第14章 传感器的标定
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要获得一个令人满意的周期或阶跃的压力源； ① 要获得一个令人满意的周期或阶跃的压力源 ； ② 要可靠地确定上述压力源所产生的真实的压 力一时间关系。 力一时间关系。
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14.4.1 动态标定压力源 获得动态标定压力的方法很多，然而， 获得动态标定压力的方法很多，然而，必须注 提供了动态压力， 意，提供了动态压力，并不等于提供了动态压 力标准，因为，为了获得动态压力标准， 力标准，因为，为了获得动态压力标准，必须 正确地知道有关压力一时间关系， 正确地知道有关压力一时间关系，动态压力源 的分类如下： 的分类如下： 1．稳态周期性压力源 2．非稳态压力源
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二阶传感器则有固有频率ω 二阶传感器则有固有频率ωn 和阻尼比ζ两个参数 和阻尼比ζ
输入信号为阶跃信号： 输入信号为阶跃信号：
M =e
−(
π
1−ζ 2
)
ζ =
(
π
1 )2 + 1
ln M
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14.3 测振传感器的标定 14. 14.3.1 绝对标定法 14. 14.3.2 比较标定法
湿敏元件定量标定的实质在于建立标准湿度发生器 ， 湿敏元件定量标定的实质在于建立 标准湿度发生器， 标准湿度发生器 提供准确的湿度源。 提供准确的湿度源。
由于气相湿度的高低受温度、压力、介质的性质、 由于气相湿度的高低受温度 、 压力 、 介质的性质 、 容孔的材质和系统的状况等众多因素的影响， 容孔的材质和系统的状况等众多因素的影响 ， 所 以建立标准湿度发生器和恒湿源决非易事， 以建立标准湿度发生器和恒湿源决非易事 ， 其困 难和复杂的程度甚至大大超过了湿度敏感元件本 身的制作。 身的制作。
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稳态周期性压力源 活塞与缸筒 声谐振器
峰值压力可达70kg／cm2 ／ 峰值压力可达 频率可达到100Hz 频率可达到 活塞缸筒静态压力源
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14.4.2 激波管标定法 激波管标定装置系统
核心部件： 核心部件： 激波管
1一激波管的高压室 2一激波管的低压室 3一激波管的高低压室间的膜版 4一侧面被标定的传感器 5—底面被标定的传感器 底 6、7一各为测速压力传感器 108—测速前置级 测速前置级 9一数字式频率计 10-测压的前置级 11—记压记忆装置 12一气源 13—气压表 14一泄气门 11 记压记忆装置 12一气源 13 气压表 14一泄气门
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14. 3.1 绝对标定法
我国目前的振动计量最高基准是采用激光光波 采用激光光波 长度作为振幅量值的绝对基准。 长度作为振幅量值的绝对基准。 由于激光干涉基准系统复杂昂贵，而且一经安 装调试后就不能移动，因此需要作为二等标准 的测振仪作为传递基准之用。
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14.1 传感器的静态特性标定
14. 14.1.1 静态标准条件 14.1.2 标定仪器设备的精度等级的确定 14. 14. 14.1.3 静态特性标定的方法
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14.1.1 静态标准条件 传感器的静态特性是在静态标准条件下进行 标定的。 标定的。 所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击 所谓静态标准是指没有加速度、振动、 静态标准是指没有加速度 除非这些参数本身就是被测物理量) (除非这些参数本身就是被测物理量)及环境 温度一般为室温(20± 温度一般为室温 (20±5℃) 、 相对湿度不大 85％ 大气压力为1 01× Pa的情况 的情况。 于85％，大气压力为1.01×105 Pa的情况。
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14.3.2 比较标定法
这是一种最常使用的标定方法， 这是一种最常使用的标定方法，即将被标 的测振传感器和标准测振传感器相比较。 的测振传感器和标准测振传感器相比较。 标定时，将被标测振传感器与标准传感器 标定时， 一起安装在标准振动台上。 一起安装在标准振动台上。为了使它们尽 可能地靠近安装以保证感受的振动量相同， 可能地靠近安装以保证感受的振动量相同， 常采用“背靠背”法安装。 常采用“背靠背”法安装。 设标准测振传感器和被标测振传感器在受 到同一振动量时输出分别为E 到同一振动量时输出分别为 E0 和 E ． 已知 标准测振传感器的加速度灵敏度为S 标准测振传感器的加速度灵敏度为 Sk0 ， 则被标测振传感器的加速度灵敏皮Sk Sk为 则被标测振传感器的加速度灵敏皮Sk为:
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测振传感器的标定 测振仪性能的全面标定只是在制造单位或研 究部门进行．在一般使用单位和使用场合， 究部门进行．在一般使用单位和使用场合， 主要是标定其灵敏度、 主要是标定其灵敏度、频率特性和动态线性 范围。 范围。 标定和校准测振仪的方法很多
