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)：通過試驗，建立傳感器的輸出通過試驗，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)：被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器與標(biāo)準(zhǔn)測：被測非電量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器與標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)；待標(biāo)傳感器與配接的信號調(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

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； 動態(tài)標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定動態(tài)特性參數(shù)（動態(tài)特性參數(shù)（ ； n， ）測試；）測試； 動態(tài)標(biāo)定信號：階躍信號或正弦信號。動態(tài)標(biāo)定信號：階躍信號或正弦信號。 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:保正測量的準(zhǔn)確、統(tǒng)一和法保正測量的準(zhǔn)確、統(tǒng)一和法制性。制性。12.1 測量誤差基本概念測量誤差基本概念12.1.1 測量與測量誤差測量與測量誤差 1.測量測量 “測量是以確定量值為目的的一種操作測量是以確定量值為目的的一種操作”。這種。這種“操作操作”就是測量中的就

3、是測量中的比較過程比較過程將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程。實現(xiàn)比較的工具就是測量儀器儀表位進行比較的過程。實現(xiàn)比較的工具就是測量儀器儀表（簡稱儀表）。（簡稱儀表）。 檢測檢測是意義更為廣泛的測量，它包含測量和檢驗的雙是意義更為廣泛的測量，它包含測量和檢驗的雙重含義。工程參數(shù)檢測就是用專門的技術(shù)工具（儀表），重含義。工程參數(shù)檢測就是用專門的技術(shù)工具（儀表），依靠能量的變換、實驗和計算找到被測量的值。一個完整依靠能量的變換、實驗和計算找到被測量的值。一個完整檢測過程檢測過程應(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)； 信號的調(diào)理信號

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

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

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

7、差儀表誤差 1 .儀表誤差術(shù)語儀表誤差術(shù)語 測量儀表的示值誤差測量儀表的示值誤差 =儀表示值儀表示值x-真實值真實值xi =x x0(xi用約定真值用約定真值x0來代替來代替 ) 相對示值誤差相對示值誤差 測量儀表的最大允許誤差測量儀表的最大允許誤差 定義是定義是“對給定的測量儀對給定的測量儀表，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”。有時也稱為測。有時也稱為測量儀表的量儀表的允許誤差限允許誤差限，或簡稱，或簡稱允許誤差允許誤差（ 允允）。）。 %1000 x相對12.1 測量誤差基本概念測量誤差基本概念 測量儀表的固有誤差測量儀表的固有誤差 常稱為測量儀表的常稱為

8、測量儀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量儀表的誤差在參考條件下確定的測量儀表的誤差”。此參考。此參考條條件也稱為標(biāo)準(zhǔn)條件，是指為測量儀表的性能試驗或為測量件也稱為標(biāo)準(zhǔn)條件，是指為測量儀表的性能試驗或為測量結(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，一般包括作用于測量儀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 附加誤差是指測量儀表在非標(biāo)準(zhǔn)條件時所附加誤差是指測量儀表在非標(biāo)準(zhǔn)條件時所增加的誤差，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 測量誤差基本概念測量誤差基本概念 2.測量范圍和量程測量范圍和量程 測量范圍測量范圍: 指指“測量儀器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組測量儀器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測量的值被測量的值”。 量程量程: 指測量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差。指測量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差。 例如：測量范圍為例如：測量范圍為0100時，量程為時，量程為100； 測量范圍為測量范圍為20100時，量程為時，量程為80； 測量范圍為測量范圍為 20100時，量程為時，量程為120。12.1 測量誤差基本概念測量誤差基本概念3.精確度（簡稱精度）精確度（簡稱精

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）來表示，即）來表示，即式中，式中， max儀表在測量范圍內(nèi)的最大絕對誤差；儀表在測量范圍內(nèi)的最大絕對誤差； 儀表誤差儀表誤差整體上評價儀表在其測量范圍內(nèi)測量的好壞。整體上評價儀表在其測量范圍內(nèi)測量的好壞。%100儀表量程引%100maxmax量程12.1 測量誤差基本概念測量誤差基本概念 儀表精度等級儀表精度等級a（去掉儀表誤差的（去掉儀表誤差的“ ”號和號和“%”） a=0.005，0.01，0.02，0

