传感器的标定与校准

1、第十四章传感器校准和校准、传感器校准和校准：通过测试建立传感器的输出-输入特性和错误关系。传感器校准和校准方法：标准设备生成已知的非电量-输入量，测试校准传感器的相应输出量，并根据输入量制作校准图。传感器校准系统：经测试的非电量标准发生器和标准测试系统；待显示传感器和适配器信号调理和显示，记录器等。静态校准.静态特性校准：灵敏度、线性度、传感器校准精度.动态校正-动态性质参数(；n，)测试；动态校准信号：步进信号或正弦信号。传感器校准和校准的目的：校准测量的准确性、均匀度和法制性。14.1测量误差基本概念、14.1.1测量和测量误差1。测量测量是以测量值为目的的工作.本“操作”是测量中的比较过

2、程将测量的参数与其测量单位进行比较的过程。比较的工具就是仪表。测试是更广泛的测量，包含测量和测试的双重含义。工程参数测试是使用特殊的技术工具(米)，该工具依靠能量转换、实验和计算来查找测量值。整个测试过程必须包括信息收集-传感器(一次性仪表)。信号调理-发射器(二次仪表)；信号显示和记录-显示，记录器(二次仪表)。14.1测量误差基本概念，2 .在测量误差检测器中获得的测量值和正在测量的变量的实际值之间存在一些差异，这种差异称为测量误差。误差公理-实验结果都有误差，误差自始至终都在所有科学实验过程中。测量误差有绝对误差和相对误差。(1)绝对误差绝对误差是理论上测量的值x与测量的true值Xi的

3、差值。也就是说，=XXI=xxx0 (true值XI通常替换为相对true值x0)绝对误差可以是正数，而不是误差的绝对值；绝对实数具有与正在测量的单位相同的单位。14.1测量误差的基本概念，测量误差的分类：测量误差可以根据误差的原因和误差的性质分为三类。系统误差，可确定性，测量精度确定，线路可修改；具有偶然性的随机误差决定了测量的精度，并使用误差差分理论进行处理。粗差，是失误，必须消除。14.1测量误差的基本概念，(2)相对误差实际相对误差：(14-3)公称相对误差(或指示相对误差)(14-4)测量误差是对特定好或坏测量的评价。14.1测量错误基本概念，14.1.2测量错误1。仪表误差术语测量

4、仪器的显示误差=仪表显示值x-实际值Xi=xxx0 (Xi代替true值x0)相对显示误差测量设备的最大容限定义为“给定测量表、规格、程序等允许的误差限值”。有时也称为测量设备的容限或简单的容限(容限)。14.1测量误差基本概念，测量设备固有误差经常被称为测量设备基本误差。定义是“在参考条件下确定的测量设备的错误”。此参考标志也称为标准条件，表示为测量设备的性能测试或测量结果的相互比较而规定的使用条件，通常包含作用于测量仪表的每个影响量的参考值或参考范围。附加误差附加误差是由非标准条件下测量仪增加的误差(如温度附加误差、压力附加误差等)引起的影响量的存在和变化引起的。14.1测量误差的基本概念

5、，2 .测量范围和范围测量范围：是指“测量设备的误差在指定限制范围内的测量值集”。范围：表示测量范围的上下限值的代数差。例如：如果测量范围为0 100 ，则范围为100 。如果测量范围为20 100 ，则范围为80 。如果测量范围为20 100 ，则范围为120 。14.1测量误差基本概念，3 .准确度(简称)米错误： (米)参考错误：仪表的准确度以仪表的最大参考错误max(即仪表的最大容差允许度)表示。即，公式中max-仪器测量范围内的最大绝对误差；仪表误差从整体上评价仪表在测量范围内测量的好坏。14.1测量误差基本概念，仪表精度等级a(消除仪表误差的“”号和“%”)a=0.005，0.01

6、，0.02，0.05；0.1、0.2、(0.4)、0.5；级标准表级标准表1.0，1.5，2.5，(4.0)；像这样的工业仪表基本错误：max=仪表范围a%，14.1测量错误基本概念，3 .仪表变动(上升波动)升力变动(回程误差或指示波动)意味着，在相同条件下使用相同的测量仪对特定参数进行正向和反向行程测量时，与相同测量值对应的仪表表示值不相等。正负行程显示值之间差异的绝对值称为升降波动。也就是说，(上升/下降)波动=正移动指示反向移动指示仪表变动也将显示为最大参考错误。也就是说，要注意仪表变动不能超过仪表表的容限(或基本误差)。图14-1测量设备的波动，14.1测量误差的基本概念，示例14-

7、1压力传感器的测量范围为010MPa，检查传感器时获得的最大绝对误差为0.08MPa，请试验此传感器的详细程度等级。解决方案：该传感器的精度在国家规定的精度等级中没有0.8米，超过0.5米容差的传感器，因此该传感器的精度必须设置为1.0级。根据仪表验证数据确定仪表准确度等级时，仪表的准确度等级值不应小于验证结果计算的准确度值，14.1测量误差的基本概念，示例14-2温度测量传感器的测量范围为0 1000 ，根据工序，温度指示值的误差不能超过7 。如何选择检测器的准确度水平以满足此要求？解决方案：传感器的精度必须符合工艺要求。此精度介于0.5级和1.0级之间。如果选择精度级别为1.0的发射器，则

