傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

1、第第12章章 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn) 傳感器的傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)：標(biāo)定與校準(zhǔn)：通過(guò)試驗(yàn)，建立傳感器的輸出通過(guò)試驗(yàn)，建立傳感器的輸出-輸輸入特性及其誤差關(guān)系。入特性及其誤差關(guān)系。 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)方法方法：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知非電量：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知非電量輸入量，測(cè)試被標(biāo)定傳感器相應(yīng)的輸出量，并與輸入量比較，輸入量，測(cè)試被標(biāo)定傳感器相應(yīng)的輸出量，并與輸入量比較，作出標(biāo)定圖表。作出標(biāo)定圖表。 傳感器的傳感器的標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)：被測(cè)非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)：被測(cè)非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)；待標(biāo)傳感器與配接的信號(hào)調(diào)理和顯示、記錄器等。試系統(tǒng)；待標(biāo)傳感器與配接的信號(hào)

2、調(diào)理和顯示、記錄器等。 靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定標(biāo)定靜態(tài)特性：靈敏度，線性度，標(biāo)定靜態(tài)特性：靈敏度，線性度， 傳感器的傳感器的標(biāo)定標(biāo)定 精度精度； 動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（ ； n， ）測(cè)試；）測(cè)試； 動(dòng)態(tài)標(biāo)定信號(hào)：階躍信號(hào)或正弦信號(hào)。動(dòng)態(tài)標(biāo)定信號(hào)：階躍信號(hào)或正弦信號(hào)。 傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)的傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)的目的目的:保正測(cè)量的準(zhǔn)確、統(tǒng)一和法保正測(cè)量的準(zhǔn)確、統(tǒng)一和法制性。制性。12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念12.1.1 測(cè)量與測(cè)量誤差測(cè)量與測(cè)量誤差 1.測(cè)量測(cè)量 “測(cè)量是以確定量值為目的的一種操作測(cè)量是以確定量值為目的的一種操作”。這種。這種“操作操作”就是測(cè)量中的就

3、是測(cè)量中的比較過(guò)程比較過(guò)程將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)比較的工具就是測(cè)量?jī)x器儀表位進(jìn)行比較的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)比較的工具就是測(cè)量?jī)x器儀表（簡(jiǎn)稱儀表）。（簡(jiǎn)稱儀表）。 檢測(cè)檢測(cè)是意義更為廣泛的測(cè)量，它包含測(cè)量和檢驗(yàn)的雙是意義更為廣泛的測(cè)量，它包含測(cè)量和檢驗(yàn)的雙重含義。工程參數(shù)檢測(cè)就是用專門的技術(shù)工具（儀表），重含義。工程參數(shù)檢測(cè)就是用專門的技術(shù)工具（儀表），依靠能量的變換、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的值。一個(gè)完整依靠能量的變換、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算找到被測(cè)量的值。一個(gè)完整檢測(cè)過(guò)程檢測(cè)過(guò)程應(yīng)包括：應(yīng)包括： 信息的獲取信息的獲取傳感器傳感器(一次儀表一次儀表)； 信號(hào)的調(diào)理信號(hào)

4、的調(diào)理變送器變送器(二次儀表二次儀表) ； 信號(hào)的顯示與記錄信號(hào)的顯示與記錄顯示、記錄儀顯示、記錄儀(二次儀表二次儀表) 。12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 2. 測(cè)量誤差測(cè)量誤差 檢測(cè)儀表獲得的測(cè)量值與被測(cè)變量的真實(shí)值之間存在一定檢測(cè)儀表獲得的測(cè)量值與被測(cè)變量的真實(shí)值之間存在一定的差異，這一差異稱為測(cè)量誤差。的差異，這一差異稱為測(cè)量誤差。 誤差公理誤差公理實(shí)驗(yàn)結(jié)果都具有誤差，誤差自始至終存在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果都具有誤差，誤差自始至終存在于一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程之中。一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程之中。 測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差之分。測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差之分。 （1）絕對(duì)誤差）絕對(duì)誤差 絕對(duì)誤差

