第1章 传感器的一般特性-3

1、第第1章章 传感器的一般特性传感器的一般特性1.3 传感器的传感器的标定标定概述概述一、静态特性标定方法一、静态特性标定方法二、动态特性标定方法二、动态特性标定方法2概述概述 标定标定 通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。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。试验求得的传感器输入量与输出量之间的关系曲线。 标定意义：标定意义： 是设计、制造和使用传感器的一个重要环节。任何传感器在是设计、制造和使用传感器的一个重要环节。任何传感器在制造、装配完毕后都须对设计指标进行标定试验，以保证量制造、装配完毕后都须对设计指标进行

2、标定试验，以保证量值准确传递。值准确传递。 对新研制的传感器，须进行标定试验对新研制的传感器，须进行标定试验，用，用标定数据进行量值标定数据进行量值传递传递，并作为，并作为改进传感器设计的重要依据。改进传感器设计的重要依据。 传感器使用、存储一段时间后，也须对其主要技术指标进行传感器使用、存储一段时间后，也须对其主要技术指标进行复测，称为校准（校准和标定本质上是一样的），以确保其复测，称为校准（校准和标定本质上是一样的），以确保其性能指标达到要求。性能指标达到要求。 对出现故障的传感器，若经修理还可继续使用，修理后也必对出现故障的传感器，若经修理还可继续使用，修理后也必须再次进行标定须再次进行

3、标定试验（某些性能指标试验（某些性能指标可能发生了变化）。可能发生了变化）。3概述概述 标定标定方法方法 利用已知的标准量输入到待标定的传感器中，传感器得到相利用已知的标准量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应的输出量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线，得到标曲线，得到标定曲线，得到性能指标。定曲线，得到性能指标。 绝对标定法绝对标定法 被测量是由高精度的设备产生并测量其大小被测量是由高精度的设备产生并测量其大小 特点：精度较高，但较复杂特点：精度较高，但较复杂 相对标定法或比较标定法相对标定法或比较标定法 被测量是用根据绝对标定法标定好的标准传感器来

4、测量的被测量是用根据绝对标定法标定好的标准传感器来测量的 特点：简单易行，但标定精度较低。特点：简单易行，但标定精度较低。标定标定装置装置标准传标准传感器感器待标定待标定传感器传感器输出量输出量显示显示输出量输出量测量测量4 静态标定静态标定 确定传感器确定传感器静态特性指标静态特性指标 线性度、灵敏度、迟滞误差和重复性等线性度、灵敏度、迟滞误差和重复性等 动态标定动态标定 确定传感器的确定传感器的动态特性指标动态特性指标 一阶系统：时间常数一阶系统：时间常数 二阶系统：固有频率、阻尼比二阶系统：固有频率、阻尼比 在阶跃或正弦输入时测量传感器的输出特性在阶跃或正弦输入时测量传感器的输出特性5概

5、述概述 标定要求标定要求 标定应该在与其使用条件相似的状态下进行；标定应该在与其使用条件相似的状态下进行； 标准设备的精度比待标传感器高一个量级（至标准设备的精度比待标传感器高一个量级（至少高少高1/3以上）；以上）； 增加重复标定的次数，以提高测试精度；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。传感器需定期标定，一般以一年为期。6一、静态特性标定方法一、静态特性标定方法 在在静态标准条件静态标准条件下进行标定下进行标定 没有加速度、振动、冲击没有加速度、振动、冲击 环境温度一般为室温环境温度一般为室温(205) 相对湿度不大于相对湿度不大于85 大气压力为标准大

6、气压的情况。大气压力为标准大气压的情况。7 静态标定步骤静态标定步骤 将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点将传感器全量程（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、逐点递增输入根据传感器量程分点情况，由小到大、逐点递增输入标准量值，并记录下与各点输入值相对应的输出值。标准量值，并记录下与各点输入值相对应的输出值。 将输入量值由大到小、逐点递减，同时记录下与各点将输入量值由大到小、逐点递减，同时记录下与各点输入值相对应的输出值。输入值相对应的输出值。 按上所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多按上所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次（一般为次（一般为310次

7、）测试，将得到的输出次）测试，将得到的输出-输入测试数输入测试数据用表格列出或画成曲线。据用表格列出或画成曲线。 参照静特性指标计算方法，对测试数据进行处理，得参照静特性指标计算方法，对测试数据进行处理，得到传感器的实际特性曲线，确定传感器的线性度、灵到传感器的实际特性曲线，确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。敏度、迟滞和重复性等。8二、动态特性标定方法二、动态特性标定方法 确定传感器的动态特性指标确定传感器的动态特性指标 一阶传感器：一阶传感器：时间常数时间常数， 二阶传感器：二阶传感器：自然振荡频率自然振荡频率0、阻尼比阻尼比 一般是通过实验确定一般是通过实验确定 如测量传感器的如

