传感器的标定与校准

图4-8 压力标定曲线
12.4 压力传感器的标定和校准
●杠杆式测力计标定装置，如图14-9所示，砝码重量与
压力的关系 W=pSb/a p=Wa/Sb
图14-9 杠杆式压力标定机示意图
12.4 压力传感器的标定和校准
●弹簧式测力计标定装置，如 图14-10所示， p=F/S 式中，F—测力计检定表所测得的 传感器所受的力；S—传感器的受 力面积。
12.1 测量误差基本概念
2.测量范围和量程
测量范围: 指“测量仪器的误差处在规定极限内的一组 被测量的值”。 量程: 指测量范围的上限值和下限值的代数差。 例如：测量范围为0~100℃时，量程为100℃；
测量范围为20~100℃时，量程为80℃；
测量范围为20~100℃时，量程为120℃。
12.1 测量误差基本概念
12.2 传感器的静态特性标定
例14-1 0~2MPa压力传感器的标定（输出电压1~5V；1.5 级)，K=2V/MPa
输入压力(MPa) 输出电压(V) 升 输出电压(V) 降 平 均（V） 升降变差（V） 绝对误差 (V) 0.00 1.02 1.01 1.02 0.01 0.02 0.20 1.40 1.42 1.41 0.02 0.01 标定数据表 0.40 0.60 0.80 1.00 1.79 2.19 2.56 2.98 1.81 2.23 2.58 3.05 1.80 2.21 2.57 3.02 0.02 0.04 0.02 0.07 0.00 0.01 -0.03 0.02 1.20 3.41 3.43 3.42 0.02 0.02 1.40 3.78 3.82 3.80 0.04 0.00 1.60 1.80 2.00 4.17 4.57 4.98 4.20 4.59 5.01 4.19 4.58 4.99 0.03 0.02 0.03 -0.01 -0.02 -0.01
图14-5 由幅频特性求一阶 传感器时间常数
14-6 由幅频特性求欠阻尼 二阶除按感情的和0
12.4 压力传感器的标定和校准
12.4.1 静态标定和校准
静态标定装置：标准活塞压力计，杠杆式测力计和弹簧 式测力计。 ●标准活塞压力计标定装置，如图14-7所示；压力标定 曲线如图14-8所示。
图14-7 活塞压力计标定压力示意图
必须注意，仪表的变差不能超出仪 表的允许误差（或基本误差）。
图14-1 测量仪表的变差
12.1 测量误差基本概念
例12-1 某压力传感器的测量范围为0~10MPa，校验该传感 器时得到的最大绝对误差为0.08MPa，试确定该传感器的精 度等级。 解：该传感器的精度为：
max
max 0.08 100 ％ 100% 0.8% 量程 10 0
ti n ti
n 1 2
将ti和ti+n代入欠阻尼二阶传感器的阶跃响应式，得
Mi ent 2n ln ln Mi n n ti 2n / n 1 2 1 2 e
n2 n 2 4 2 n 2
12.1 测量误差基本概念
测量误差的分类：
根据引起误差的原因和误差的性质，测量误差可分为 三类： 系统误差，具有确定性，决定测量的准确度，可以进 行修正； 随机误差，具有偶然性，决定测量的精密度，利用误 差理论进行处理； 粗大误差，是错误，应剔除。
12.1 测量误差基本概念
（2）相对误差
实际相对误差：
1 ln M
测得M，由上式或图14-4，可求阻尼比；由标定测得 的tp ，得fd d n。
12.3 传感器的动态特性标定
图14-4 -M曲线
12.3 传感器的动态特性标定
若衰减振荡缓慢，过程较长，可测Mi和Mi+n来求，n为两 峰值相隔的周期数。设Mi对应的时间为ti，则Mi+n对应的 时间为 2 n
12.1 测量误差基本概念
2. 测量误差