从计算标准和传递的角度来看，可以分成两类： 从计算标准和传递的角度来看，可以分成两类： 一类是复现振动量值最高基准的绝对法，另一类 一类是复现振动量值最高基准的绝对法， 绝对法 是以绝对法标定的标准测振仪作为二等标准用比 是以绝对法标定的标准测振仪作为二等标准用比 较法标定工作测振仪 标定工作测振仪。 较法标定工作测振仪。 按照标定时所用输入量种类又可分为正弦振动法、 按照标定时所用输入量种类又可分为正弦振动法、 重力加速度法、冲击法和随机振动法等。 重力加速度法、冲击法和随机振动法等。
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14.2 传感器的动态特性标定
传感器的动态标定主要是研究传感器的动 态响应； 态响应； 而与动态响应有关的参数， 而与动态响应有关的参数，一阶传感器只
有一个时间常数τ、二阶传感器则有固有 有一个时间常数τ 频率ωn和阻尼比ζ两个参数; 频率ω 和阻尼比ζ两个参数;
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激波管
当高、 当高、低压室的压力差达到一定程度时膜片 破裂，高压气体迅速膨胀冲入低压室， 破裂，高压气体迅速膨胀冲入低压室，从而 形成激波。这个激波的波阵面压力保持恒定， 形成激波。这个激波的波阵面压力保持恒定， 接近理想的阶跃波v 接近理想的阶跃波 v并以超音速冲向被标定 的传感器。 的传感器。传感器在激波的激励下按固有频 率产生一个衰减振荡。 率产生一个衰减振荡。
第14章 传感器的标定 14章
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1
目录
简介 14. 14.1 传感器的静态特性标定 14. 14.2 传感器的动态特性标定 14.3 测振传感器的标定 14. 14. 14.4 压力传感器的标定 14. 14.5 湿度传感器的标定及其设备 本章小结
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14.1.2 标定仪器设备的精度等级的确定
对传感器进行标定， 对传感器进行标定，是根据试验数据确定传感器 的各项性能指标， 的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量 精度。 精度。
在标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要 在标定传感器时， 比被标定的传感器的精度高一个等级。这样，通 比被标定的传感器的精度高一个等级。这样， 高一个等级
过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的， 过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的， 所确定的精度才是可信的。 所确定的精度才是可信的。
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14.1.3 静态特性标定的方法
对传感器进行静态特性标定， 对传感器进行静态特性标定 ， 首先 是创造一 个静态标准条件。 个静态标准条件 。 其次 是选择与被标定传感 器的精度要求相适应一定等级的标定用的仪 器设备。 器设备 。 然后 才能开始对传感器进行静态特 性标定。 性标定。
=E·S Sk=E Sk0/E0
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14.4 压力传感器的标定
简介 14. 14.4.1 动态标定压力源 14. 14.4.2 激波管标定法
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简
介 用来作为动态测量的压力传感器除了按前述 方法进行静态标定外， 方法进行静态标定外，还要进行某种形式的 动态标定。 动态标定。 动态标定要解决两个问题： 动态标定要解决两个问题：
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简
介 传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 静态标定 两种
静态标定的目的是确定传感器静态特性指标 ， 静态标定的目的 是确定传感器静态特性指标， 是确定传感器静态特性指标 如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数 ， 动态标定的目的 是确定传感器的动态特性参数， 是确定传感器的动态特性参数 如频率响应、 时间常数、 固有频率和阻尼比等。 如频率响应 、 时间常数 、 固有频率和阻尼比等 。 有时， 根据需要也要对横向灵敏度、 温度响应、 有时 ， 根据需要也要对横向灵敏度 、 温度响应 、 环境影响等进行标定。 环境影响等进行标定
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相对湿度的标定方法及设备
干湿球法 饱和盐溶液法 双压法 分流法
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干湿球法
