傳感與檢測第1章

1、第1章 傳感檢測技術基礎 1.1 傳感與檢測的概念傳感與檢測的概念1.2 傳感與檢測技術概述傳感與檢測技術概述1.3 傳感器的基本特性傳感器的基本特性1.4 測量方法測量方法1.5 測量誤差測量誤差1.6 傳感器標定傳感器標定1.1 傳感和檢測技術的概念 傳感與檢測是實現(xiàn)自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)，它與信息系統(tǒng)的輸入端相連，并將檢測到的信號輸送到信息處理部分，是感知、獲取、處理與傳輸?shù)年P鍵。傳感與檢測技術是關于傳感器設計制造及應用的綜合技術，它是信息技術（傳感與控制技術、通信技術、計算機技術）的三大支柱之一。1.1.1檢測技術 檢測技術是以研究自動檢測系統(tǒng)中的信息提取、信息轉換以及信息處理的

2、理論和技術為主要內(nèi)容的一門應用技術學科。檢測技術任務是：尋找與自然信息具有對應關系的種種表現(xiàn)形式的信號，以及確定二者間的定性、定量關系；從反映某一信息的多種信號表現(xiàn)中挑選出所處條件下最為適合的表現(xiàn)形式，以及尋求最佳的采集、變換、處理、傳輸、存儲、顯示等方法和相應設備。 1.1.2 自動檢測系統(tǒng) 自動檢測系統(tǒng)：自動檢測系統(tǒng)： 自動測量、自動計量、自動保護、自動診斷、自動信號處理等諸多系統(tǒng)的總稱。包含被測量、敏感元件、電子測量電路、電源和輸出單元，其區(qū)別僅在于輸出單元。 完整檢測系統(tǒng)：完整檢測系統(tǒng)： 由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能，當然其中還包

3、括電源和傳輸通道等不可缺少部分，如圖1.1 所示:傳感器測量電路記錄儀指示儀數(shù)據(jù)處理儀器電源圖1.1檢測系統(tǒng)組成框圖被測量1.2傳感器概述1.2.1 傳感器定義 傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系、便于應用的某種物理量的測量裝置 1.2.2 傳感器構成 傳感器一般是利用物理、化學和生物等學科的某些效應或機理按照一定的工藝和結構研制出來的。因此，傳感器的組成的細節(jié)有較大差異。但是，總的來說，傳感器應由敏感元件、轉換元件和信號調理電路組成，有些包含有輔助電源電路，如圖1.2所示。轉換元件信號調理電路輔助電源電路圖1. 2傳感器組成框圖被測信息敏感元件輸出信息1.2.3 傳感

4、器分類 傳感器是一門知識密集型技術，傳感器原理各異，學科廣泛，種類繁多，分類方法如下: （1）按照傳感器的工作機理，可分為物理型、化學型、生物型等。 （2）從構成原理分為結構型和物性型兩類。 （3）按照物理原理分類，可分為電參量式傳感器（包括電阻式、電感式、電容式等基本型式）、磁電式傳感器（包括磁電感應式、霍爾式、磁柵式等）、壓電式傳感器、光電式傳感器、氣電式傳感器、波式傳感器（包括超聲波 式、微波式等）、射線式傳感器、半導體式傳感器、其他原理的傳感器（如振弦式和振筒式傳感器等)。 （4）按傳感器的能量轉換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器。 （5）從傳感器應用分類，分為位移傳感器

5、、壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器。 另外，根據(jù)傳感器輸出是模擬信號還是數(shù)字信號，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器；根據(jù)轉換過程可逆與否，可分為雙向傳感器和單向傳感器等。 1.2.4 傳感器技術的基本概況 1.傳感器的基本要求 可靠性；靜態(tài)特性；動態(tài)性能；量程；抗干擾能力；通用性；輪廓尺寸；成本；能耗；對被測對象的影響等。2.傳感器技術的一般方法（1）差動技術（2）平均技術（3）補償與修正技術 （4）干擾抑制 （5）穩(wěn)定性處理 1.3 傳感器的基本特性 傳感器的輸出-輸入關系特性是傳感器的基本特性，從誤差角度去分析輸出-輸入特性是測量技術所要研究的主要內(nèi)容之一。輸出-輸入特性雖是傳感器的外部特性