5、絕對(duì)誤差 在理論上是指測(cè)量值在理論上是指測(cè)量值x與被測(cè)量的真值與被測(cè)量的真值xi之間的之間的差值，即差值，即 =x xi=x x0 (真值真值xi一般用相對(duì)真值一般用相對(duì)真值x0代替）代替） 絕對(duì)誤差是可正可負(fù)的，而不是誤差的絕對(duì)值；絕對(duì)誤絕對(duì)誤差是可正可負(fù)的，而不是誤差的絕對(duì)值；絕對(duì)誤差還有量綱，它的單位與被測(cè)量的單位相同。差還有量綱，它的單位與被測(cè)量的單位相同。 12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 測(cè)量誤差的分類：測(cè)量誤差的分類： 根據(jù)引起誤差的原因和誤差的性質(zhì)，測(cè)量誤差可分為根據(jù)引起誤差的原因和誤差的性質(zhì)，測(cè)量誤差可分為三類：三類： 系統(tǒng)誤差，具有確定性，決定測(cè)量的準(zhǔn)確度，可以進(jìn)

6、系統(tǒng)誤差，具有確定性，決定測(cè)量的準(zhǔn)確度，可以進(jìn)行修正；行修正； 隨機(jī)誤差，具有偶然性，決定測(cè)量的精密度，利用誤隨機(jī)誤差，具有偶然性，決定測(cè)量的精密度，利用誤差理論進(jìn)行處理；差理論進(jìn)行處理； 粗大誤差，是錯(cuò)誤，應(yīng)剔除。粗大誤差，是錯(cuò)誤，應(yīng)剔除。 12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念（2）相對(duì)誤差）相對(duì)誤差 實(shí)際相對(duì)誤差：實(shí)際相對(duì)誤差： （14-3） 標(biāo)稱相對(duì)誤差（或示值相對(duì)誤差）標(biāo)稱相對(duì)誤差（或示值相對(duì)誤差） （14-4） 測(cè)量誤差是對(duì)某一次具體測(cè)量好壞的評(píng)價(jià)。測(cè)量誤差是對(duì)某一次具體測(cè)量好壞的評(píng)價(jià)。%100ix實(shí)%1000 x標(biāo)12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念12.1.2 儀表誤

7、差儀表誤差 1 .儀表誤差術(shù)語(yǔ)儀表誤差術(shù)語(yǔ) 測(cè)量?jī)x表的示值誤差測(cè)量?jī)x表的示值誤差 =儀表示值儀表示值x-真實(shí)值真實(shí)值xi =x x0(xi用約定真值用約定真值x0來(lái)代替來(lái)代替 ) 相對(duì)示值誤差相對(duì)示值誤差 測(cè)量?jī)x表的最大允許誤差測(cè)量?jī)x表的最大允許誤差 定義是定義是“對(duì)給定的測(cè)量?jī)x對(duì)給定的測(cè)量?jī)x表，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值表，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值”。有時(shí)也稱為測(cè)。有時(shí)也稱為測(cè)量?jī)x表的量?jī)x表的允許誤差限允許誤差限，或簡(jiǎn)稱，或簡(jiǎn)稱允許誤差允許誤差（ 允允）。）。 %1000 x相對(duì)12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 測(cè)量?jī)x表的固有誤差測(cè)量?jī)x表的固有誤差 常稱為測(cè)量?jī)x表的常稱為

8、測(cè)量?jī)x表的基本誤差基本誤差。定義是定義是“在參考條件下確定的測(cè)量?jī)x表的誤差在參考條件下確定的測(cè)量?jī)x表的誤差”。此參考。此參考條條件也稱為標(biāo)準(zhǔn)條件，是指為測(cè)量?jī)x表的性能試驗(yàn)或?yàn)闇y(cè)量件也稱為標(biāo)準(zhǔn)條件，是指為測(cè)量?jī)x表的性能試驗(yàn)或?yàn)闇y(cè)量結(jié)果的相互比較而規(guī)定的使用條件，一般包括作用于測(cè)量結(jié)果的相互比較而規(guī)定的使用條件，一般包括作用于測(cè)量?jī)x表的各影響量的參考值或參考范圍。儀表的各影響量的參考值或參考范圍。 附加誤差附加誤差 附加誤差是指測(cè)量?jī)x表在非標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)所附加誤差是指測(cè)量?jī)x表在非標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)所增加的誤差，它是由于影響量存在和變化而引起的，如溫增加的誤差，它是由于影響量存在和變化而引起的，如溫度附加誤差、

