传感器的标定docx文档格式.docx
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3•传感器标定的分类
（1）根据被测量进行分类
①绝对标定法被测量是由高精度的设备产生并测量其大小的。
特点：
精度较高，但较复杂。
八②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测量的O特点：
简单易行，但标定精度较低。
如图所示。
12.1.1传感器标定的意义
（2）根据标定的内容分类
1静态标定确定传感器的静态指标，主要有线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。
2动态标定确定传感器的动态指标，主要有时间常数、自然振荡频率和阻尼比等。
有时根据需要也对非测量方向（因素）的
灵敏度、温度响应、环境影响等进行标定。
对传感器进行标定，目的是依据试验数据确
定传感器的各项性能指标，实际上也就是确定传感器的测量精度。
传感器制造出来之后，自身的测量精度就客观确定了。
但标定结果可能因所用的标定装置或标定数据处理方法不同而出现差异。
一个高精度的传感器，如果标定方法不当，贝!
I很
不太高的传感器，如果标定方法得当，反而可能
在实测中产生较小的误差。
显然，提高标定设备、指示仪器的精度有
助于提高标定精度。
按有关规定，标定设备、
指示仪器的精度都有一最低要求。
在此规定上,
标定设备和指示仪器的精度越高，标定的精度
也越高。
数据处理的方法很多，不同的方法有
不同的精度，因此，提高对标定数据处理的精
度也很重要。
还应注意减小环境变化引起的误差。
传感器
一般由制造厂在实验室内按规定条件进行标定。
通常希望传感器的标定状态尽可能模拟实际测量状态，但在实验室内不可能模拟各种使用状态。
使用状态改变引起测试数据变化时，将会给测量带来明显的误差。
为此，设计传感器时就应考虑这一因素的影响。
某些环境条件对传感器输出的影响不可消除时，可在特定条件下标定，并给出在不同条件下标定值的修正系数或修正公式。
若能在测量现场进行标定，则效果更好。
标定分类
标定
1标准传待标定输出量1
输岀量
装置
］感器传感器显示1
测量
1.静态标定的条件与仪器精度
（1）传感器静态标定的条件
传感器的静态标定是在静态标准条件下进行的。
静态标准条件是指无加速度、振动与冲击（除非这些参数本身就是被测物理量），环境温度一般为室温（20±
5。
0,相对湿度不大于
85%,大气压力为101.32±
7.999kPao
12.2传感器的静态标定
（2）标准器具精度的选择
为保证标定精度，须选择与被标定传感器的精度要求相适应的一定等级的标准器具（一般所用的测量仪器和设备的精度至少要比被标定传感器的精度高一个量级）,它应符合国家
计量量值传递的规定，或经计量部门检定合格。
这样，通过标定所确定的传感器精度才是可靠的。
2.静态标定的过程步骤
①将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点。
地输入标准量值，并记录与各输入值对应的输出值。
③将输入值由大到小一点一点地减下来，同时记录与
各输入值对应的输出值。
4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（一般为3〜10次），将得到的输出输入测试数据用表格列出或绘成曲线。
5对测试数据进行必要的处理，根据处理结果确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞和重复性等静态特性指标。
传感器的动态标定主要用于确定传感器的动态技术指标。
动态技术指标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T,二阶传感器则有自然振荡频率％和阻尼比1两个参数。
确定这些参数的方法很多，一般是通过实验确定，如测量传感器的阶跃响应、正弦响应、线性输入响应、白噪声，及用机械振动法
等。
其中最常用的是O
1实验确定一阶传感器时间常数的方法
2实验确定二阶传感器自然振荡频率与阻
尼比的方法
3确定传感器动态参数的其他方法
1.实验确定一阶传感器时间常数的方法
测量一阶传感器的阶跃响应，当输岀值达到稳态值的6疼更经历的时间即为它丽面焉数。
但这样确定时间常数实际上没有涉及响应的全过程，测量结果的可靠性仅取决于某些个别的瞬时值。
为获得更可靠的结果常采用下面的方法。
一阶传感器的阶跃响应为
W）=l-e"
（2.1）
令乙=-"
，上式可改写为
z=ln[l-j（Z）]（2.2）
由上式依据测得的y（t）可求出对应的z,作出z-t曲线，则应得到线性关系，=-At/Az可确定时间常数,如图所示。
这种方法考虑了瞬态响应的全过程，具有
较高的可靠性。
另外，还可根据z-t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。
图2.1求一阶传感器时间常数的方法
2.实验确定二阶传感器自然振荡频率与阻尼比的方法
二阶传感器一般都设计成阻尼比g=0・6〜0.8的欠阻尼系统。
阶跃输入时，典型的欠阻尼二阶传感器的瞬态响应是以阻尼角频率q作衰减振荡的，如图所示。
阻尼角频率中为
于是可将式（2・3）改写为
根据
<
7%=X100%
得过调量M与阻尼比g的关系为:
所以，测出过调量M,即可得阻尼比g为
§
=l/Jl+（;
t/lnM）2（2.6）
由tp=7t/0）d可得
久=兀/（4丁1_严）（2.7）
如果测得阶跃响应的较长变化过程，则可获得可靠性更高的自然振荡频率和阻尼比。
方法是，测出第i个极大值与第i+n个极大值时的过冲量M与皿+十如图所示。
设第i个极大值对应的时刻为切第i+n个极大值对应的时刻为q+n，则根据tk=（2k-l）7t/（Od知和£
满足
—（2?
