传感器的标定1.ppt

1 第14章传感器的标定 2 目录 简介14 1传感器的静态特性标定14 2传感器的动态特性标定14 3测振传感器的标定14 4压力传感器的标定14 5湿度传感器的标定及其设备本章小结 3 简介 传感器的标定分为静态标定和动态标定两种 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 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 4 14 1传感器的静态特性标定 14 1 1静态标准条件14 1 2标定仪器设备的精度等级的确定14 1 3静态特性标定的方法 5 14 1 1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 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1 01 105Pa的情况 6 14 1 2标定仪器设备的精度等级的确定 对传感器进行标定 是根据试验数据确定传感器的各项性能指标 实际上也是确定传感器的测量精度 在标定传感器时 所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级 这样 通过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的 所确定的精度才是可信的 7 14 1 3静态特性标定的方法 对传感器进行静态特性标定 首先是创造一个静态标准条件 其次是选择与被标定传感器的精度要求相适应一定等级的标定用的仪器设备 然后才能开始对传感器进行静态特性标定 8 标定过程步骤如下 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 由小到大逐点输入标准值 并记录下相对应的输出值 将输入值由大到小逐点减少下来 同时记录下与各输入值相对应的输出值 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 将得到的输出一输入测试数据用表格列出或画成曲线 对测试数据进行必要的处理 根据处理结果就可以确定传感器的线性度 灵敏度 滞后和重复性等静态持性指标 9 14 2传感器的动态特性标定 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 二阶传感器则有固有频率 n和阻尼比 两个参数 10 一阶传感器 前提 输入信号为阶跃信号结论 为z t直线的斜率 一阶传感器的阶跃响应函数为 11 二阶传感器则有固有频率 n和阻尼比 两个参数 输入信号为阶跃信号 12 14 3测振传感器的标定 14 3 1绝对标定法14 3 2比较标定法 13 测振传感器的标定 测振仪性能的全面标定只是在制造单位或研究部门进行 在一般使用单位和使用场合 主要是标定其灵敏度 频率特性和动态线性范围 标定和校准测振仪的方法很多从计算标准和传递的角度来看 可以分成两类 一类是复现振动量值最高基准的绝对法 另一类是以绝对法标定的标准测振仪作为二等标准用比较法标定工作测振仪 按照标定时所用输入量种类又可分为正弦振动法 重力加速度法 冲击法和随机振动法等 14 14 3 1绝对标定法 我国目前的振动计量最高基准是采用激光光波长度作为振幅量值的绝对基准 由于激光干涉基准系统复杂昂贵 而且一经安装调试后就不能移动 因此需要作为二等标准的测振仪作为传递基准之用 15 14 3 2比较标定法 这是一种最常使用的标定方法 即将被标的测振传感器和标准测振传感器相比较 标定时 将被标测振传感器与标准传感器一起安装在标准振动台上 为了使它们尽可能地靠近安装以保证感受的振动量相同 常采用 背靠背 法安装 设标准测振传感器和被标测振传感器在受到同一振动量时输出分别为E0和E 已知标准测振传感器的加速度灵敏度为Sk0 则被标测振传感器的加速度灵敏皮Sk为 Sk E Sk0 E0 16 14 4压力传感器的标定 简介14 4 1动态标定压力源14 4 2激波管标定法 17 简介 用来作为动态测量的压力传感器除了按前述方法进行静态标定外 还要进行某种形式的动态标定 动态标定要解决两个问题 要获得一个令人满意的周期或阶跃的压力源 