9、壓力附加誤差等等。度附加誤差、壓力附加誤差等等。 12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 2.測(cè)量范圍和量程測(cè)量范圍和量程 測(cè)量范圍測(cè)量范圍: 指指“測(cè)量?jī)x器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組測(cè)量?jī)x器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值被測(cè)量的值”。 量程量程: 指測(cè)量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差。指測(cè)量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差。 例如：測(cè)量范圍為例如：測(cè)量范圍為0100時(shí)，量程為時(shí)，量程為100； 測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為20100時(shí)，量程為時(shí)，量程為80； 測(cè)量范圍為測(cè)量范圍為 20100時(shí)，量程為時(shí)，量程為120。12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念3.精確度（簡(jiǎn)稱精度）精確度（簡(jiǎn)稱精

10、度） 儀表誤差：儀表誤差： （儀表）引用誤差：（儀表）引用誤差： 儀表的準(zhǔn)確度用儀表的最大引用誤差儀表的準(zhǔn)確度用儀表的最大引用誤差 max（即儀表的最大（即儀表的最大允許誤差允許誤差 允允）來(lái)表示，即）來(lái)表示，即式中，式中， max儀表在測(cè)量范圍內(nèi)的最大絕對(duì)誤差；儀表在測(cè)量范圍內(nèi)的最大絕對(duì)誤差； 儀表誤差儀表誤差整體上評(píng)價(jià)儀表在其測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量的好壞。整體上評(píng)價(jià)儀表在其測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量的好壞。%100儀表量程引%100maxmax量程12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 儀表精度等級(jí)儀表精度等級(jí)a（去掉儀表誤差的（去掉儀表誤差的“ ”號(hào)和號(hào)和“%”） a=0.005，0.01，0.02，0

11、.05；0.1， 0.2， ( 0.4)，0.5； 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表 1.0，1.5， 2.5，(4.0)；等；等 工業(yè)用表工業(yè)用表 儀表的基本誤差：儀表的基本誤差： max=儀表量程儀表量程 a%12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 3儀表變差（升降變差）儀表變差（升降變差） 升降變差升降變差（又稱回程誤差或示值變差），是指在相同條件（又稱回程誤差或示值變差），是指在相同條件下，使用同一儀表對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行正、反行程測(cè)量時(shí)，對(duì)應(yīng)于下，使用同一儀表對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行正、反行程測(cè)量時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一測(cè)量值所得的儀表示值不等，正、反行程示值之差的絕對(duì)同一測(cè)量值所得的儀表示值不等，正、

12、反行程示值之差的絕對(duì)值稱為升降變差，即值稱為升降變差，即（升降）變差（升降）變差 正行程示值正行程示值 反行程示值反行程示值 儀表變差也用最大引用誤差表示，即儀表變差也用最大引用誤差表示，即 必須注意必須注意，儀表的變差不能超出儀，儀表的變差不能超出儀表的允許誤差（或基本誤差）。表的允許誤差（或基本誤差）。 %100max量程反行程測(cè)量值正行程測(cè)量值變差圖圖14-1 測(cè)量?jī)x表的變差測(cè)量?jī)x表的變差12.1 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 例例12-1 某壓力傳感器的測(cè)量范圍為某壓力傳感器的測(cè)量范圍為010MPa，校驗(yàn)該傳感，校驗(yàn)該傳感器時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為器時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為 0.08M

13、Pa，試確定該傳感器的精，試確定該傳感器的精度等級(jí)。度等級(jí)。 解：該傳感器的精度為：解：該傳感器的精度為： 由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，而該傳感器的級(jí)儀表，而該傳感器的精度又超過(guò)了精度又超過(guò)了0.5級(jí)儀表的允許誤差，所以，這只傳感器的精級(jí)儀表的允許誤差，所以，這只傳感器的精度等級(jí)應(yīng)定為度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)。級(jí)。 根據(jù)儀表根據(jù)儀表校驗(yàn)校驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)數(shù)據(jù)來(lái)確定確定儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的精度等級(jí)儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的精度等級(jí)值應(yīng)選不小于由校驗(yàn)結(jié)果所計(jì)算的精度值值應(yīng)選不小于由校驗(yàn)結(jié)果所計(jì)算的精度值 %8 . 0%10001008. 0100maxmax量程12.1