11、.05；0.1， 0.2， ( 0.4)，0.5； 級標(biāo)準(zhǔn)表級標(biāo)準(zhǔn)表 級標(biāo)準(zhǔn)表級標(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 測量誤差基本概念測量誤差基本概念 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，使用同一儀表對某一參數(shù)進行正、反行程測量時，對應(yīng)于下，使用同一儀表對某一參數(shù)進行正、反行程測量時，對應(yīng)于同一測量值所得的儀表示值不等，正、反行程示值之差的絕對同一測量值所得的儀表示值不等，正、

12、反行程示值之差的絕對值稱為升降變差，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量程反行程測量值正行程測量值變差圖圖14-1 測量儀表的變差測量儀表的變差12.1 測量誤差基本概念測量誤差基本概念 例例12-1 某壓力傳感器的測量范圍為某壓力傳感器的測量范圍為010MPa，校驗該傳感，校驗該傳感器時得到的最大絕對誤差為器時得到的最大絕對誤差為 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。度等級。 解：該傳感器的精度為：解：該傳感器的精度為： 由于國家規(guī)定的精度等級中沒有由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，而該傳感器的級儀表，而該傳感器的精度又超過了精度又超過了0.5級儀表的允許誤差，所以，這只傳感器的精級儀表的允許誤差，所以，這只傳感器的精度等級應(yīng)定為度等級應(yīng)定為1.0級。級。 根據(jù)儀表根據(jù)儀表校驗校驗數(shù)據(jù)來數(shù)據(jù)來確定確定儀表精度等級時，儀表的精度等級儀表精度等級時，儀表的精度等級值應(yīng)選不小于由校驗結(jié)果所計算的精度值值應(yīng)選不小于由校驗結(jié)果所計算的精度值 %8 . 0%10001008. 0100maxmax量程12.1

14、 測量誤差基本概念測量誤差基本概念 例例12-2 某測溫傳感器的測量范圍為某測溫傳感器的測量范圍為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求，溫度指示值的誤差不允許超過 7，試問應(yīng)如何選擇傳感，試問應(yīng)如何選擇傳感器的精度等級才能滿足以上要求器的精度等級才能滿足以上要求? 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級和級和1.0級之間，若選擇精度等級為級之間，若選擇精度等級為1.0級的傳級的傳感器，其允許最大絕對誤差為感器，其允許最大絕對誤差為 10，這就超過了工藝要求的，這就超過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級的精度才能滿足工藝要求。級的精度才能滿足工藝要求。 根據(jù)工藝要求來根據(jù)工藝要求來選擇選擇儀表精度等級時，儀表的精度等級值應(yīng)儀表精度等級時，儀表的精度等級值應(yīng)不大于工藝要求所計算的精度值不大于工藝要求所計算的精度值 %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）精度等級的確定標(biāo)定儀器設(shè)備（標(biāo)準(zhǔn)量具）精度等級的確定 標(biāo)準(zhǔn)量具的精度等級比被標(biāo)定傳感器至少高一個等級；標(biāo)準(zhǔn)量具的精度等級比被標(biāo)定傳感器

16、至少高一個等級； 附加設(shè)備又必須比標(biāo)準(zhǔn)量具至少高一個等級。附加設(shè)備又必須比標(biāo)準(zhǔn)量具至少高一個等級。 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)造一個靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件；創(chuàng)造一個靜態(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： 全量程等間隔分點標(biāo)定；全量程等間隔分點標(biāo)定； 正、反行程往復(fù)循環(huán)一定次數(shù)逐點標(biāo)定（輸入標(biāo)準(zhǔn)量，測試正、反行程往復(fù)循環(huán)一定次數(shù)逐點標(biāo)定（輸入標(biāo)準(zhǔn)量，測試傳感器相應(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級級)，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 絕對誤差絕對誤差 (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。級。12.3 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定 研究動態(tài)響應(yīng)研究動態(tài)響應(yīng) 確定動態(tài)響應(yīng)參數(shù)確定動態(tài)響應(yīng)參數(shù)動態(tài)標(biāo)定信號：階躍信號或正弦信號動態(tài)標(biāo)定信號：階躍信號或正弦信號一、一階傳感器的動態(tài)標(biāo)定一、一階傳感器的動態(tài)標(biāo)定 確定確定時間常數(shù)時間常數(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 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(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/ 時間常數(shù)時間常數(shù) 表示傳感器在階躍信號作用下，其響應(yīng)的輸表