1750年 Richman发现 当温度计的温泡上有水时， 发现， 1750 年 ， Richman 发现 ， 当温度计的温泡上有水时 ， 它所指示的温度低于周围空气的温度， 它所指示的温度低于周围空气的温度，这一偶然的 发现引起了人们的注意。经研究， 发现引起了人们的注意。经研究，查明这种致冷现 水蒸发的结果。 象产生的原因是由于水蒸发的结果 象产生的原因是由于水蒸发的结果。 早期的研究者发现，干球和湿球的温度差， 早期的研究者发现，干球和湿球的温度差，即干湿 不仅取决于温度和空气中的水份含量， 差，不仅取决于温度和空气中的水份含量，而且还 和湿球表面空气的疏速有关， 和湿球表面空气的疏速有关，因而被命名为通风干 湿表。 湿表。 1799年 Lesslie利用干湿球法的测湿原理制造了一 1799 年 Lesslie 利用干湿球法的测湿原理制造了一 种湿度计，1836年Manson使这种湿度计商品化 使这种湿度计商品化。 种湿度计，1836年Manson使这种湿度计商品化。
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一阶传感器 一阶传感器的阶跃响应函数为： 一阶传感器的阶跃响应函数为：
yu (t ) = 1 − e
−τ
t
t
1 − yu (t ) = e z=− t
−τ
t
z = ln[1 − yu (t )]
τ
前提： 前提：输入信号为阶跃信号 结论： 结论：τ为z-t直线的斜率
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被标定的传感器输出波形
Baidu Nhomakorabea
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14.5
湿度传感器的标定及其设备
引言 相对湿度的标定方法及设备 绝对湿度的标定方法及设备
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引 言
湿度敏感元件的感湿特征量与环境气相湿度之间并 不存在固定的定量关系， 不存在固定的定量关系 ， 感湿特征量的测量值也不 可能直接表征环境气相湿度的确切数值。 可能直接表征环境气相湿度的确切数值 。 因此 湿敏 元件必须经过定量标定，方可实用。 方可实用。
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标定过程步骤如下： 标定过程步骤如下：
将传感器全量程(测量范围)分成若干等间距点； 将传感器全量程(测量范围)分成若干等间距点； 根据传感器量程分点情况，由小到大逐点输入标准值 标准值， 根据传感器量程分点情况，由小到大逐点输入标准值， 并记录下相对应的输出值； 并记录下相对应的输出值； 将输入值由大到小逐点减少下来， 将输入值由大到小逐点减少下来，同时记录下与各输入 值相对应的输出值； 值相对应的输出值； 所述过程， 对传感器进行正、 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， 循环多次测试，将得到的输出一输入测试数据用表格列 出或画成曲线; 出或画成曲线; 对测试数据进行必要的处理， 对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定 传感器的线性度、灵敏度、 传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态持性指 标。
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14.4.1 动态标定压力源 获得动态标定压力的方法很多，然而， 获得动态标定压力的方法很多，然而，必须注 提供了动态压力， 意，提供了动态压力，并不等于提供了动态压 力标准，因为，为了获得动态压力标准， 力标准，因为，为了获得动态压力标准，必须 正确地知道有关压力一时间关系， 正确地知道有关压力一时间关系，动态压力源 的分类如下： 的分类如下： 1．稳态周期性压力源 2．非稳态压力源
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二阶传感器则有固有频率ω 二阶传感器则有固有频率ωn 和阻尼比ζ两个参数 和阻尼比ζ
输入信号为阶跃信号： 输入信号为阶跃信号：
M =e
−(
π
1−ζ 2
)
ζ =
(
π
1 )2 + 1
ln M
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14.3 测振传感器的标定 14. 14.3.1 绝对标定法 14. 14.3.2 比较标定法
湿敏元件定量标定的实质在于建立标准湿度发生器 ， 湿敏元件定量标定的实质在于建立 标准湿度发生器， 标准湿度发生器 提供准确的湿度源。 提供准确的湿度源。
由于气相湿度的高低受温度、压力、介质的性质、 由于气相湿度的高低受温度 、 压力 、 介质的性质 、 容孔的材质和系统的状况等众多因素的影响， 容孔的材质和系统的状况等众多因素的影响 ， 所 以建立标准湿度发生器和恒湿源决非易事， 以建立标准湿度发生器和恒湿源决非易事 ， 其困 难和复杂的程度甚至大大超过了湿度敏感元件本 身的制作。 身的制作。
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稳态周期性压力源 活塞与缸筒 声谐振器
峰值压力可达70kg／cm2 ／ 峰值压力可达 频率可达到100Hz 频率可达到 活塞缸筒静态压力源
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14.4.2 激波管标定法 激波管标定装置系统
核心部件： 核心部件： 激波管
1一激波管的高压室 2一激波管的低压室 3一激波管的高低压室间的膜版 4一侧面被标定的传感器 5—底面被标定的传感器 底 6、7一各为测速压力传感器 108—测速前置级 测速前置级 9一数字式频率计 10-测压的前置级 11—记压记忆装置 12一气源 13—气压表 14一泄气门 11 记压记忆装置 12一气源 13 气压表 14一泄气门
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14. 3.1 绝对标定法