14、 測(cè)量誤差基本概念測(cè)量誤差基本概念 例例12-2 某測(cè)溫傳感器的測(cè)量范圍為某測(cè)溫傳感器的測(cè)量范圍為01000，根據(jù)工藝要，根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過(guò)求，溫度指示值的誤差不允許超過(guò) 7，試問(wèn)應(yīng)如何選擇傳感，試問(wèn)應(yīng)如何選擇傳感器的精度等級(jí)才能滿足以上要求器的精度等級(jí)才能滿足以上要求? 解：根據(jù)工藝要求，傳感器的精度應(yīng)滿足：解：根據(jù)工藝要求，傳感器的精度應(yīng)滿足： 此精度介于此精度介于0.5級(jí)和級(jí)和1.0級(jí)之間，若選擇精度等級(jí)為級(jí)之間，若選擇精度等級(jí)為1.0級(jí)的傳級(jí)的傳感器，其允許最大絕對(duì)誤差為感器，其允許最大絕對(duì)誤差為 10，這就超過(guò)了工藝要求的，這就超過(guò)了工藝要求的允許誤差，故應(yīng)選擇

15、允許誤差，故應(yīng)選擇0.5級(jí)的精度才能滿足工藝要求。級(jí)的精度才能滿足工藝要求。 根據(jù)工藝要求來(lái)根據(jù)工藝要求來(lái)選擇選擇儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的精度等級(jí)值應(yīng)儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的精度等級(jí)值應(yīng)不大于工藝要求所計(jì)算的精度值不大于工藝要求所計(jì)算的精度值 %7 . 0%100010007%100maxmax量程12.2 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定 1.靜態(tài)標(biāo)定條件靜態(tài)標(biāo)定條件 （20 5）；85%RH；（；（760 60）mm汞柱汞柱 2.標(biāo)定儀器設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)量具）精度等級(jí)的確定標(biāo)定儀器設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)量具）精度等級(jí)的確定 標(biāo)準(zhǔn)量具的精度等級(jí)比被標(biāo)定傳感器至少高一個(gè)等級(jí)；標(biāo)準(zhǔn)量具的精度等級(jí)比被標(biāo)定傳感器

16、至少高一個(gè)等級(jí)； 附加設(shè)備又必須比標(biāo)準(zhǔn)量具至少高一個(gè)等級(jí)。附加設(shè)備又必須比標(biāo)準(zhǔn)量具至少高一個(gè)等級(jí)。 3.靜態(tài)特性標(biāo)定方法靜態(tài)特性標(biāo)定方法比較法比較法 創(chuàng)造一個(gè)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件；創(chuàng)造一個(gè)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件； 選擇標(biāo)準(zhǔn)量具；選擇標(biāo)準(zhǔn)量具； 標(biāo)定步驟：標(biāo)定步驟： 全量程等間隔分點(diǎn)標(biāo)定；全量程等間隔分點(diǎn)標(biāo)定； 正、反行程往復(fù)循環(huán)一定次數(shù)逐點(diǎn)標(biāo)定（輸入標(biāo)準(zhǔn)量，測(cè)試正、反行程往復(fù)循環(huán)一定次數(shù)逐點(diǎn)標(biāo)定（輸入標(biāo)準(zhǔn)量，測(cè)試傳感器相應(yīng)的輸出量）；傳感器相應(yīng)的輸出量）； 列出傳感器輸出列出傳感器輸出-輸入數(shù)據(jù)表格或繪制輸出輸入數(shù)據(jù)表格或繪制輸出-輸入特性曲線；輸入特性曲線； 數(shù)據(jù)處理獲取相應(yīng)的靜態(tài)特指標(biāo)。數(shù)據(jù)處理獲取相應(yīng)的靜

17、態(tài)特指標(biāo)。12.2 傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定傳感器的靜態(tài)特性標(biāo)定例例14-1 02MPa壓力傳感器的標(biāo)定（輸出電壓壓力傳感器的標(biāo)定（輸出電壓15V；1.5級(jí)級(jí))，K=2V/MPa 標(biāo)定數(shù)據(jù)表標(biāo)定數(shù)據(jù)表輸入壓力輸入壓力(MPa) 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 輸出電壓輸出電壓(V) 升升 1.02 1.40 1.79 2.19 2.56 2.98 3.41 3.78 4.17 4.57 4.98輸出電壓輸出電壓(V) 降降 1.01 1.42 1.81 2.23 2.58 3.05 3.43 3.82 4.20 4.59

18、 5.01 平平 均（均（V） 1.02 1.41 1.80 2.21 2.57 3.02 3.42 3.80 4.19 4.58 4.99 升降變差（升降變差（V） 0.01 0.02 0.02 0.04 0.02 0.07 0.02 0.04 0.03 0.02 0.03 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 (V) 0.02 0.01 0.00 0.01 -0.03 0.02 0.02 0.00 -0.01 -0.02 -0.01 m=0.03 V, 最大最大升降變差升降變差0.07V，所以，所以 max= nm= 0.07/(5-1) 100%=0.07/4 100%=1.75% 根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)，該表只能定