—1）兀/（69ny/l—）（2.8）
ti+n=［2（i+n）-l］兀/（叫Ji-/）（2.9）
代入式（2・4）求出MpMi+n,整理后得
g=1/丁1+（2帧/氏）2（2.10）
式中，6nTn（Mi/Mi+，］）。
甚至可取不同的i和n,求出多个阻尼比后取平均值。
对自然振荡频率来说，可测出第i个极大值与第i+n个极大值之间的时间间隔tn，如图所示,则
%=2叶/匕』1一孑）（2.11）
也可取不同的i和!
1,求出多个自然振荡频率后取平均值。
若传感器是精确的二阶传感器，II取任意
正整数求得的g或叫都不会有多大差别。
若有明显差别，超出测量误差较多，则说明传感器
不是严格的二阶传感器。
图2.2
O
A
t
式（2.1）
y（t）=l-
+arctan
（2.3）
3・确定传感器动态参数的其他方法一正弦信号响应法
测量传感器正弦稳态响应的幅值和相角,
然后得到稳态正弦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，重复前述过程，即可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特性参数。
（2）二阶传感器时间常数的确定
在欠阻尼情况下，从曲线上可以测得三个特征量，即零频增益A（0）、谐振频率增益A（叫）和谐振频率q。
A（ty）=1/y][l—（co/CDn）2]2+（2^cd/CDn）2
令里凹=0
de
=^n71-2^
将q代入A（co）的表达式得
A（®
）=
即可确定g和叫。
虽然从理论上来讲，也可通过传感器相频
特性曲线确定g和叫，但是一般来说准确的相角测试比较困难，所以很少这样做。
以压电式加速度传感器为例，说明传感器动态标定的方法。
YD-5压电式加速度传感器的动态标定
YD-5压电式加速度传感器是一种以具有压电特性的材料为敏感元件的机电转换装置，当它感受振动加速度时，将产生一正比于振动加速度的电荷量输出。
依据《JJG223—81压电加速度传感器检定规程》指定的检定项目有参考灵敏度、灵敏度的稳定度、横向灵敏度比，频率响应、安装谐振频率、幅值线性度及电参数等。
这里仅简单介绍参考灵敏度、频率响应及安装谐振频率的标定。
（1）参考灵敏度的标定一般用途的压电式加速度传感器，参考灵敏度乂的标定均釆用相对标定法。
将被标定的YD-5加速度传感器与丹麦的标准压电式加速度传感器8305“背
靠背”地刚性联结在一起，如图所示。
然后将
它们安装在标定用的中频振动台上，并按图示原理框图连接好测量电路。
设被标定的YD-5压电加速度传感器输出的电荷量为Qp振动台传输给YD-5的加速度为込，则其参考灵敏度乂由下式求出
=Qx!
ax（2.12）
此式中的加速度込由标准加速度传感器输出的电荷量Qo及其灵敏度So求出，为
ax=Qo/（2.13）
将式（2.13）代入式（2.12）得
此即相对法标定压电式加速度传感器参考灵敏度Q的计算公式。
检定规程的要求是选定200Hz以下的某一频率和100m/s2以下的某一加速度值进行标定。
由数字电压表和标准精密数字万用表分别测出
电荷值Q和Qo，代入式（2.14）,即能标定出YD-5加速度传感器的参考灵敏度。
（2）频率响应和安装谐振频率的标定此标定项目可用逐点比较法、连续扫描法或冲击法来确定。
逐点比较法的原理框图与图示原理框图基本一样，只要把图中的振动台换成高频振动台即可。
标定时，在选定的频率范围内，按对数刻度均匀地选7个以上频率点，与标准加速度传感器比较，从而得出幅频特性曲线。
在幅频特性的标定中，常用连续扫描法。
由标准振动台及被标定的加速度传感器组成一个闭环自动扫描系统，使被标定的加速度传感器在自动扫频过程中受到一个幅度恒定的交变
加速度，并用记录仪自动记录被标定加速度传感器随频率变化的输出特性曲线即幅频特性曲线，进而确定安装谐振频率。
图2.3
LL
CTT]A1
1—YD-5加速度传感器；
2—支架;
3—8305加速度传感器；
4—振动台
图2.4
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