传感器的标定与校准

14.2 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。
2 相对误差 实际相对误差： 14-3 标称相对误差 或示值相对误差 14-4 测量误差是对某一次具体测量好坏的评价。
14.1 测量误差基本概念
图14-2求一阶传感器时间常数方法
14.3 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
图14-3 二阶传感器 1 的阶跃响应
14.3 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 或 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。
14.1 测量误差基本概念
例14-2 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： 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
14.1 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。
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
14.3 传感器的动态特性标定
若改写上式为： 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
图14-1 测量仪表的变差
14.1 测量误差基本概念
例14-1 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： 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
14.3 传感器的动态特性标定
图14-4 -M曲线
14.3 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/
14.3 传感器的动态特性标定
14.1.2 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 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 。
14.1 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%
14.1 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℃。
14.1 测量误差基本概念
14.1.1 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 。
14.1 测量误差基本概念
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 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 。
适用于讲座,与校准
第14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。 静态标定—标定静态特性：灵敏度,线性度, 传感器的标定 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。
14.1 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。
14.1 测量误差基本概念
14.2 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 标定数据表 输入压力 MPa 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 输出电压 V 升 1.02 1.40 1.79 2.19 2.56 2.98 3.41 3.78 4.17 4.57 4.98 输出电压 V 降 1.01 1.42 1.81 2.23 2.58 3.05 3.43 3.82 4.20 4.59 5.01 平 均 V 1.02 1.41 1.80 2.21 2.57 3.02 3.42 3.80 4.19 4.58 4.99 升降变差 V 0.01 0.02 0.02 0.04 0.02 0.07 0.02 0.04 0.03 0.02 0.03 绝对误差 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。
14.1 测量误差基本概念
3.精确度 简称精度 仪表误差： 仪表 引用误差： 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 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。
14.1 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。