20、示傳感器在階躍信號作用下，其響應(yīng)的輸出值達到最終穩(wěn)定值的出值達到最終穩(wěn)定值的63.5%所經(jīng)過的時間。只用到一個所經(jīng)過的時間。只用到一個實驗數(shù)據(jù)。實驗數(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；單位階躍信號；(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 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(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= ，由此確定時間常數(shù)，由此確定時間常數(shù) 考慮了傳感器考慮了傳感器

21、瞬態(tài)響應(yīng)的全過程。如圖瞬態(tài)響應(yīng)的全過程。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求一階傳感器時間常數(shù)方法求一階傳感器時間常數(shù)方法12.3 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定二、二階傳感器的動態(tài)標(biāo)定二、二階傳感器的動態(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 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(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應(yīng)的時間各振蕩峰值對應(yīng)的時間tp=0， / d，2 / d，將，將t= / d代入代入y(t)的表達式，可得最大過沖量的表達式，可得最大過沖量M或或 測得測得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)定測得；由標(biāo)定測得的的tp ，得，得fd d n。 21 eM1ln12M12.3 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定圖圖14-4 -M曲線曲線12.3 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定若衰減振蕩緩慢，過程較長，可測若衰減振蕩緩慢，過程較長，可測Mi和和Mi+n來求來求 ，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對應(yīng)的時間為對應(yīng)的時間為ti，則，則Mi+n對應(yīng)的對應(yīng)的時間為時間為將將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 傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定傳感器的動態(tài)特性標(biāo)定 當(dāng)當(dāng) 0.1時，時，1 2 1，則，則 也可以利用正弦信號輸入，測定傳感器輸出與輸入的幅值比和相位差來確定也可以利用正弦信號輸入，測定傳感器輸出與輸入的幅值比和相位差來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來來求一階傳感器的時間常數(shù)求一階傳感器的時間常數(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間常數(shù)傳感器時間常數(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，杠桿式測力計和彈簧：標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計，杠桿式測力計和彈簧式測力計。式測力

25、計。標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計標(biāo)準(zhǔn)活塞壓力計標(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 活塞壓力計標(biāo)定壓力示意圖活塞壓力計標(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)杠桿式測力計杠桿式測力計標(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)定機示意圖杠桿式壓力標(biāo)定機示意圖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)彈簧式測力計彈簧式測力計標(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)測力計檢定表所測得的測力計檢定表所測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 彈簧測力計式壓力標(biāo)定機彈簧測力計式壓力標(biāo)定機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 動態(tài)標(biāo)定和校準(zhǔn)動態(tài)標(biāo)定和校準(zhǔn)動態(tài)信號壓力源動態(tài)信號壓力源：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壓力其真實壓力-時間關(guān)系。時間關(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

27、以改變壓力所示。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，頻率可達力，頻率可達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；接被檢壓力計；2-接標(biāo)準(zhǔn)壓力計；接標(biāo)準(zhǔn)壓力計；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，頻率可達的峰值壓力，頻率可達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

28、穩(wěn)態(tài)壓力，不能提供確定的數(shù)值或時間特性，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行比較的標(biāo)定方法（比較法）器與已知特性的傳感器進行比較的標(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；接被檢壓力計；3-凸輪；凸輪；4-接標(biāo)準(zhǔn)壓力計接標(biāo)準(zhǔn)壓力計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）壓力信號和階躍函數(shù)理論進利用非穩(wěn)態(tài)（階躍）壓力信號和階躍函數(shù)理論進行標(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

