如，气体传感器可以使用标准气体品，电导传感器可以使用标准电解液，光学传感器可以使用标准光源等。
通过将传感器输出与标准物质的浓度进行比较，可以计算传感器的灵敏度、零点漂移等参数。
3. 对比法标定：对比法是一种通过将待标定传感器与已标定的传感器进行比较来进行标定的方法。
例如，压力传感器可以使用静水压力来进行对比标定，通过将待标定传感器与已标定传感器同时暴露在相同的静水压力下，比较两者的输出信号差异，可以得到待标定传感器的准确度。
4. 自标定法标定：自标定法是一种能够实时对传感器进行标定的方法，它利用传感器本身的特性和内部结构来实现标定。
例如，加速度传感器可以通过自标定法来校准，它通过检测传感器在不同加速度条件下的输出信号，得到传感器的灵敏度和零点偏移，并进行自动校正。
5. 外部参考法标定：外部参考法是一种使用外部参考量对传感器进行标定的方法。
例如，使用GPS 定位系统对地磁传感器进行标定，通过将传感器所在位置的真实地磁场与传感器输出信号进行比较，可以得到传感器的准确度和校准系数。
总之，传感器标定是确保传感器输出与被测量物理量之间准确关系的重要步骤。
在进行传感器标定时，需要选择合适的标定方法，并根据具体需求和应用场景进行操作。
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
压力传感器的标定实验
压力传感器的标定实验为了确保测试仪器的精确度和灵敏度，保证测试仪器测量数据的误差不超出规定的范围，应进行测试仪器示值与标准值校对工作，这一工作过程称为对测试仪器的标定(或称为率定)。
测试仪器的标定分为强制性检验和经常性自检。
标定的方法可分为对单件测试仪器进行标定和对整个测试系统进行标定。
一、实验目的学习结构试验常用力传感器原理、使用方法并掌握力传感器的标定。
二、实验仪器及设备1 静态应变仪一台2 空心圆管一个3.电阻应变片，万用表，电烙铁，焊锡，游标卡尺等工具一套三、实验原理圆筒式力传感器应变片粘贴在弹性体外壁应力均匀的中间部分，并均匀对称地粘贴多片。
因为弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性有影响。
所以对空心圆柱一般取H≥D－d＋l，式中H为圆柱体高度，D为圆柱外径，d为空心圆柱内径，l 为应变片基长。
贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接，如图2－20所示，其特点是R1、R3串联，R2、R4串联并置于相对位置的臂上，以减少弯矩的影响。
横向贴片作温度补偿用。
柱式力传感器的结构简单，可以测量大的拉压力，最大可达107N。
（1）打座、清洗：试件表面处理，为了使应变片牢固地粘贴在试件表面上，必须将要贴片处的表面部分打磨，使之平整光洁。
清洗使之无油污、氧化层、锈斑等。
（2）定位划线（3）贴片：粘贴应变片，并压合，使粘合剂的厚度尽量减薄（4）焊线：引线的焊接处固定以及防护与屏蔽处理等（5）接桥路（6）封装(7)标定结论:力与ε是呈线性关系的,使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度（精度）进行检测是符合标准的.通过这次试验我了解到了一些有关传感器的知识，并且动手做了一个电测试验的力学传感器，我们八人合作共同完成了八个应变片的定位焊接工作。
并且在老师的指导下完成了标定工作，而在这一过程中我们还是遇到了很多麻烦，例如贴片后线路太复杂，导致与承载体接触，标定时始终无法调零成功，这说明我们的动手能力还有待提高。
SMC压力传感器调整说明书
SMC压力传感器调整说明书SMC压力传感器是一种广泛应用于工业生产中的重要设备。
作为一种关键的检测器，它能够帮助操作者监测工业生产中的压力值，并进行调整，从而确保产品的质量和生产的稳定性。
在实际的应用过程中，对SMC压力传感器的正确调整是至关重要的。
本文将为大家提供一份详细的SMC压力传感器调整说明书。
仪器器材准备在进行SMC压力传感器的调整之前，我们首先需要准备好一些仪器和器材。
这些器材的使用是为了保证我们能够进行准确、稳定和可靠的测量。
主要的器材如下：1. SMC压力传感器2. 0-5V电压信号发生器3. 电子式万用表4. 气源压力表5. 压力校验器6. 电脑或手机APP调整步骤1. 调整输出信号电压首先，我们需要通过电压信号发生器来给SMC压力传感器提供一个规定的电压输入信号。
在此之前，我们需要先将电压信号发生器的信号输出与SMC压力传感器的输入端口相连接。
调整过程中，我们需要慢慢提高输入信号，直到SMC压力传感器输出的电压信号为满电压的80%为止。
在此之后，我们需要将电压信号逐步降低，直到输出信号电压达到满量程的10-90%。
2. 调整零点偏移在电压信号的调整完成之后，下一步我们需要对SMC压力传感器的零点偏移进行校准。
在此之前，我们需要将电压信号发生器的输出电压设置为0，这样可以避免误差。
调整过程中，我们需要根据电子式万用表测量出SMC压力传感器当前的输出电压，并与实际的零点输出电压进行比较。
如果出现偏差，我们需要调整压力传感器的零点来进行校准。
3. 调整满量程在进行零点偏移校准之后，我们需要对SMC压力传感器的满量程进行校准。
