压力传感器标定与校准

压力传感器检定：

1.静态检定

2.动态检定

我们把压力传感器的特性分成两类静态特性和动态特性。压力传感器静态特性的

主要指标是灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、温度漂移和零点漂移等等。一般

我们校准压力传感器都是校准其静态特性，这是因为我们将压力传感器理想化，认为

其固有频率相当大而且本身无阻尼，这时压力传感器的静态特性和动态特性是一样的。然而在被测压力随时间变化的情况下，压力传感器的输出能否追随输入压力的快速变

化是一个很重要的问题。有的压力传感器尽管其静态特性非常好，但由于不能很好地

追随输入压力的快速变化而导致严重的误差，有时甚至出现高达百分之百的动态误差。所以我们必须要进行压力传感器动态特性的校准，认真分析其动态响应特性。压力传

感器动态特性可以用它的上升时间、固有频率、幅频特性、相频特性等参数来描述。

迟滞e H：正行程与反行程之间的曲线的不重合度；

线性度e L（非线性误差）：输入输出校准曲线（实际）与选定的拟合直线之间的吻合程度；

重复性e R：正行程或反行程曲线多次测量时曲线的一致程度；

置信系数a=2（95.4%）或a=3（99.73%）

贝塞尔公式

线性度、迟滞反映系统误差；重复性反映偶然误差。

误差（三者反应系统总误差）e S：e S=±√e H2+e L2+e R2

或e S=e H+e L+e R

根据检定规程一《压力传感器静态》,在校准精密线性压力传感器时给出的校准曲线有二种最小二乘直线和端点平移线。

动态检定：

1.瞬态激励法（阶跃信号激励）

2.正弦激励法（正弦信号激励）

动态检定指标、参数：频率响应、谐振频率、自振频率、阻尼比、上升时间、建立时间、过冲量、灵敏度。

正弦激励法：正弦压力信号输入法是一种间接的检定方法，即被检定的压力传感器和一个“参考”压力传感器相比较，而“参考”压力传感器具有理想的动态性能。正弦压力激励法在高频、高压时，正弦信号往往严重畸变。因此一般只能用于小压力或低频范围的检定。

图1 正弦压力标定与校准原理

正弦激励法可以采用数字压力表和相位计可以分别测量正弦信号的幅值和相位，测得标准压力传感器测量得到的正弦压力幅值A（等于标准压力传感器响应电压幅值与标准压力传感器幅值灵敏度的乘积）和相位ɵ1 ，以及被检定压力传感器响应正弦信号的幅值B 和相位ɵ2 ，幅值灵敏度=B A，相移=ɵ2 -ɵ1。

瞬态激励法：一般采用瞬变函数激励信号，这时就要用激波管来产生激波；瞬态压力信号输入法利用阶跃波和其它非周期的脉冲信号作输入，目前运用得比较成功的是阶跃波输入法。根据被标定的压力传感器的阶跃响应，再用解析的方法计算其动态特性，此方法不需要动态性能己知的参考压力传感器，所以它是一种直接的标定方法。

激波管动态压力标准采用阶跃压力对压力传感器进行检定，他可以产生上升时间为纳秒级别的阶跃压力。

图2 激波管动态压力传感器检定原理

频率响应：由正弦压力激励下的稳态响应特性，由幅频特性与相频特性组成；幅频特性指正弦压力激励下，输出量与被测量振幅之比与频率的关系；相频特性指输出量与被测量相差随频率变化的关系。

谐振频率：压力传感器具有最大幅值响应时的激励信号的频率。

自振频率（振铃频率）w d：（阶跃信号激励）当被测量为阶跃变化时，在传感器输出

。

中瞬时出现的自由振堂频率。w d =2πN

t

过冲量δ：（阶跃信号激励）对传感器施加节约压力信号激励后，其响应中超出终值部

分的最大值与阶跃响应幅度之比δ=∆u1

ū

图3

阻尼比：实际阻尼系数与临界阻尼系数之比为阻尼比。

上升时间t r：压力传感器被阶跃压力激励时，其响应值从阶跃响应幅度的10%过渡到90%所需的时间（如图1）。

建立时间t s：压力传感器被阶跃压力激励时，其响应从阶跃响应幅度的10%时刻起至与终值只差进入阶跃响应幅度的±5%范围内时刻止所需的时间（如图1）。

图4

灵敏度K s：压力传感器响应变化量与激励变化量之比。K s =ū

；∆P为阶跃压力值。

∆P

图5

延时时间t s：输入阶跃压力作用到传感器到传感器有信号输出时的时间差。

图6

表1为压力传感器计量性能要求：

表2为正弦压力标准的性能指标：

表3为激波管动态压力标准

参考文献：

1.林俊阳.《压力传感器的动态特性测试方法研究》.厦门大学

2.张大有.《激波管在压力传感器动态性能校准和实验上的应用》.宇航计测技术

3.JJG 624-2005 动态压力传感器检定规程

4.张近等.《压力测量系统的激波管动态校准》.传感器技术

5.王刚等.《压力传感器校准和测控系统研究》.四川大学