检测仪表获得的测量值与被测变量的真实值之间存在一定 的差异，这一差异称为测量误差。 误差公理—实验结果都具有误差，误差自始至终存在于 一切科学实验的过程之中。 测量误差有绝对误差和相对误差之分。 （1）绝对误差 绝对误差在理论上是指测量值x与被测量的真值xi之间的 差值，即 =xxi=xx0 (真值xi一般用相对真值x0代替） 绝对误差是可正可负的，而不是误差的绝对值；绝对误 差还有量纲，它的单位与被测量的单位相同。
12.2 传感器的静态特性标定
1.静态标定条件
（205）℃；≤85%RH；（76060）mm汞柱
2.标定仪器设备（标准量具）精度等级的确定
●标准量具的精度等级比被标定传感器至少高一个等级； ●附加设备又必须比标准量具至少高一个等级。
3.静态特性标定方法——比较法
●创造一个静态标准条件； ●选择标准量具； ●标定步骤： 全量程等间隔分点标定； 正、反行程往复循环一定次数逐点标定（输入标准量，测试 传感器相应的输出量）； 列出传感器输出-输入数据表格或绘制输出-输入特性曲线； 数据处理获取相应的静态特指标。
m=0.03 V, 最大升降变差0.07V，所以 max=nm= 0.07/(5-1)100%=0.07/4 100%=1.75% 根据标定数据，该表只能定为2.5级。
12.3 传感器的动态特性标定
●动态标定 研究动态响应 确定动态响应参数 ●动态标定信号：阶跃信号或正弦信号 一、一阶传感器的动态标定 确定时间常数 一阶传感器的单位阶跃响应（如图1-15） y(t)=1et/
实
100% xi
（14-3）
标称相对误差（或示值相对误差）
标
100% x0
（14-4）
测量误差是对某一次具体测量好坏的评价。
12.1 测量误差基本概念
12.1.2 仪表误差
1 .仪表误差术语 ①测量仪表的示值误差 =仪表示值x-真实值xi =xx0(xi用约定真值x0来代替 ) 相对示值误差 相对 100% x0 ②测量仪表的最大允许误差 定义是“对给定的测量仪 表，规范、规程等所允许的误差极限值”。有时也称为测 量仪表的允许误差限，或简称允许误差（允）。
图14-3 二阶传感器(1)的阶跃响应
12.3 传感器的动态特性标定
y(t)以d= n√1–2作衰减振荡，按求极值的方法可得 各振荡峰值对应的时间tp=0，/d，2/d，……，将 t=/d代入y(t)的表达式，可得最大过冲量M
M e
或

Hale Waihona Puke 1 21 2
12.3 传感器的动态特性标定
一阶传感器的单位阶跃响应（如图1-15） y(t)=1et/ 时间常数表示传感器在阶跃信号作用下，其响应的输 出值达到最终稳定值的63.5%所经过的时间。只用到一个 实验数据。
图1-15 一阶传感器的阶跃响应 (a)单位阶跃信号；(b)一阶传感器阶跃响应曲线
12.3 传感器的动态特性标定
3.精确度（简称精度）
仪表误差： （仪表）引用误差：
引
100% 仪表量程
仪表的准确度用仪表的最大引用误差max（即仪表的最大 允许误差允）来表示，即
max
max 100% 量程
式中，max—仪表在测量范围内的最大绝对误差； 仪表误差整体上评价仪表在其测量范围内测量的好坏。
max
max 7 100% 100% 0.7% 量程 1000 0
此精度介于0.5级和1.0级之间，若选择精度等级为1.0级的传 感器，其允许最大绝对误差为10℃，这就超过了工艺要求的 允许误差，故应选择0.5级的精度才能满足工艺要求。 根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的精度等级值应 不大于工艺要求所计算的精度值
3．仪表变差（升降变差）
升降变差（又称回程误差或示值变差），是指在相同条件 下，使用同一仪表对某一参数进行正、反行程测量时，对应于 同一测量值所得的仪表示值不等，正、反行程示值之差的绝对 值称为升降变差，即
（升降）变差＝正行程示值反行程示值