6、，但與其內(nèi)部參數(shù)有密切關系。 傳感器特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 衡量傳感器的特性又有靜態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標。1.3.1靜態(tài)特性 傳感器在穩(wěn)態(tài)信號作用下，其輸出-輸入的關系稱為靜態(tài)特性。衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標是線性度、靈敏度、重復性、遲滯、零點漂移和溫度漂移等技術指標，傳感器本身的特點、被測量及外界條件都可能影響這些技術指標。 1. 線性度 所謂傳感器的線性度就是其輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離直線的程度。又稱為非線性誤差。非線性誤差可用下式表示： max100%LFSLYLmax輸出量和輸入量實際曲線與擬合直線之間的最大 偏差； YFS輸出滿量程值。 實際上許多傳感器的輸出-

7、輸入特性是非線性的，如果不考慮遲滯和蠕變效應一般可用下列多項式表示輸出y與輸入x特性。其表達式如下： ya0a1 x a2 x 2an x n a0零位輸出； a1傳感器線性靈敏度； a2，a3，an待定常數(shù)。 y圖1.3 傳感器靜態(tài)特性yyyxxxx對于上式對應三種特殊情況：（1）理想的線性特性 如圖1.3（a）所示的直線 ，表達式變?yōu)?y = a1 x a1 為常數(shù)，即為傳感器的靈敏度 。（2）僅有偶次非線性項 如圖1.3（b）所示。其輸出-輸入特性方程為 y= a0+ a2 x2 +a4 x4 + 其線性范圍較窄，一般傳感器設計很少采用這種特性 。（3）僅有奇次非線性項 如圖1.3（c）

8、所示，其輸出輸入特性方程式為： y= a1x +a3x3 + a5x5+ 具有這種特性的傳感器，一般在輸入量x相當大的范圍內(nèi)具有較寬的準線性。這是比較接近于理想直線的非線性特性。 在使用非線性特性的傳感器時，如果非線性項的方次不高，在輸入量變化范圍不大的條件下，可以用切線或割線等直線來近似地代表實際曲線的一段，如圖1.3所示。這種方法稱為傳感器非線性特性的“線性化”，所采用的直線稱為擬合直線。實際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差，如圖1.4中所示的Lmax值，取其中最大值與輸出滿度值之比作為評價非線性誤差（或線性度）的指標。 圖1.4 輸出輸入特性的非線性YFSyyyYFSY

9、FSxmxmxmxxxLmaxLmaxLmax2. 靈敏度 （a）傳感器的靈敏度是指穩(wěn)態(tài)時，輸出增量y與輸入增量x的比值，對于線性傳感器，其靈敏度就是靜態(tài)特性的斜率，如圖1.5（a）所示，即： 而非線性傳感器的靈敏度是一個變量，如圖1.5（b）所示，即用dy/dx表示傳感器在某一工作點的靈敏度。0nyySxy0 xyy0(a)x0(b)xyyK=y/x圖1.5靈敏度定義0yyKx0yyKx3. 重復性 重復性表示傳感器在輸入量按同一方向作全量程多次測試時，所得特性曲線不一致的程度（見圖1.6） y圖1.6重復性0Rm1Rm2yFSxFSx不重復性誤差屬隨機誤差性質，重復性誤差為 ：其中為標準偏

10、差，如果誤差服從高斯分布，標準偏差可以按貝塞爾公式計算： yi某次測量值； 各次測量值的平均值， ； n測量次數(shù)。(2 3)100%RFSY 21()1niiyyny1niiyyn4. 遲滯（回差滯環(huán)）現(xiàn)象 遲滯特性能表明傳感器在正向（輸入量增大）行程和反向（輸入量減?。┬谐唐陂g，輸出-輸入特性曲線不重合程度，如圖1.7所示。 YFSyxXFSHmax圖1.7遲滯現(xiàn)象0 對于同一大小的輸入信號x，在x連續(xù)增大的行程中，對應某一輸出量為yi，在x連續(xù)減小過程中，對應于輸出量為yd之間的差值叫滯環(huán)誤差，這就是遲滯現(xiàn)象，該誤差用H表示為： H|yi-yd| 在整個測量范圍內(nèi)的最大滯環(huán)誤差用Hmax表

