工程測試技術(shù)—第3章6節(jié)電阻應(yīng)變式傳感器的標(biāo)定課件

1、 一、傳感器標(biāo)定（檢定、校準(zhǔn)、定標(biāo)）的概念 當(dāng)用傳感器測得一個信號時，這個信號究竟代表被測量是多大？這個測量結(jié)果可能存在多大的誤差？ 這兩個問題都要通過標(biāo)定來解決。因此，傳感器的標(biāo)定是傳感器應(yīng)用的一個非常重要的環(huán)節(jié)。 在工程應(yīng)用中，整個標(biāo)定過程要做三件事情：（重要概念） 1. 用傳感器測量一系列已知的被測量 Xi，得到一系列相應(yīng)的輸出信號值 Yi，由此確定被測量與輸出信號的對應(yīng)關(guān)系。這個對應(yīng)關(guān)系通常是用一個函數(shù)式（標(biāo)定曲線）Y = f ( X ) 近似表達(dá)。 2. 在應(yīng)用傳感器時，傳感器測量某一未知被測量XC，得到一個輸出值Y，則需要用 XC= F( Y )（Y f ( X ) 的反函數(shù)），根

2、據(jù)輸出值確定被測量。要利用標(biāo)定曲線 Y f ( X ) 確定XC= F ( Y )。 3. 要對傳感器的測量精度(測量誤差）給出一個定量的結(jié)論（例如0.5% F.S.)，作為該傳感器在應(yīng)用中測量精度的依據(jù)。第六節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器的標(biāo)定 確定傳感器的測量誤差時，通過用標(biāo)定時已知的被測量 Xi與用 XCF（Y）推算出的被測量值 XCi進(jìn)行比較，取其中差值最大者，與標(biāo)定中被測量的測量范圍相比，得到傳感器的最大（相對）測量誤差值。 二、電阻應(yīng)變式傳感器的標(biāo)定 電阻應(yīng)變式傳感器的標(biāo)定通過某種方式向傳感器施加一系列已知的力，傳感器輸出一系列的電壓信號。 測量傳感器輸出的電壓信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，確定該傳感

3、器的輸出特性函數(shù) Vf (P)。 1施加力的方法 對力傳感器的標(biāo)定一般在專門的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，通常用測力（試驗(yàn)）機(jī)對力傳感器施加力。測力（試驗(yàn)）機(jī)主要有三種類型： （1）砝碼式（小力值）測力機(jī)砝碼式測力機(jī)的最大量程為05噸。砝碼式測力機(jī)的加載精度可達(dá)0.005 %。（2）杠桿式（中等力值）測力機(jī)杠桿式測力機(jī)的杠桿比為 1 : 20 。杠桿式測力機(jī)的最大量程為0100噸。杠桿式測力機(jī)的加載精度可達(dá) 0.03 %。 （3）液壓式測力機(jī) 一般用于大力值傳感器的標(biāo)定，用比對式方式確定所施加的力值。基準(zhǔn)傳感器標(biāo)定傳感器液壓缸 這種測力機(jī)的加載精度取決于所用的基準(zhǔn)傳感器的精度。 2.標(biāo)定的儀器和儀表 為了保證

4、標(biāo)定的準(zhǔn)確性，標(biāo)定所用的儀器和儀表都應(yīng)該具有很高的精度。 （1）直流穩(wěn)壓電源 標(biāo)定時用的直流穩(wěn)壓電源應(yīng)該保證輸出電壓穩(wěn)定的直流電源（電源的波紋現(xiàn)象要非常?。?（2）高精度數(shù)字電壓表 標(biāo)定時最好使用 7 位的數(shù)字電壓表（分辨力為0.1V）。 3標(biāo)定方式 （1）全量程加載點(diǎn)不得少于5點(diǎn)； （2）加載重復(fù)次數(shù)：A、B級力傳感器不得少于5次； C、D級力傳感器不得少于3次。 三、標(biāo)定數(shù)據(jù)處理 1.標(biāo)定數(shù)據(jù)表 某2kg稱重傳感器標(biāo)定輸出信號 （mV）載荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.29

5、00.000第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000 根據(jù)標(biāo)定過程中記錄的數(shù)據(jù)，整理得到標(biāo)定數(shù)據(jù)表。表格的格式設(shè)計(jì)很重要，要便于以后的數(shù)據(jù)處理。 2.確定標(biāo)定輸出擬合直線 對于電阻應(yīng)變式傳感器來說，一般對標(biāo)定輸出特性曲線用一條直線來擬合。目前，傳感器標(biāo)定時通常采用端基法確定輸出特性直線。 端基法確定傳感器輸出特性直線，是用標(biāo)定輸出曲線的兩個端點(diǎn)連成一條直線，用這條直線來代表標(biāo)定輸出曲線。0VmVPPm端基法直線的方程 （Y

6、= f ( X )） VK1P式中 Pm最大標(biāo)定載荷； Vma最大輸出電壓的平均值。 根據(jù)端基法直線，可以確定傳感器應(yīng)用時的關(guān)系式（ XC= F ( Y ) ） 3. 標(biāo)定結(jié)果（結(jié)論） 對電阻應(yīng)變式傳感器標(biāo)定的結(jié)果，一般至少要給出五個結(jié)論： （1）線性度 線性度一般用最大線性誤差與滿量程輸出值的比值來表示： 最大線性誤差 Lm通過觀察標(biāo)定數(shù)據(jù)的平均值與端基法直線的最大偏差來確定。載荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次0.0005.29210.58415.8742

7、1.16415.87410.5835.2910.000第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000平均值0.0005.292710.58415.874321.16415.87410.5835.29030.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 由表中的數(shù)據(jù)可以看出，最大線性誤差出現(xiàn)在第三次加載過程中的 1.0 kg （加載）時。因此，該傳感器的線性度為 （2）重復(fù)度 重復(fù)度用同一被測量值所對應(yīng)的多次測量得到一組輸出量值相互偏離的差值的最大值Rm與滿量程輸出

8、值之比來表示。重復(fù)度yFSRm100 輸出量值相互偏離的差值的最大值Rm由標(biāo)定數(shù)據(jù)表中確定。載荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 （3）回程誤差（滯

9、后誤差）式中 h = y20y10 加載與卸載的最大輸出差值 h 由標(biāo)定數(shù)據(jù)表中確定。載荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 （4）輸出靈敏度 輸出靈

10、敏度用于供橋電壓與標(biāo)定時有差別或六線制補(bǔ)償情況。載荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 由表中的數(shù)據(jù)可以看出，最大測量誤差出現(xiàn)在第三次加載過程中的 1.0 kg （加載）時。因此，該傳感器的最大測量誤差為 （5）最大測量誤差 該傳感器的主要輸出特性指標(biāo)如下： 線性度