仪表变差也用最大引用误差表示，即
变差 正行程测量值 反行程测量值max 量程 100%
1y(t)= et/=ez， z=ln1y(t) （14-1） 其中，z= t/，z与t线性。 作z~t曲线，其斜率t/z= ，由此确定时间常数考虑了传感器 瞬态响应的全过程。如图14-2所示。图14-3 而阶传感器(1)的阶 跃响应 若改写上式为：
图14-2求一阶传感器时间常数方法
第12章 传感器的标定与校准
传感器的标定与校准：通过试验，建立传感器的输出-输 入特性及其误差关系。 传感器的标定与校准方法：标准设备产生已知非电量— 输入量，测试被标定传感器相应的输出量，并与输入量比较， 作出标定图表。 传感器的标定系统：被测非电量的标准发生器与标准测 试系统；待标传感器与配接的信号调理和显示、记录器等。 传感器的标定
由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该传感器的 精度又超过了0.5级仪表的允许误差，所以，这只传感器的精 度等级应定为1.0级。 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的精度等级 值应选不小于由校验结果所计算的精度值
12.1 测量误差基本概念
例12-2 某测温传感器的测量范围为0~1000℃，根据工艺要 求，温度指示值的误差不允许超过7℃，试问应如何选择传感 器的精度等级才能满足以上要求? 解：根据工艺要求，传感器的精度应满足：
静态标定—标定静态特性：灵敏度，线性度， 精度…； 动态标定—动态特性参数（；n，）测试； 动态标定信号：阶跃信号或正弦信号。
传感器的标定与校准的目的:保正测量的准确、统一和法 制性。
12.1 测量误差基本概念
12.1.1 测量与测量误差
1.测量 “测量是以确定量值为目的的一种操作”。这种“操作” 就是测量中的比较过程——将被测参数与其相应的测量单 位进行比较的过程。实现比较的工具就是测量仪器仪表 （简称仪表）。 检测是意义更为广泛的测量，它包含测量和检验的双 重含义。工程参数检测就是用专门的技术工具（仪表）， 依靠能量的变换、实验和计算找到被测量的值。一个完整 检测过程应包括： 信息的获取—传感器(一次仪表)； 信号的调理—变送器(二次仪表) ； 信号的显示与记录—显示、记录仪(二次仪表) 。
12.1 测量误差基本概念
仪表精度等级a（去掉仪表误差的“”号和“%”）
a=0.005，0.01，0.02，0.05；0.1， 0.2， ( 0.4)，0.5； Ⅰ级标准表 Ⅱ级标准表 1.0，1.5， 2.5，(4.0)；等 工业用表
仪表的基本误差： max=仪表量程a%
12.1 测量误差基本概念
12.3 传感器的动态特性标定
二、二阶传感器的动态标定 确定传感器的阻尼比和固有频率n 。 欠阻尼二阶传感器的阶跃响应（如图14-3） n t 1 2 e y (t ) k 1 sin d t arctan 2 1

整理后得
式中
n ln
Mi Min
12.3 传感器的动态特性标定
当 0.1时，√1–2 1，则

lnM i / M i n 2n
也可以利用正弦信号输入，测定传感器输出与输入的幅值比和相位差来确定
传感器的幅频特性和相频特性，然后根据幅频特性分别按图14-5和14-6来 求一阶传感器的时间常数和欠阻尼二阶传感器的阻尼比和固有频率n。
12.1 测量误差基本概念
③测量仪表的固有误差 常称为测量仪表的基本误差。 定义是“在参考条件下确定的测量仪表的误差”。此参考 条 件也称为标准条件，是指为测量仪表的性能试验或为测量 结果的相互比较而规定的使用条件，一般包括作用于测量 仪表的各影响量的参考值或参考范围。 ④附加误差 附加误差是指测量仪表在非标准条件时所 增加的误差，它是由于影响量存在和变化而引起的，如温 度附加误差、压力附加误差等等。