11、示，它與滿量程輸出值YFS的比值稱為最大滯環(huán)率H，即： max100%HFSHY00100%tFSYyYt 00100%TFSYyYT 5. 零點漂移 傳感器無輸入信號時，定時進行讀數(shù)，其輸出偏離零值，即為零點漂移，其值為：Y0為最大零點偏差，t為零點漂移的時間。 6. 溫度漂移 溫度漂移表示溫度變化時，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化1，輸出最大偏差與滿量程的百分比表示，即： Y0輸出最大偏差，YFS滿量程輸出，T溫度變化范圍。1.3.2 動態(tài)特性 傳感器的動態(tài)特性： 傳感器對輸入激勵的輸出響應特性 。1、動態(tài)響應特性 研究傳感器動態(tài)特性的目的： 主要為了從測量誤差角度分析產(chǎn)生動態(tài)誤差

12、的原因以及提出改善措施，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。傳感器動態(tài)特性的分類： 瞬態(tài)響應特性 頻率響應特性 （1）瞬態(tài)響應特性 在時域內(nèi)研究傳感器的動態(tài)特性時，常用的激勵信號有階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)等。傳感器對所加激勵信號的響應稱為瞬態(tài)響應。 （2）頻率響應特性 傳感器對正弦輸入信號的響應特性稱為頻率響應特性。2、動態(tài)特性的數(shù)學模型 對于線性定常（時間不變）系統(tǒng)，其數(shù)學模型為高階常系數(shù)線性微分方程，即： 11101nnnnnnd ydydyaaaa ydtdtdt11101mmmmmmd xdxdxbbbb xdtdtdt t時間； a0，a1， an常數(shù)； b0，b1， bn常數(shù)； 輸出量對時間t的

13、n階導數(shù)； 輸入量對時間t的m階導數(shù)。nnd ydtmmd xdt3、傳遞函數(shù) 動態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性（或線性化）定常系統(tǒng)中是指初始條件為0時，為系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。 1111011110( )( )( )mmmmnnnnb sbsb sby sH sx sa sasa sa 正弦輸入下傳感器的動態(tài)特性（即頻率特性）為： 11101110()()()()()()()()()mmmmnnnnbjbjbjbyjHjxjajajaja 4、零階傳感器的動態(tài)特性 零階傳感器微分方程為：00byxkxa 式中k為靜態(tài)靈敏度 零階傳感器的傳遞函數(shù)為： H（s）Y（s）/ X（s）

14、 k 當輸入為單位階躍信號時，零階傳感器單位階躍響應為： y（t）k通常由稱該環(huán)節(jié)為比例環(huán)節(jié)。其頻率特性為： H（） k 100d yaaybxd t 5、一階傳感器的動態(tài)特性（1）一階傳感器的微分方程（2）一階傳感器的傳遞函數(shù)( )( )( )1Y skHsXss（3）一階傳感器的頻率特性 1)(）（jkjH幅頻特性為：211)(）（A 相頻特性為： （）-arctan（） A（）（a）幅頻特性（）（b）相頻特性圖1.9 一階傳感器的頻率響應特性曲線6、二階傳感器的動態(tài)特性 （1）二階傳感器的微分方程 221002d ydyaaa yb xdtdt（2）二階傳感器的瞬態(tài)響應 2002202)

15、()()(sskSxsYSH k靜態(tài)靈敏度，k = b0/ a0； 0 傳感器無阻尼時的固有頻率，傳感器阻尼系數(shù)，200aa2012aaay（t）nt 1為臨界阻尼，響應時間最短； 1為過阻尼，無超調也無振蕩，但反應遲鈍，動作緩慢，達到穩(wěn)態(tài)所需的時間較長； 1為欠阻尼，衰減振蕩，達到穩(wěn)態(tài)所需的時間隨著減少而加長。 0，零阻尼，超調量為100，產(chǎn)生等幅振蕩，達不到穩(wěn)態(tài)。（3）二階傳感器瞬態(tài)響應特性指標 1）超調量p 最大超調量就是響應曲線偏離階躍曲線的最大值，最大超調量能說明傳感器的相對穩(wěn)定性。 2）滯時間td td是階躍響應達到穩(wěn)態(tài)值50所需要的時間。 3)上升時間tr 4)峰值時間tP 響應