19、為根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)，該表只能定為2.5級(jí)。級(jí)。12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定 研究動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究動(dòng)態(tài)響應(yīng) 確定動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)確定動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)動(dòng)態(tài)標(biāo)定信號(hào)：階躍信號(hào)或正弦信號(hào)動(dòng)態(tài)標(biāo)定信號(hào)：階躍信號(hào)或正弦信號(hào)一、一階傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定一、一階傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定 確定確定時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 一階傳感器的單位階躍響應(yīng)（如圖一階傳感器的單位階躍響應(yīng)（如圖1-15）y(t)=1 e t/ 12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定一階傳感器的單位階躍響應(yīng)（如圖一階傳感器的單位階躍響應(yīng)（如圖1-15）y(t)=1et/ 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 表示傳感器在階躍信號(hào)作用下，其響應(yīng)的輸表

20、示傳感器在階躍信號(hào)作用下，其響應(yīng)的輸出值達(dá)到最終穩(wěn)定值的出值達(dá)到最終穩(wěn)定值的63.5%所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。只用到一個(gè)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。只用到一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖圖1-15 一階傳感器的階躍響應(yīng)一階傳感器的階躍響應(yīng)(a)單位階躍信號(hào)；單位階躍信號(hào)；(b)一階傳感器階躍響應(yīng)曲線一階傳感器階躍響應(yīng)曲線12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定若改寫上式為：若改寫上式為： 1 y(t)= e t/ =ez， z=ln 1 y(t) （14-1）其中，其中，z= t/ ，z與與t線性。線性。 作作zt曲線，其斜率曲線，其斜率 t/ z= ，由此確定時(shí)間常數(shù)，由此確定時(shí)間常數(shù) 考慮了傳感器考慮了傳感器

21、瞬態(tài)響應(yīng)的全過(guò)程。如圖瞬態(tài)響應(yīng)的全過(guò)程。如圖14-2所示。圖所示。圖14-3 而階傳感器而階傳感器(1)的階的階躍響應(yīng)躍響應(yīng)圖圖14-2求一階傳感器時(shí)間常數(shù)方法求一階傳感器時(shí)間常數(shù)方法12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定二、二階傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定二、二階傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定確定傳感器的確定傳感器的阻尼比阻尼比 和和固有頻率固有頻率n 。欠阻尼二階傳感器的階躍響應(yīng)（如圖欠阻尼二階傳感器的階躍響應(yīng)（如圖14-3）221arctansin11)(tektydtn圖圖14-3 二階傳感器二階傳感器(1)的階躍響應(yīng)的階躍響應(yīng)12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定y(t)以以 d= n

22、12作衰減振蕩，按求極值的方法可作衰減振蕩，按求極值的方法可得得各振蕩峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間各振蕩峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間tp=0， / d，2 / d，將，將t= / d代入代入y(t)的表達(dá)式，可得最大過(guò)沖量的表達(dá)式，可得最大過(guò)沖量M或或 測(cè)得測(cè)得M，由上式或圖，由上式或圖14-4，可求阻尼比，可求阻尼比 ；由標(biāo)定測(cè)得；由標(biāo)定測(cè)得的的tp ，得，得fd d n。 21 eM1ln12M12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定圖圖14-4 -M曲線曲線12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定若衰減振蕩緩慢，過(guò)程較長(zhǎng)，可測(cè)若衰減振蕩緩慢，過(guò)程較長(zhǎng)，可測(cè)Mi和和Mi+n來(lái)求來(lái)求 ，n為兩為兩峰

23、值相隔的周期數(shù)。設(shè)峰值相隔的周期數(shù)。設(shè)Mi對(duì)應(yīng)的時(shí)間為對(duì)應(yīng)的時(shí)間為ti，則，則Mi+n對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的時(shí)間為時(shí)間為將將ti和和ti+n代入欠阻尼二階傳感器的階躍響應(yīng)式，得代入欠阻尼二階傳感器的階躍響應(yīng)式，得整理后得整理后得式中式中212ninintt21/212lnln2neeMMninnnttnii22224nnnniinMMln12.3 傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定 當(dāng)當(dāng) 0.1時(shí)，時(shí)，1 2 1，則，則 也可以利用正弦信號(hào)輸入，測(cè)定傳感器輸出與輸入的幅值比和相位差來(lái)確定也可以利用正弦信號(hào)輸入，測(cè)定傳感器輸出與輸入的幅值比和相位差來(lái)確定傳感器的幅頻特性和相頻特性，然后根據(jù)幅頻特性分