我国目前的振动计量最高基准是采用激光光波 采用激光光波 长度作为振幅量值的绝对基准。 长度作为振幅量值的绝对基准。 由于激光干涉基准系统复杂昂贵，而且一经安 装调试后就不能移动，因此需要作为二等标准 的测振仪作为传递基准之用。
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14.1 传感器的静态特性标定
14. 14.1.1 静态标准条件 14.1.2 标定仪器设备的精度等级的确定 14. 14. 14.1.3 静态特性标定的方法
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14.1.1 静态标准条件 传感器的静态特性是在静态标准条件下进行 标定的。 标定的。 所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击 所谓静态标准是指没有加速度、振动、 静态标准是指没有加速度 除非这些参数本身就是被测物理量) (除非这些参数本身就是被测物理量)及环境 温度一般为室温(20± 温度一般为室温 (20±5℃) 、 相对湿度不大 85％ 大气压力为1 01× Pa的情况 的情况。 于85％，大气压力为1.01×105 Pa的情况。
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14.3.2 比较标定法
这是一种最常使用的标定方法， 这是一种最常使用的标定方法，即将被标 的测振传感器和标准测振传感器相比较。 的测振传感器和标准测振传感器相比较。 标定时，将被标测振传感器与标准传感器 标定时， 一起安装在标准振动台上。 一起安装在标准振动台上。为了使它们尽 可能地靠近安装以保证感受的振动量相同， 可能地靠近安装以保证感受的振动量相同， 常采用“背靠背”法安装。 常采用“背靠背”法安装。 设标准测振传感器和被标测振传感器在受 到同一振动量时输出分别为E 到同一振动量时输出分别为 E0 和 E ． 已知 标准测振传感器的加速度灵敏度为S 标准测振传感器的加速度灵敏度为 Sk0 ， 则被标测振传感器的加速度灵敏皮Sk Sk为 则被标测振传感器的加速度灵敏皮Sk为:
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测振传感器的标定 测振仪性能的全面标定只是在制造单位或研 究部门进行．在一般使用单位和使用场合， 究部门进行．在一般使用单位和使用场合， 主要是标定其灵敏度、 主要是标定其灵敏度、频率特性和动态线性 范围。 范围。 标定和校准测振仪的方法很多
从计算标准和传递的角度来看，可以分成两类： 从计算标准和传递的角度来看，可以分成两类： 一类是复现振动量值最高基准的绝对法，另一类 一类是复现振动量值最高基准的绝对法， 绝对法 是以绝对法标定的标准测振仪作为二等标准用比 是以绝对法标定的标准测振仪作为二等标准用比 较法标定工作测振仪 标定工作测振仪。 较法标定工作测振仪。 按照标定时所用输入量种类又可分为正弦振动法、 按照标定时所用输入量种类又可分为正弦振动法、 重力加速度法、冲击法和随机振动法等。 重力加速度法、冲击法和随机振动法等。
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14.2 传感器的动态特性标定
传感器的动态标定主要是研究传感器的动 态响应； 态响应； 而与动态响应有关的参数， 而与动态响应有关的参数，一阶传感器只
有一个时间常数τ、二阶传感器则有固有 有一个时间常数τ 频率ωn和阻尼比ζ两个参数; 频率ω 和阻尼比ζ两个参数;
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激波管
当高、 当高、低压室的压力差达到一定程度时膜片 破裂，高压气体迅速膨胀冲入低压室， 破裂，高压气体迅速膨胀冲入低压室，从而 形成激波。这个激波的波阵面压力保持恒定， 形成激波。这个激波的波阵面压力保持恒定， 接近理想的阶跃波v 接近理想的阶跃波 v并以超音速冲向被标定 的传感器。 的传感器。传感器在激波的激励下按固有频 率产生一个衰减振荡。 率产生一个衰减振荡。
第14章 传感器的标定 14章
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简介 14. 14.1 传感器的静态特性标定 14. 14.2 传感器的动态特性标定 14.3 测振传感器的标定 14. 14. 14.4 压力传感器的标定 14. 14.5 湿度传感器的标定及其设备 本章小结
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14.1.2 标定仪器设备的精度等级的确定
对传感器进行标定， 对传感器进行标定，是根据试验数据确定传感器 的各项性能指标， 的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量 精度。 精度。
在标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要 在标定传感器时， 比被标定的传感器的精度高一个等级。这样，通 比被标定的传感器的精度高一个等级。这样， 高一个等级
过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的， 过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的， 所确定的精度才是可信的。 所确定的精度才是可信的。
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14.1.3 静态特性标定的方法