16、曲線到第一個峰值所需的時間 5)響應時間tS 響應曲線衰減到穩(wěn)態(tài)值之差不超過5或2時所需要的時間，有時稱為過渡過程時間。（4）二階傳感器的頻率特性 二階傳感器的頻率特性、幅頻特性、相頻特性分別為： 2100()1 ()2H jj2120220)2()(1)(A2()arctan(2) /1() nn A（）/0(a) 幅頻特性圖1.13 二階傳感器的頻率響應特性曲線 （ ）(b) 相頻特性/0（5）頻率響應特性指標 1）頻帶。傳感器增益保持在一定值內(nèi)的頻率范圍，即對數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減3dB時所對應的頻率范圍，稱為傳感器的頻帶或通頻帶，對應有上、下截止頻率。2）時間常數(shù)。用時間常數(shù)表征一階

17、傳感器的動態(tài)特性，越小，頻帶越寬。3）固有頻率0。二階傳感器的固有頻率0表征了其動態(tài)特性。1.4 測量方法1.4.1 直接測量、間接測量與聯(lián)立測量1、直接測量 在使用儀表測量時，對儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過任何運算，就能直接表示測量所需的結果，稱為直接測量。2、間接測量 測量時先對與被測物理量有確定函數(shù)關系量測量，將測量值代入函數(shù)關系式，經(jīng)計算得到所需要結果。3、聯(lián)立測量 測量時，若被測物理量必須經(jīng)過求解聯(lián)立方程組，才能得到最后結果，則稱這樣的測量為聯(lián)立測量。1.4.2偏差式測量、零位式測量和微差式測量 1、偏差式測量 在測量過程中，用測量儀表指針的位移（即偏差）決定被測量的測量方法，稱為偏差式測量法

18、。 2、零位式測量 又稱補償式或平衡式測量，測量時用指零儀表零位指示，檢測測量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)；在測量系統(tǒng)達到平衡時，用已知的基準量決定被測未知量的測量方法，稱為零位式測量法。 3、微差式測量 微差式測量法是綜合了偏差式測量法與零位式測量法的優(yōu)點，這種方法是將被測的未知量與已知標準量進行比較，并取得差值，然后，用偏差法測得此差值。 1.5 測量誤差 測量過程中，首先因為測量設備、儀表、測量對象、測量方法、測量者都不同程度受到本身和周圍各種因素的影響，而且這些影響因素也在經(jīng)常不斷的變化。其次，被測量對測量系統(tǒng)施加作用之后，才能使測量系統(tǒng)給出測量結果，也就是說，測量過程一般都會改變被測對象原有的狀態(tài)

19、。因此，測量結果所反映的并不是被測對象的本來面貌，而只是一種近似，故測量不可避免地總存在測量誤差。1.5.1 誤差的概念與分類1有關測量技術的概念（1）等精度測量指在同一條件下所進行的一系列重復測量稱為等精度測量。（2）非等精度測量是指在多次測量中，如對測量結果精確度有影響的一切條件不能完全維持不變的測量稱為非等精度測量。（3）真值。被測量本身所具有的真正值稱之為真值，真值是一個理想的概念，一般不知道，但在某些特定情況下，真值又是可知的。 （4）實際值 通常只能把精度更高一級的標準器具所測得的值作為真值。為了強調它并非是真正的真值，故把它稱為實際值。（5）標稱值指測量器具上所標出來的數(shù)值。（6

20、）示值是由測量器具讀數(shù)裝置所指示出來的被測量的數(shù)值。（7）測量誤差。用測量器具進行測量時，所測量出來的數(shù)值與被測量的實際值（或真值之間的差值）。 2系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差 （1）系統(tǒng)誤差 在相同條件下多次測量同一物理量時，其誤差的絕對值和符號保持恒定；或者在條件改變時，按某一確定的規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。其誤差值不變的又稱為定值系統(tǒng)誤差，其變化的則稱為變值系統(tǒng)誤差。 （2）隨機誤差 在相同條件下和短時間內(nèi)，多次測量同一物理量時，在已經(jīng)消除引起系統(tǒng)誤差的因素之后，測量結果仍有誤差，而其變化是無規(guī)律的隨機變化，這類誤差稱為隨機誤差。隨機誤差服從統(tǒng)計規(guī)律，如正態(tài)分布、均勻分布等。引起隨機