24、別按圖傳感器的幅頻特性和相頻特性，然后根據(jù)幅頻特性分別按圖14-5和和14-6來(lái)來(lái)求一階傳感器的時(shí)間常數(shù)求一階傳感器的時(shí)間常數(shù) 和欠阻尼二階傳感器的阻尼比和欠阻尼二階傳感器的阻尼比 和固有頻率和固有頻率 n。 nMMnii2/ln圖圖14-5 由幅頻特性求一階由幅頻特性求一階 14-6 由幅頻特性求欠阻尼由幅頻特性求欠阻尼傳感器時(shí)間常數(shù)傳感器時(shí)間常數(shù) 二階除按感情的二階除按感情的 和和 012.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)12.4.1 靜態(tài)標(biāo)定和校準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定和校準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定裝置靜態(tài)標(biāo)定裝置：標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)，杠桿式測(cè)力計(jì)和彈簧：標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)，杠桿式測(cè)力計(jì)和彈簧式測(cè)力計(jì)。式測(cè)力

25、計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計(jì)標(biāo)定裝置，如圖標(biāo)定裝置，如圖14-7所示；壓力標(biāo)定所示；壓力標(biāo)定曲線如圖曲線如圖14-8所示。所示。圖圖14-7 活塞壓力計(jì)標(biāo)定壓力示意圖活塞壓力計(jì)標(biāo)定壓力示意圖 圖圖4-8 壓力標(biāo)定曲線壓力標(biāo)定曲線12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)杠桿式測(cè)力計(jì)杠桿式測(cè)力計(jì)標(biāo)定裝置，如圖標(biāo)定裝置，如圖14-9所示，砝碼重量與所示，砝碼重量與壓力的關(guān)系壓力的關(guān)系W=pSb/a p=Wa/Sb 圖圖14-9 杠桿式壓力標(biāo)定機(jī)示意圖杠桿式壓力標(biāo)定機(jī)示意圖12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)彈簧式測(cè)力計(jì)彈簧式測(cè)力計(jì)標(biāo)定裝置，如標(biāo)定裝置，如圖圖14-

26、10所示，所示，p=F/S式中式中，F(xiàn)測(cè)力計(jì)檢定表所測(cè)得的測(cè)力計(jì)檢定表所測(cè)得的傳感器所受的力傳感器所受的力；S傳感器的受傳感器的受力面積。力面積。圖圖4-10 彈簧測(cè)力計(jì)式壓力標(biāo)定機(jī)彈簧測(cè)力計(jì)式壓力標(biāo)定機(jī)12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 12.4.2 動(dòng)態(tài)標(biāo)定和校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定和校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)信號(hào)壓力源動(dòng)態(tài)信號(hào)壓力源：產(chǎn)生滿意的：產(chǎn)生滿意的周期或階躍壓力；并能可靠地確定周期或階躍壓力；并能可靠地確定其真實(shí)壓力其真實(shí)壓力-時(shí)間關(guān)系。時(shí)間關(guān)系。穩(wěn)態(tài)標(biāo)定穩(wěn)態(tài)標(biāo)定（需周期性穩(wěn)態(tài)壓源）（需周期性穩(wěn)態(tài)壓源） 活塞與缸筒式活塞與缸筒式穩(wěn)態(tài)壓力源，如圖穩(wěn)態(tài)壓力源，如圖14-11所示。調(diào)節(jié)手柄可以改

27、變壓力所示。調(diào)節(jié)手柄可以改變壓力的幅值，可獲得的幅值，可獲得70kg/cm2的峰值壓的峰值壓力，頻率可達(dá)力，頻率可達(dá)100Hz。圖圖14-11 活塞缸筒穩(wěn)態(tài)壓力源示意圖活塞缸筒穩(wěn)態(tài)壓力源示意圖1-接被檢壓力計(jì)；接被檢壓力計(jì)；2-接標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)；接標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)；3-飛輪；飛輪；4-調(diào)節(jié)手柄調(diào)節(jié)手柄 12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)凸輪控制噴嘴式凸輪控制噴嘴式穩(wěn)態(tài)壓力源，如圖穩(wěn)態(tài)壓力源，如圖14-12所示，可獲得所示，可獲得0.1kg/cm2的峰值壓力，頻率可達(dá)的峰值壓力，頻率可達(dá)300Hz。這兩種周期性穩(wěn)態(tài)壓力源只能提供可變的穩(wěn)態(tài)壓力，不這兩種周期性穩(wěn)態(tài)壓力源只能提供可變的穩(wěn)態(tài)