8、测量传感器的阶跃响应阶跃响应、正弦响应正弦响应等等 其中最常用的是测量传感器的阶跃响应其中最常用的是测量传感器的阶跃响应 标准要求标准要求 标准设备的时间常数应比待标定传感器小很多标准设备的时间常数应比待标定传感器小很多 固有频率应高很多固有频率应高很多 9（1）阶跃信号响应法）阶跃信号响应法 一阶传感器一阶传感器时间常数时间常数 方法一方法一：在测得的传感器阶跃响应曲线上，取：在测得的传感器阶跃响应曲线上，取输出值达到其稳态值的输出值达到其稳态值的63.2%处所经过的时间处所经过的时间即为其时间常数即为其时间常数。 这样确定时间常数没有涉及响应的全过程，测这样确定时间常数没有涉及响应的全过程

9、，测量结果的可靠性仅取决于某些个别的瞬时值量结果的可靠性仅取决于某些个别的瞬时值(只只用到一个实验数据用到一个实验数据)。02345tx(t)y(t)y(t)x(t)10.6320.8650.9500.9820.993tety 1)(10 一阶传感器一阶传感器时间常数时间常数 方法二方法二： 令令z = t/ / ， 由上式依据测得的由上式依据测得的y(t) 可求出对应的可求出对应的z，作出，作出z- -t曲线，曲线，则应得到线性关系则应得到线性关系 根据根据 = - -D Dt/ /D Dz可确定时间常数可确定时间常数 考虑了瞬态响应的全过程，具有较高的可靠性考虑了瞬态响应的全过程，具有较高

10、的可靠性 另外，还可根据另外，还可根据z-t曲线与直线的符合程度判断传感曲线与直线的符合程度判断传感器与一阶传感器的符合度。器与一阶传感器的符合度。tety 1)()(tyz1lnztDtDz11 二阶传感器二阶传感器阻尼比阻尼比、固有频率、固有频率0 方法一：测得传感器阶跃响应输出曲线，在其方法一：测得传感器阶跃响应输出曲线，在其上可以获得曲线振荡频率上可以获得曲线振荡频率d、稳态值、稳态值y()、最、最大过冲量大过冲量m与其发生的时间与其发生的时间tm02211dmt2)(/(ln/11ym12 二阶传感器二阶传感器阻尼比阻尼比、固有频率、固有频率0 方法二：利用任意两个过冲量确定方法二：

11、利用任意两个过冲量确定，设第，设第i个个过冲量过冲量mi和第和第i+n个过冲量个过冲量m(i+n)之间相隔之间相隔n个个周期周期 ，则，则2)(22/(ln/411nimmin13（二）正弦信号响应法（二）正弦信号响应法 测量传感器正弦稳态响应的测量传感器正弦稳态响应的幅值幅值和和相角相角 得到输出信号与输入信号的幅值比和相位差得到输出信号与输入信号的幅值比和相位差 逐渐改变输入正弦信号的频率，重复前述过逐渐改变输入正弦信号的频率，重复前述过程，得到幅频和相频特性曲线程，得到幅频和相频特性曲线 由幅频和相频特性曲线可确定传感器的动态由幅频和相频特性曲线可确定传感器的动态特性参数。特性参数。14

12、 一阶传感器一阶传感器时间常数时间常数 将一阶传感器的频率特性曲线绘成伯德图将一阶传感器的频率特性曲线绘成伯德图 取其对数幅频曲线下降取其对数幅频曲线下降3dB处的角频率处的角频率201/211)(/)(A15 二阶传感器二阶传感器阻尼比阻尼比、固有频率、固有频率0 在欠阻尼情况下，从幅频特性曲线上测得三个在欠阻尼情况下，从幅频特性曲线上测得三个特征量，即零频增益特征量，即零频增益k0、共振频率增益、共振频率增益kr和共和共振角频率振角频率r20121rkk0212r16 1.4 传感器的技术指标传感器的技术指标 基本参数指标基本参数指标环境参数指标环境参数指标可靠性指标可靠性指标其他指标其他

13、指标量程指标：量程指标：量程范围、过载能力量程范围、过载能力灵敏度指标：灵敏度指标：灵敏度、分辨力、满灵敏度、分辨力、满量程输出等量程输出等精度有关指标：精度有关指标：不确定度、误差、线不确定度、误差、线性、迟滞、重复性、性、迟滞、重复性、灵敏度误差、稳定性灵敏度误差、稳定性动态性能指标：动态性能指标：固有频率、阻尼比、固有频率、阻尼比、时间常数、频率响应时间常数、频率响应范围、频率特性、临范围、频率特性、临界频率、临界速度、界频率、临界速度、稳定时间等稳定时间等温度指标：温度指标：工作温度范围、工作温度范围、温度误差、温度温度误差、温度漂移、温度系数漂移、温度系数、热滞后等、热滞后等抗冲击、振动指抗冲击、振动指标：标：容许各向抗冲振容许各向抗冲振的频率、振幅及的频率、振幅及加速度、冲振所加速度、冲振所引入的误差引入的误差其他环境参数其他环境参数：抗潮湿、抗介质抗潮湿、抗介质腐蚀能力、抗电腐蚀能力、抗电磁场干扰能力等磁场干扰能力等工作平