21、誤差的原因都是一些微小因素，且無法控制。只能用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的方法去計算它出現(xiàn)的可能大小。（3）粗大誤差 粗大誤差的產(chǎn)生是由于測量者在測量時疏忽大意或環(huán)境條件的突變而造成的，粗大誤差一般都比較大，沒有規(guī)律性。 在測量中，系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差三者同時存在，但其對測量過程及結果的影響不同，因此測量精度也有不同的劃分。 1.5.2 一般測量誤差的表示方法 1、絕對誤差 X XA0 X測量值， A0真值2、相對誤差 （1）實際相對誤差 %100AXA X絕對誤差， A約定值（在實際測量中，常用某一被測量多次測量的平均值，或上一級標準儀器測量所得的示值A代替真值A0，A稱為約定真值。 ）（2）

22、示值相對誤差 %100XXX X絕對誤差 X 儀器示值3、引用誤差 %100FSFXX X絕對誤差 XFS 儀器滿度值 當X取最大值時的滿度相對誤差常用來確定儀表的精度等級。國家規(guī)定電工儀表精確度等級分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七級。 1.5.3 測量誤差的估計與校正 測量誤差中的性質不同，對測量結果的影響及處理方法也不同。定值系統(tǒng)誤差一般可用實驗對比法發(fā)現(xiàn)并用修正法等予以消除；變值系統(tǒng)誤差一般可用殘余誤差觀察法發(fā)現(xiàn)，并從硬件和軟件不同方面采取措施消除。 在測量中，隨機誤差對測量過程及結果的影響是必然的，但有明顯的不確定性，只能借助概率與數(shù)理統(tǒng)計以及必要的數(shù)據(jù)處理

23、描述出隨機誤差的影響極限范圍，并進而給出最接近真值的測量結果，但隨機誤差無法消除。但有粗大誤差的測量結果是不可取的，并予剔除。 1.系統(tǒng)誤差估計與校正 （1）系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)與判別 1）實驗對比法 該方法通過改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的條件進行測量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，此法適用于發(fā)現(xiàn)固定的系統(tǒng)誤差。 2）剩余誤差觀察法 剩余誤差為某測量值與測量平均值之差即 Pi=xi- ，根據(jù)測量數(shù)據(jù)的各個剩余誤差大小和符號的變化規(guī)律，可以直接由誤差數(shù)據(jù)或誤差曲線圖形來判斷有無系統(tǒng)誤差。這種方法主要適用于發(fā)現(xiàn)有規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差。 ix圖1.14 剩余誤差變化規(guī)律0u00nuunn(a)(b)(c) （a）存在線性系統(tǒng)誤差

24、（b）存在周期性系統(tǒng)誤差 （c）同時存在線性系統(tǒng)誤差和周期性系統(tǒng)誤差 3）不同公式計算標準誤差比較法 對等精度測量，可用不同公式計算標準誤差，通過比較可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。 4）計算數(shù)據(jù)比較法 對同一量進行測量得到多組數(shù)據(jù)，通過計算數(shù)據(jù)比較，判斷是否滿足隨機誤差條件，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。 （2）系統(tǒng)誤差的校正 1）補償法 在電路和傳感器結構設計中，常選用在同一有干擾變量作用下能產(chǎn)生誤差相等而符號相反的零部件或元器件作為補償元件。 2）差動法 相同的參數(shù)變換器（如電阻、電容、電感變換器）具有相同溫度系數(shù)，若將其接入電橋相鄰不同端的兩橋臂，變換器的參數(shù)隨輸入量作差動變化，即一個臂參數(shù)增加，另一臂的參數(shù)減小。

25、 3）比值補償法 測量電路中常采用分壓器和放大器，其變換系數(shù)與所用電阻元件的電阻比值有關。 4）測量數(shù)據(jù)的修正 測量傳感器和儀器經(jīng)檢定后可以準確測量誤差，當再次測量時，可以將已知的測量誤差作為修正值，對測量數(shù)據(jù)進行修正，從而獲得更精確的測量結果。 2. 隨機誤差估計與處理 在測量中，當系統(tǒng)誤差被盡力消除或減小到可忽略的程度后，仍會出現(xiàn)對同一被測量重復進行多次測量時有讀數(shù)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，說明存在隨機誤差。 理論上可用均方根誤差表示對測量結果的影響， n為測量次數(shù)；xi= xiA0，A0為真值，xi為第i次測量值. 在實際測量中，測量次數(shù)n是有限的，真值A0不易得到，因而用n次測量值的算術均值代替真