28、壓力，不能提供確定的數(shù)值或時(shí)間特性，適合于將未知特性的傳感能提供確定的數(shù)值或時(shí)間特性，適合于將未知特性的傳感器與已知特性的傳感器進(jìn)行比較的標(biāo)定方法（比較法）器與已知特性的傳感器進(jìn)行比較的標(biāo)定方法（比較法）圖圖14-12 凸輪控制噴嘴穩(wěn)態(tài)壓力源凸輪控制噴嘴穩(wěn)態(tài)壓力源1-恒定壓力入口；恒定壓力入口；2-接被檢壓力計(jì)；接被檢壓力計(jì)；3-凸輪；凸輪；4-接標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)接標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 非穩(wěn)態(tài)標(biāo)定非穩(wěn)態(tài)標(biāo)定利用非穩(wěn)態(tài)（階躍）壓力信號(hào)和階躍函數(shù)理論進(jìn)利用非穩(wěn)態(tài)（階躍）壓力信號(hào)和階躍函數(shù)理論進(jìn)行標(biāo)定。非穩(wěn)態(tài)（階躍）壓力源有：快卸荷閥；脈沖行標(biāo)定。非穩(wěn)態(tài)（階躍）

29、壓力源有：快卸荷閥；脈沖膜片；閉式爆炸器；激波管等。膜片；閉式爆炸器；激波管等。 激波管激波管非穩(wěn)態(tài)壓力標(biāo)定非穩(wěn)態(tài)壓力標(biāo)定 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可產(chǎn)生較理想的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可產(chǎn)生較理想的瞬態(tài)“標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”壓力；壓力； 壓力幅度范圍寬，便于改變壓力值；壓力幅度范圍寬，便于改變壓力值； 壓力頻率范圍寬壓力頻率范圍寬（2kHz1.5MHz）；）； 便于分析研究和數(shù)據(jù)處理。便于分析研究和數(shù)據(jù)處理。12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) .結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 主要由激波管、入射激波測(cè)速系統(tǒng)、標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)、氣主要由激波管、入射激波測(cè)速系統(tǒng)、標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)、氣源等組成，如圖源等組成，如圖14-12所示

30、。所示。12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 激波管所產(chǎn)生的激波如圖激波管所產(chǎn)生的激波如圖14-15所示。所示。 入射激波入射激波的階躍壓力為的階躍壓力為 反射激波反射激波的階躍壓力為的階躍壓力為式中，式中，Ms馬赫數(shù)。由測(cè)馬赫數(shù)。由測(cè)速系統(tǒng)決定。速系統(tǒng)決定。12122167pMppps1222155542137pMMMpppsss12.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 2.入射激波測(cè)速系統(tǒng)入射激波測(cè)速系統(tǒng) 由壓電式壓力傳感器由壓電式壓力傳感器6和和7、前置電荷放大器、前置電荷放大器8和頻率和頻率計(jì)組成。計(jì)組成。 Ms定義定義式中，式中，v00時(shí)的聲速，時(shí)的聲

31、速，v0=331.36m/s；vTT時(shí)的時(shí)的聲速；聲速； =1/273=0.00366。nTltlv/TvvvvMTs1012.4 壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)壓力傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 3.標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng) 由被標(biāo)定傳感器由被標(biāo)定傳感器5和和6、前置電荷放大器、前置電荷放大器10及記憶示波器及記憶示波器11等組等組成，可測(cè)階躍響應(yīng)波形，如圖成，可測(cè)階躍響應(yīng)波形，如圖14-14所示。所示。 由響應(yīng)波形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，由響應(yīng)波形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，直接求得傳感器的幅頻特性及動(dòng)直接求得傳感器的幅頻特性及動(dòng)態(tài)靈敏度。態(tài)靈敏度。 傳感器傳感器5響應(yīng)入射激波階躍壓力，響應(yīng)入射激波階躍壓力，傳感器傳感器6響