要可靠地确定上述压力源所产生的真实的压力一时间关系 18 14 4 1动态标定压力源 获得动态标定压力的方法很多 然而 必须注意 提供了动态压力 并不等于提供了动态压力标准 因为 为了获得动态压力标准 必须正确地知道有关压力一时间关系 动态压力源的分类如下 1 稳态周期性压力源2 非稳态压力源 19 稳态周期性压力源 峰值压力可达70kg cm2频率可达到100Hz 活塞缸筒静态压力源 活塞与缸筒声谐振器 20 14 4 2激波管标定法 1一激波管的高压室2一激波管的低压室3一激波管的高低压室间的膜版4一侧面被标定的传感器5 底面被标定的传感器6 7一各为测速压力传感器8 测速前置级9一数字式频率计10 测压的前置级11 记压记忆装置12一气源13 气压表14一泄气门 核心部件 激波管 激波管标定装置系统 21 激波管 当高 低压室的压力差达到一定程度时膜片破裂 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v并以超音速冲向被标定的传感器 传感器在激波的激励下按固有频率产生一个衰减振荡 22 被标定的传感器输出波形 23 14 5湿度传感器的标定及其设备 引言相对湿度的标定方法及设备绝对湿度的标定方法及设备 24 引言 湿度敏感元件的感湿特征量与环境气相湿度之间并不存在固定的定量关系 感湿特征量的测量值也不可能直接表征环境气相湿度的确切数值 因此湿敏元件必须经过定量标定 方可实用 湿敏元件定量标定的实质在于建立标准湿度发生器 提供准确的湿度源 由于气相湿度的高低受温度 压力 介质的性质 容孔的材质和系统的状况等众多因素的影响 所以建立标准湿度发生器和恒湿源决非易事 其困难和复杂的程度甚至大大超过了湿度敏感元件本身的制作 25 相对湿度的标定方法及设备 干湿球法饱和盐溶液法双压法分流法 26 干湿球法 1750年 Richman发现 当温度计的温泡上有水时 它所指示的温度低于周围空气的温度 这一偶然的发现引起了人们的注意 经研究 查明这种致冷现象产生的原因是由于水蒸发的结果 早期的研究者发现 干球和湿球的温度差 即干湿差 不仅取决于温度和空气中的水份含量 而且还和湿球表面空气的疏速有关 因而被命名为通风干湿表 1799年Lesslie利用干湿球法的测湿原理制造了一种湿度计 1836年Manson使这种湿度计商品化 27 干湿球法的测湿原理 结构 一根U型管连接的两个玻璃球组成 一个球染成蓝色 另一个球不上色 并用湿纱布包裹 U型管内装带色的硫酸 玻璃球起气体温度计的作用 原理 由于蒸发 湿球的温度下降 其中的气体收缩 因此引起U型管内着色液体的位移 其高度的变化反应了湿球的蒸发率 而我们知道 蒸发率与湿度是相关的 因此液体的位移可以作为空气的湿度 28 饱和盐溶液法 它可提供工作标准湿度 在0 以上对湿度敏感元件进行定量标定 根据拉乌尔定律 溶质的溶解降低了该温度下溶液的气压 当溶解盐达列饱和时 在给定温度下整个溶液的平衡蒸气压最小并保持恒定 利用在封闭容器中饱和盐溶液的平衡蒸气压作为标准湿度 该湿度的高低 由饱如盐溶液的种类和平衡温度所决定 29 饱如盐溶液的相对湿度 为什么温度上升 相对湿度都变小 对同一种饱如盐溶液而言 30 双压法 高压 Ps 干燥空气经过二级串联水饱合器 在恒定温度下达到充分饱合 经充分热交换后 等温 或非等温 膨胀到较低压力 Pt 下的器件标定室内 此时标定室内的相对湿度 可表示为膨胀前后的二种绝对压力之比 等温条件下 非等温条件下 Pws Pwt分别为水饱和器和标定室所处温度下的饱和水汽压 31 实际情况下的修正 由于水不是理想气体 所以需要修正 K为修正系数 k 0 00017 32 分流法湿度发生器 通过采用纯水汽或饱和湿空气同干气混合的方法可以获得已知湿度的气体 E Gluckauf在研究吸收湿度计性能时首先使用了这种方法 这是一种较早发展起来的同时又是当前湿度计量中广泛使用的工作标准之一 其主要的优点是量程宽 量值变换快 这在湿敏元件的研制和生产迅速发展 对其动态性能要求日高 检定量日益繁重的今天 人们对它越来越感兴趣是必然的 33 基本原理 比例阀V将来自干气源 一般是干空气 的气体按一定的比例分成两部分 一路进入饱和器s 被混合的气流在混合室中同另一股干气混合 而后进入试验腔 最后排入大气