26、值，第i次測量誤差 這時均方根誤差為貝塞爾公式: 21niixniiixxx1)(12nxxnii 用 代替A0產(chǎn)生的算術平均值的標準誤差為 x / n 測量結果可表示為 或 xxi3 xxi 均方根誤差的物理意義: 隨機誤差出現(xiàn)在+范圍內(nèi)的概率是68.3，出現(xiàn)在-3+3范圍內(nèi)的概率是99.7。3是置信限，大于3的隨機誤差被認為是粗大誤差，則該測量結果無效，此數(shù)據(jù)予以剔除。 1.6 傳感器標定 利用標準設備產(chǎn)生已知的非電量（標準量），或用基準量來確定傳感器電輸出量與非電輸入量之間關系的過程，稱為傳感器標定。 1.6.1傳感器標定 1傳感器標定、校準與檢定概念 傳感器或儀器在制造、裝配完畢后必須

27、對設計指標進行一系列試驗，進行全面檢測，確定其實際性能，這個稱之為標定過程。 經(jīng)使用一段時間 （中國計量法規(guī)定一般為一年）或修理后，必須對其主要技術指標再次進行檢測試驗，即校準試驗，以確保其性能指標達到要求。 檢定必須嚴格按照檢定規(guī)程運作，對所檢儀器給出具有法律效應合格或不合格的結論。 2傳感器標定的方法與特點 標定的基本方法是將已知的被測量（亦即標準量）輸入給待標定的傳感器，同時得到傳感器的輸出量；對所獲得的傳感器輸入量和輸出量進行處理和比較，從而得到一系列表征兩者對應關系的標定曲線，進而得到傳感器性能指標的實測結果。 標定系統(tǒng)分為絕對法標定系統(tǒng)和比較法標定系統(tǒng)。傳感器的標定有靜態(tài)標定和動態(tài)

28、標定兩種。 3. 靜態(tài)標定 確定傳感器靜態(tài)指標，主要是線性度、靈敏度、遲滯和重復性。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標準條件下進行標定的，主要用于檢驗、測試其靜態(tài)特性指標。靜態(tài)標準條件主要包括沒有加速度、振動、沖擊（除參數(shù)本身是被測量）及環(huán)境溫度（一般為室溫205）、相對濕度不大于85、氣壓為（1017）kPa等條件。 一般的靜態(tài)標定包括如下步驟： （1）將傳感器全量程（測量范圍）分成若干等間距點。 （2）根據(jù)傳感器量程分點情況，由小到大、逐點遞增輸入標準量值，并記錄與各點輸入值相對應的輸出值。 （3）將輸入量值由大到小、逐點遞減，同時記錄下與各點輸入值相對應的輸出值。 （4）按上述步驟（2）、（3）

29、所述過程，對傳感器進行正、反行程往復循環(huán)多次（一般為310次）測試，將得到的輸出-輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線。 （5）對測試數(shù)據(jù)進行必要處理。輸入已知標準非電量，測出傳感器的輸出，給出標定曲線、標定方程和標定常數(shù)，計算靈敏度、線性度、滯差、重復性等靜態(tài)特性指標。 4. 動態(tài)標定 傳感器的動態(tài)標定就是通過實驗得到傳感器動態(tài)性能指標，確定方法常常因傳感器的形式（如電的、機械的、氣動的等）不同而不完全一樣，但從原理上一般可分為階躍信號響應法、正弦信號響應法、隨機信號響應法和脈沖信號響應法等。（1）階躍信號響應法 1）一階傳感器時間常數(shù)的確定 輸入x是幅值為A的階躍函數(shù)時，由一階傳感器的微分方程