32、應(yīng)反射激波階躍壓力。響應(yīng)反射激波階躍壓力。 4.氣源系統(tǒng)氣源系統(tǒng) 由氣源、氣壓表、泄氣門等組成。由氣源、氣壓表、泄氣門等組成。常采用壓縮空氣或氮?dú)?。常采用壓縮空氣或氮?dú)?。圖圖14-14 被標(biāo)定傳感器輸出波形被標(biāo)定傳感器輸出波形12.5 振動(dòng)傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)振動(dòng)傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 振動(dòng)信號(hào)源：振動(dòng)信號(hào)源：振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生正弦激勵(lì)的標(biāo)定信號(hào)。振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生正弦激勵(lì)的標(biāo)定信號(hào)。 一、絕對(duì)標(biāo)定法一、絕對(duì)標(biāo)定法 激光光波長(zhǎng)度作為振幅量值的絕對(duì)基準(zhǔn)，測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的激光光波長(zhǎng)度作為振幅量值的絕對(duì)基準(zhǔn)，測(cè)出振動(dòng)信號(hào)的振幅值振幅值Xm(m)； 精密數(shù)字頻率計(jì)測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率精密數(shù)字頻率計(jì)測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率f (1

33、/s)； 精密數(shù)字電壓表測(cè)出傳感器輸出電壓精密數(shù)字電壓表測(cè)出傳感器輸出電壓值值Erms(mV)。 被標(biāo)振動(dòng)傳感器的加速度靈敏度被標(biāo)振動(dòng)傳感器的加速度靈敏度Sa為為msmVXfESmrmsa222212.5 振動(dòng)傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)振動(dòng)傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 二、比較標(biāo)定法二、比較標(biāo)定法 將被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)振傳感器將被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)振傳感器“背靠背背靠背”安裝在振動(dòng)臺(tái)上。標(biāo)定安裝在振動(dòng)臺(tái)上。標(biāo)定時(shí)，分別測(cè)出被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)振傳感器的輸出電壓值時(shí)，分別測(cè)出被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)振傳感器的輸出電壓值Ua和和U，若，若標(biāo)準(zhǔn)測(cè)振傳感器的加速度靈敏度為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)振傳感器的加速度靈敏度為Sa0，則被標(biāo)傳感器加速度靈

34、敏度，則被標(biāo)傳感器加速度靈敏度Sa為為 Sa=Sa0U/Ua 頻率響應(yīng)的標(biāo)定，在振幅恒定條件下，頻率響應(yīng)的標(biāo)定，在振幅恒定條件下，改變振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率，測(cè)出傳感器輸改變振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率，測(cè)出傳感器輸出電壓與振動(dòng)頻率的關(guān)系，即幅頻響應(yīng)。出電壓與振動(dòng)頻率的關(guān)系，即幅頻響應(yīng)。 比較被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出信比較被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出信號(hào)間的相位差，可得傳感器的相頻特性。號(hào)間的相位差，可得傳感器的相頻特性。圖圖14-16 振動(dòng)傳感器比較標(biāo)定系統(tǒng)振動(dòng)傳感器比較標(biāo)定系統(tǒng)12.6 溫度傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)溫度傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 12.6.1溫標(biāo)的基本概念溫標(biāo)的基本概念 1.溫標(biāo)溫標(biāo) 溫度的基準(zhǔn)量，規(guī)定溫

35、度的始點(diǎn)（零度）和測(cè)量溫度的基準(zhǔn)量，規(guī)定溫度的始點(diǎn)（零度）和測(cè)量溫度的基本單位。溫度的基本單位。 溫標(biāo)的三要素：溫標(biāo)的三要素：溫度固定點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)溫度固定點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)(測(cè)溫物質(zhì)測(cè)溫物質(zhì))，內(nèi)，內(nèi)插公式。插公式。 2.熱力學(xué)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)（K） 1848年英國(guó)開(kāi)爾文（年英國(guó)開(kāi)爾文（L.Kelvin)提出以以熱力學(xué)第二定律提出以以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的熱力學(xué)溫標(biāo)，選定水的三相點(diǎn)為為基礎(chǔ)的熱力學(xué)溫標(biāo)，選定水的三相點(diǎn)為273.16K，定義水，定義水的三相點(diǎn)溫度的的三相點(diǎn)溫度的1/273.16為為1度，單位為開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱度，單位為開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱K (1954年國(guó)際計(jì)量會(huì)議年國(guó)際計(jì)量會(huì)議)。 熱力學(xué)溫度也稱為絕對(duì)溫度。熱力學(xué)溫度也