对传感器进行静态特性标定， 对传感器进行静态特性标定 ， 首先 是创造一 个静态标准条件。 个静态标准条件 。 其次 是选择与被标定传感 器的精度要求相适应一定等级的标定用的仪 器设备。 器设备 。 然后 才能开始对传感器进行静态特 性标定。 性标定。
=E·S Sk=E Sk0/E0
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14.4 压力传感器的标定
简介 14. 14.4.1 动态标定压力源 14. 14.4.2 激波管标定法
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介 用来作为动态测量的压力传感器除了按前述 方法进行静态标定外， 方法进行静态标定外，还要进行某种形式的 动态标定。 动态标定。 动态标定要解决两个问题： 动态标定要解决两个问题：
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介 传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。 静态标定 两种
静态标定的目的是确定传感器静态特性指标 ， 静态标定的目的 是确定传感器静态特性指标， 是确定传感器静态特性指标 如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。 动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数 ， 动态标定的目的 是确定传感器的动态特性参数， 是确定传感器的动态特性参数 如频率响应、 时间常数、 固有频率和阻尼比等。 如频率响应 、 时间常数 、 固有频率和阻尼比等 。 有时， 根据需要也要对横向灵敏度、 温度响应、 有时 ， 根据需要也要对横向灵敏度 、 温度响应 、 环境影响等进行标定。 环境影响等进行标定
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相对湿度的标定方法及设备
干湿球法 饱和盐溶液法 双压法 分流法
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干湿球法
1750年 Richman发现 当温度计的温泡上有水时， 发现， 1750 年 ， Richman 发现 ， 当温度计的温泡上有水时 ， 它所指示的温度低于周围空气的温度， 它所指示的温度低于周围空气的温度，这一偶然的 发现引起了人们的注意。经研究， 发现引起了人们的注意。经研究，查明这种致冷现 水蒸发的结果。 象产生的原因是由于水蒸发的结果 象产生的原因是由于水蒸发的结果。 早期的研究者发现，干球和湿球的温度差， 早期的研究者发现，干球和湿球的温度差，即干湿 不仅取决于温度和空气中的水份含量， 差，不仅取决于温度和空气中的水份含量，而且还 和湿球表面空气的疏速有关， 和湿球表面空气的疏速有关，因而被命名为通风干 湿表。 湿表。 1799年 Lesslie利用干湿球法的测湿原理制造了一 1799 年 Lesslie 利用干湿球法的测湿原理制造了一 种湿度计，1836年Manson使这种湿度计商品化 使这种湿度计商品化。 种湿度计，1836年Manson使这种湿度计商品化。
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一阶传感器 一阶传感器的阶跃响应函数为： 一阶传感器的阶跃响应函数为：
yu (t ) = 1 − e
−τ
t
t
1 − yu (t ) = e z=− t
−τ
t
z = ln[1 − yu (t )]
τ
前提： 前提：输入信号为阶跃信号 结论： 结论：τ为z-t直线的斜率
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被标定的传感器输出波形
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湿度传感器的标定及其设备
引言 相对湿度的标定方法及设备 绝对湿度的标定方法及设备
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引 言
湿度敏感元件的感湿特征量与环境气相湿度之间并 不存在固定的定量关系， 不存在固定的定量关系 ， 感湿特征量的测量值也不 可能直接表征环境气相湿度的确切数值。 可能直接表征环境气相湿度的确切数值 。 因此 湿敏 元件必须经过定量标定，方可实用。 方可实用。
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标定过程步骤如下： 标定过程步骤如下：
将传感器全量程(测量范围)分成若干等间距点； 将传感器全量程(测量范围)分成若干等间距点； 根据传感器量程分点情况，由小到大逐点输入标准值 标准值， 根据传感器量程分点情况，由小到大逐点输入标准值， 并记录下相对应的输出值； 并记录下相对应的输出值； 将输入值由大到小逐点减少下来， 将输入值由大到小逐点减少下来，同时记录下与各输入 值相对应的输出值； 值相对应的输出值； 所述过程， 对传感器进行正、 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， 循环多次测试，将得到的输出一输入测试数据用表格列 出或画成曲线; 出或画成曲线; 对测试数据进行必要的处理， 对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定 传感器的线性度、灵敏度、 传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态持性指 标。