29、躍）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：特點： 結(jié)構(gòu)簡單，可產(chǎn)生較理想的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)簡單，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、入射激波測速系統(tǒng)、標(biāo)定測量系統(tǒng)、氣主要由激波管、入射激波測速系統(tǒng)、標(biāo)定測量系統(tǒng)、氣源等組成，如圖源等組成，如圖14-1

30、2所示。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)。由測馬赫數(shù)。由測速系統(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.入射激波測速系統(tǒng)入射激波測速系統(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和頻率和頻率計組成。計組成。 Ms定義定義式中，式中，v00時的聲速，

31、時的聲速，v0=331.36m/s；vTT時的時的聲速；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)定測量系統(tǒng)標(biāo)定測量系統(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，可測階躍響應(yīng)波形，如圖成，可測階躍響應(yīng)波形，如圖14-14所示。所示。 由響應(yīng)波形進行數(shù)據(jù)分析處理，由響應(yīng)波形進行數(shù)據(jù)分析處理，直接求得傳感器的幅頻特性及動直接求得傳感器的幅頻特性及動態(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

32、器6響應(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氣。常采用壓縮空氣或氮氣。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 振動傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)振動傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn) 振動信號源：振動信號源：振動臺產(chǎn)生正弦激勵的標(biāo)定信號。振動臺產(chǎn)生正弦激勵的標(biāo)定信號。 一、絕對標(biāo)定法一、絕對標(biāo)定法 激光光波長度作為振幅量值的絕對基準(zhǔn)，測出振動信號的激光光波長度作為振幅量值的絕對基準(zhǔn)，測出振動信號的振幅值振幅值Xm(m)； 精密數(shù)字頻率計測出振動臺的振動頻率精密數(shù)字頻率計測出振動臺的振動頻率f

33、 (1/s)； 精密數(shù)字電壓表測出傳感器輸出電壓值精密數(shù)字電壓表測出傳感器輸出電壓值Erms(mV)。 被標(biāo)振動傳感器的加速度靈敏度被標(biāo)振動傳感器的加速度靈敏度Sa為為msmVXfESmrmsa222212.5 振動傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)振動傳感器的標(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)測振傳感器將被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測振傳感器“背靠背背靠背”安裝在振動臺上。標(biāo)定安裝在振動臺上。標(biāo)定時，分別測出被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測振傳感器的輸出電壓值時，分別測出被標(biāo)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)測振傳感器的輸出電壓值Ua和和U，若，若標(biāo)準(zhǔn)測振傳感器的加速度靈敏度為標(biāo)準(zhǔn)測振傳感器的加速度靈敏度為Sa0，則被標(biāo)傳感器加

34、速度靈敏度，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，改變振動臺的振動頻率，測出傳感器輸改變振動臺的振動頻率，測出傳感器輸出電壓與振動頻率的關(guān)系，即幅頻響應(yīng)。出電壓與振動頻率的關(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)傳感器輸出信號間的相位差，可得傳感器的相頻特性。號間的相位差，可得傳感器的相頻特性。圖圖14-16 振動傳感器比較標(biāo)定系統(tǒng)振動傳感器比較標(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，

35、規(guī)定溫度的始點（零度）和測量溫度的基準(zhǔn)量，規(guī)定溫度的始點（零度）和測量溫度的基本單位。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，標(biāo)準(zhǔn)溫度計溫度固定點，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(測溫物質(zhì)測溫物質(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年英國開爾文（年英國開爾文（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)，選定水的三相點為為基礎(chǔ)的熱力學(xué)溫標(biāo)，選定水的三相點為273.16K，定義水，定義水的三相點溫度的的三相點溫度的1/273.16為為1度，單位為開爾文，簡稱度，單位為開爾文，簡稱K (1954年國際計量會議年國際計量會議)。 熱力學(xué)溫度也稱為絕對溫度。熱力學(xué)溫度也