在此之前，我们需要按照之前的方法调整电压信号到满量程。
调整过程中，我们需要根据电子式万用表测量出SMC压力传感器当前的输出电压，并与实际的满量程输出电压进行比较。
如果出现偏差，我们需要调整压力传感器的满量程来进行校准。
4. 调整灵敏度和输出信号最后一步，我们需要根据实际情况来调整SMC压力传感器的灵敏度和输出信号。
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压力传感器检定：
1. 静态检定
2. 动态检定
我们把压力传感器的特性分成两类静态特性和动态特性。压力传感器静态特性的
主要指标是灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、温度漂移和零点漂移等等。一般
我们校准压力传感器都是校准其静态特性，这是因为我们将压力传感器理想化，认为
其固有频率相当大而且本身无阻尼，这时压力传感器的静态特性和动态特性是一样的。
然而在被测压力随时间变化的情况下，压力传感器的输出能否追随输入压力的快速变
化是一个很重要的问题。有的压力传感器尽管其静态特性非常好，但由于不能很好地
追随输入压力的快速变化而导致严重的误差，有时甚至出现高达百分之百的动态误差。
所以我们必须要进行压力传感器动态特性的校准，认真分析其动态响应特性。压力传
感器动态特性可以用它的上升时间、固有频率、幅频特性、相频特性等参数来描述。
迟滞
e
H
：正行程与反行程之间的曲线的不重合度；
线性度
e
L
（非线性误差）：输入输出校准曲线（实际）与选定的拟合直线之间的
吻合程度；
重复性
e
R
：正行程或反行程曲线多次测量时曲线的一致程度；
置信系数a=2（95.4%）或a=3（99.73%）
贝塞尔公式
线性度、迟滞反映系统误差；重复性反映偶然误差。
误差（三者反应系统总误差）
e
S：eS
=±√eH2+eL2+eR2
或e
S=eH+eL+eR
根据检定规程一《压力传感器静态》,在校准精密线性压力传感器时给出的校准曲
线有二种最小二乘直线和端点平移线。
动态检定：
1. 瞬态激励法（阶跃信号激励）
2. 正弦激励法（正弦信号激励）
动态检定指标、参数：频率响应、谐振频率、自振频率、阻尼比、上升时间、建立时
间、过冲量、灵敏度。
正弦激励法：正弦压力信号输入法是一种间接的检定方法，即被检定的压力传感器和
一个“参考”压力传感器相比较，而“参考”压力传感器具有理想的动态性能。正弦
压力激励法在高频、高压时，正弦信号往往严重畸变。因此一般只能用于小压力或低
频范围的检定。
图1 正弦压力标定与校准原理
正弦激励法可以采用数字压力表和相位计可以分别测量正弦信号的幅值和相位，测得
标准压力传感器测量得到的正弦压力幅值A（等于标准压力传感器响应电压幅值与标准压
力传感器幅值灵敏度的乘积）和相位
ɵ
1
，以及被检定压力传感器响应正弦信号的幅值B
和相位ɵ2 ，幅值灵敏度=BA，相移=
ɵ
2 - ɵ1。
瞬态激励法：一般采用瞬变函数激励信号，这时就要用激波管来产生激波；瞬态压力信
号输入法利用阶跃波和其它非周期的脉冲信号作输入，目前运用得比较成功的是阶跃
波输入法。根据被标定的压力传感器的阶跃响应，再用解析的方法计算其动态特性，
此方法不需要动态性能己知的参考压力传感器，所以它是一种直接的标定方法。
激波管动态压力标准采用阶跃压力对压力传感器进行检定，他可以产生上升时间为纳
秒级别的阶跃压力。
图2 激波管动态压力传感器检定原理
频率响应：由正弦压力激励下的稳态响应特性，由幅频特性与相频特性组成；幅频特
性指正弦压力激励下，输出量与被测量振幅之比与频率的关系；相频特性指输出量与
被测量相差随频率变化的关系。
谐振频率：压力传感器具有最大幅值响应时的激励信号的频率。
自振频率（振铃频率）
w
d
：（阶跃信号激励）当被测量为阶跃变化时，在传感器输出
中瞬时出现的自由振堂频率。
w
d
=
2𝜋𝑁
t
。
过冲量δ：（阶跃信号激励）对传感器施加节约压力信号激励后，其响应中超出终值部
分的最大值与阶跃响应幅度之比δ
=
∆u1
ū
图3
阻尼比：实际阻尼系数与临界阻尼系数之比为阻尼比。
上升时间
t
r
：压力传感器被阶跃压力激励时，其响应值从阶跃响应幅度的10%过渡到
90%所需的时间（如图1）。
建立时间
t
s
：压力传感器被阶跃压力激励时，其响应从阶跃响应幅度的10%时刻起至
与终值只差进入阶跃响应幅度的±5%范围内时刻止所需的时间（如图1）。
图4
灵敏度K
s：压力传感器响应变化量与激励变化量之比。Ks
=ū∆P ；∆P为阶跃压力值。
图5
延时时间
t
s
：输入阶跃压力作用到传感器到传感器有信号输出时的时间差。
图6
表1为压力传感器计量性能要求：
表2为正弦压力标准的性能指标：
表3为激波管动态压力标准
参考文献：
1. 林俊阳.《压力传感器的动态特性测试方法研究》.厦门大学
2. 张大有.《激波管在压力传感器动态性能校准和实验上的应用》.宇航计测技术
3. JJG 624-2005 动态压力传感器检定规程
4. 张近等.《压力测量系统的激波管动态校准》.传感器技术
5. 王刚等.《压力传感器校准和测控系统研究》.四川大学