8、允许最大绝对误差为10 ，这超出了工艺要求的容差，因此必须选择0.5级的精度以满足工艺要求。根据工艺要求选择仪表精度级别时，仪表的精度级别值为工艺要求计算的精度值、14.2传感器静态特性校准、1。静态校准条件(205)，85% RH；(760克60)毫米汞柱2。校准设备(标准量规)准确度等级确定标准量规的准确度等级至少比校准的传感器高一个。附加设备必须比标准仪表高一个以上。3.静态特性校准方法比较方法创建静态标准条件；选择标准测量工具；校准步骤：全范围等距离分点校准；正、反行程往复周期调度次数点到点校准(输入基准量，传感器的相应输出测试)；列出传感器输出-输入数据表或打印输出-输入特性曲线；数

9、据处理得到相应的静态特殊指标。，14.2传感器静态特性校准，示例14-1 0至2MPa压力传感器校准(输出电压1至5v；级别1.5)、 K=2V/MPa校准数据表输入压力(MPa)0 . 00 . 20 0 0 . 40 0 . 60 0 . 0 . 80 1 . 00 1 . 20 1 . 40 1 . 60 1 . 80 2 . 00输出电压(v)升0 . 02 0 . 01 0 . 00 0 . 01-0 . 03 0 . 02 0 . 00-0 . 01-0 . 02-0 . 01m=0 . 03v，最大升程过渡为0.07V，因此max=nm=0.07/(5 ，校准14.3传感器的动态

10、特性，动态校准研究动态响应确定动态响应参数动态校准信号：阶跃信号或正弦信号1，主传感器的动态校准确定时间常数主传感器的单位阶跃响应(图1-15)，y (t)=1et/，14只有一个实验数据。图1-15第一传感器的阶跃响应(a)单元阶跃信号；(b)主传感器步长响应曲线，校准14.3传感器的动态特性(1 y (t)=et/=ez，z=ln1y (t) (14-1)，其中z=t/、z和t线性。z至t曲线的斜率t/z=考虑时间常数传感器瞬态响应的整个过程。如图14-2所示。图14-3和阶传感器(1)的阶跳响应、图14-2第一传感器时间常数方法、14.3传感器的动态特性校准、第二传感器的动态校准决定传感

11、器的阻尼比和固有频率n。欠阻尼二次传感器的阶跃响应(图14-3)、图14-3二次传感器(1)的阶跃响应、14.3传感器的动态特性校正、y(t)是d=n-7300；12的衰减振动，获得极值的方法是在每个振动峰值上.t=/d替换为y(t)中的表达式，最大冲量m或m，自上而下或图14-4，阻力和：校准测量的TP，FDD n .14.3传感器的动态特性校准，图14-4-m曲线如果将对应于Mi的时间设置为ti，则Mi n可以使用第一传感器的动态特性校准、0.1:0012 1测量传感器输出与输入振幅比和相位差来确定传感器的振幅和相位频率特性，然后根据振幅-频率特性使用图14-5和14-6确定第一传感器的时

12、间常数和低衰减第二传感器的衰减。 图14-5振幅-频率特性对第一14-6振幅-频率特性的欠阻尼传感器时间常数第二情感和0，14.4压力传感器校准和校准，14.4.1静态校准和校准静态校准装置：标准活塞压力计、杠杆测力计和弹簧测力计。 标准活塞压力表校准装置，如图14-7所示；压力校正曲线如图14-8所示。图14-7活塞压力计校准压力图图图4-8压力校准曲线，14.4压力传感器校准和校准，杠杆测力计校准装置，图14-9所示重量与压力的关系w=PSB/a=wa/sb，图14-9杠杆压力校准器图，图14-9s传感器的力区域。，图4-10弹簧称重传感器压力校准器，14.4压力传感器校准和校准，14.4

13、.2动态校准和校准动态信号压力源：产生满意周期或步进压力；可以可靠地确定实际压力-时间关系。正常状态校准(需要周期正常状态压力源)活塞和气缸正常状态压力源，如图14-11所示。调整手柄可以更改压力的振幅，以最高100Hz的频率获得70kg/cm2的最高压力力。图14-11活塞缸稳态压力源图1-连接压力表；2-标准压力计连接；3-飞轮；4-调节手柄，14.4压力传感器的校准和校准，如图14-12所示，凸轮控制喷嘴稳态压力源可以以高达300Hz的频率获得0.1kg/cm2的峰值压力。这两种周期性稳态压力源只能提供可变稳态压力，不能提供适合于将具有未知特性的传感器与已知特性进行比较的校准方法(比较方

14、法)的常数或时间特性。图14-12凸轮控制喷嘴稳态压力源1-恒压入口；2-被检压力计；3-凸轮；4-连接标准压力计，14.4压力传感器校准和校准，异常校准使用异常(步进)压力信号和步进函数理论进入行校准。异常(步进)压力源包括：快速卸荷阀；脉冲隔膜；封闭引爆器；激波管等。激波管的异常压力校准特性：结构简单，可能会产生理想的瞬态“标准”压力。压力范围大，容易更改压力值。大压力频率范围(2khz至1.5 MHz)；易于分析、研究和数据处理。14.4压力传感器校准和校准，1 .结构主要由激波管、入射冲击速度测量系统、校准测量系统、气体源等组成(见图14-12)。14.4压力传感器校准和校准，激波管产生的冲击波如图14-15所示。入射冲击波的阶跃压力是反射冲击波的阶跃压力ms-马赫数。由速度测量系统确定。14.4压力传感器校准和校准，2 .入射冲击速度测量系统由压电压力传感器6和7、前置电荷放大器8和频率计组成。在Ms定义中，v 0-0 的声速，v 0=331.36m/s；Vt-t 下的声速；=1/273=0.00366。14.4压力传感器校准和校