30、可得： y（t） kA1- te變形整理得:Zlnly（t）（kA） 其中Z= -t 根據(jù)測得的輸出信號y（t）作出Z-t曲線， 則=-tZ。 2）二階傳感器阻尼比和固有頻率0的確定 211 /ln(/ ( )py22011Pdt 二階傳感器一般設計成 0.70.8的欠阻尼系統(tǒng)。 也可以利用任意兩個超調量來確定，表達式為： 222()114/ln(/PiP i nn pi第i個超調量 p（i+n）第i+n個超調量 pi和p（i+n）之間相隔n個周期（2）正弦信號響應法 1）一階傳感器時間常數(shù)的確定。 將一階傳感器的頻率特性曲線繪成伯得圖，則其對數(shù)幅頻曲線下降3dB處所測取的角頻率0=1，由此可

31、確定一階傳感器的時間常數(shù)。 2）二階傳感器阻尼比和固有頻率0的確定2021r20121AArA0-欠阻尼時零頻增益 Ar-共振頻率(最大)增益r-共振角頻率（3）其他方法 如果用功率譜密度為常數(shù)C的隨機白噪聲作為待標定傳感器的標準輸入量。 1.6.2 常用傳感器標定設備 1靜態(tài)標定設備 傳感器靜態(tài)標定設備分類：力標定設備（如測力砝碼、拉壓式測力計）、壓力標定設備（如活塞式壓力計、水銀壓力計、麥氏真空計）、位移標定設備（如量塊、直尺等）、溫度標定設備（如鉑電阻溫度計、鉑銠鉑熱電偶、基準光電高溫比較儀）等。（1）力標定設備 1）測力砝碼 我國基準測力裝置是固定式裝基準測力機，圖1.15采用杠桿式砝

32、碼標定裝置。 12341-支架 2-傳感器 3-杠桿 4-砝碼 圖1.15杠桿式砝碼標定裝置圖1.16為另一種液壓式測力機工作原理。 21341傳感器 2工作活塞，3液壓缸 4液體5砝碼 6加力活塞 7測力液壓缸 8導管圖1.16 液壓式測力機工作原理5678 2）拉壓式（環(huán)形）測力計 環(huán)形測力計是一種標準推力標定裝置，它由液壓缸產(chǎn)生測力，測出測力環(huán)變形量作為標準輸入?？梢杂酶軛U放大機構和百分表結構來讀測力環(huán)變形量，也可用光學顯微鏡讀取。若用光學干涉法讀取，則精度更高（2）壓力標定設備 1）活塞式壓力計 利用圖1.16的液壓式測力機原理和不同的結構形式，再將傳感器受力由點改成面接觸結構，就形成

33、了活塞式壓力計，如圖1.17所示。其中，砝碼1經(jīng)油路產(chǎn)生的壓力作為標準壓力作用在待標定的傳感器6上。 1234567891-標準壓力表 2-砝碼 3-活塞 4-進油閥 5-油杯6-被標傳感器 7-針形閥 8-手輪 9-手搖壓力閥圖1.17 活塞壓力計示意圖 2）水銀壓力計 水銀壓力計是一種最普通的液體壓力計，采用U形管水銀壓力計的原理，靠水銀的重力產(chǎn)生壓力，根據(jù)兩端位置差和一端的壓力，即可求出另一端的壓力。（3）位移標定設備 位移的標定設備主要是各種長度計量器具，如各種直尺、深度尺、深度千分尺、量塊、塞規(guī)、專門制造的標準樣柱等均可用作位移傳感器的靜態(tài)標定設備。 （4）溫度標定設備 低溫至630

34、.74以內(nèi)主要用鉑電阻溫度計,630.741064用鉑銠-鉑熱電偶，1064以上則采用光學高溫計。 （5）應變標定設備 一般采用加載后能產(chǎn)生已知均勻準確的一維應力裝置，多采用泊松系數(shù)為0.285的合金鋼的等彎矩梁或等強度懸臂梁實現(xiàn)，梁的應變通常用撓度計轉換后測得。 2、動態(tài)標定設備 標定中常用的動態(tài)激勵設備有激振器（如電磁振動臺、低頻回轉臺、機械振動臺等）、激波管、周期與非周期函數(shù)壓力發(fā)生器等。其中激振器可用于加速度、速度、位移、力、壓力傳感器的動態(tài)標定。 （1）振動標定設備 1）電動式中、低頻激振器 中頻激振器工作的頻率范圍 為57.5kHz，一般采用電動式 激振器作為中頻標定用振動臺。 圖1.18所