工程测试技术—第3章6节电阻应变式传感器的标定.ppt

一、传感器标定（检定、校准、定标）的概念一、传感器标定（检定、校准、定标）的概念 当用当用传感器传感器测得一个信号测得一个信号时，这个信号究竟代表时，这个信号究竟代表被测量是多被测量是多大大？这个测量结果可能？这个测量结果可能存在多大的误差存在多大的误差？这两个问题都要通过这两个问题都要通过标定标定来解决。因此，传感器的标定是传来解决。因此，传感器的标定是传感器应用的一个感器应用的一个非常重要非常重要的环节。的环节。在工程应用中，整个在工程应用中，整个标定标定过程要做过程要做三件事情：三件事情：（重要概念）（重要概念）1.用传感器测量一系列用传感器测量一系列已知的被测量已知的被测量 Xi，得到一系列相应的得到一系列相应的输出信号值输出信号值 Yi，由此确定被测量与输出信号的对应关系。这个对由此确定被测量与输出信号的对应关系。这个对应关系通常是用一个函数式（应关系通常是用一个函数式（标定曲线标定曲线）Y=f (X)近似表达。近似表达。2.在应用传感器时，传感器测量某一在应用传感器时，传感器测量某一未知被测量未知被测量XC，得到一个得到一个输出值输出值Y，则需要用则需要用 XC=F(Y)（Y f(X)的反函数），根据输出的反函数），根据输出值确定被测量。值确定被测量。要利用标定曲线要利用标定曲线 Y f(X)确定确定XC=F(Y )。3.要对传感器的要对传感器的测量精度测量精度(测量误差）给出一个定量的测量误差）给出一个定量的结论结论（例如（例如0.5%F.S.)，作为该传感器在应用中作为该传感器在应用中测量精度测量精度的依据。的依据。第六节第六节 电阻应变式传感器的标定电阻应变式传感器的标定 确定传感器的测量误差时，通过用标定时确定传感器的测量误差时，通过用标定时已知的被测量已知的被测量 Xi与与用用 XCF（Y）推算出的推算出的被测量值被测量值 XCi进行比较，取其中差值最进行比较，取其中差值最大者，与标定中被测量的大者，与标定中被测量的测量范围测量范围相比，得到传感器的相比，得到传感器的最大（相最大（相对）测量误差对）测量误差 值。值。二、电阻应变式传感器的标定二、电阻应变式传感器的标定 电阻应变式传感器的标定通过某种方式向传感器施加一系列电阻应变式传感器的标定通过某种方式向传感器施加一系列已知的力，传感器输出一系列的电压信号。已知的力，传感器输出一系列的电压信号。测量传感器输出的电压信号，经过数据处理，确定该传感器的测量传感器输出的电压信号，经过数据处理，确定该传感器的输出特性函数输出特性函数 Vf(P)。1施加力的方法施加力的方法 对力传感器的标定一般在专门的实验室进行，通常用对力传感器的标定一般在专门的实验室进行，通常用测力（试测力（试验）机验）机对力传感器施加力。测力（试验）机主要有三种类型：对力传感器施加力。测力（试验）机主要有三种类型：（1）砝码式（小力值）测力机）砝码式（小力值）测力机砝码式测力机的最大量程为砝码式测力机的最大量程为05吨吨。砝码式测力机的加载精度可达砝码式测力机的加载精度可达0.005%。（2）杠杆式（中等力值）测力机）杠杆式（中等力值）测力机杠杆式测力机的杠杆比杠杆式测力机的杠杆比为为 1:20。杠杆式测力机的最大量杠杆式测力机的最大量程为程为0100吨吨。杠杆式测力机的加载精杠杆式测力机的加载精度可达度可达 0.03%。（3）液压式测力机）液压式测力机 一般用于大力值传感器的标一般用于大力值传感器的标定，用定，用比对式比对式方式确定所施加的方式确定所施加的力值。力值。基准传感器基准传感器标定传感器标定传感器液压缸液压缸 这种测力机的加载精度取决这种测力机的加载精度取决于所用的于所用的基准传感器的精度基准传感器的精度。2.标定的仪器和仪表标定的仪器和仪表 为了保证标定的准确性，标定所用的仪器和仪表都应该具有为了保证标定的准确性，标定所用的仪器和仪表都应该具有很高的精度。很高的精度。（1）直流稳压电源）直流稳压电源 标定时用的直流稳压电标定时用的直流稳压电源应该保证输出电压稳定的源应该保证输出电压稳定的直流电源（电源的直流电源（电源的波纹现象波纹现象要非常小）。要非常小）。（2）高精度数字电压表）高精度数字电压表 标定时最好使用标定时最好使用 7 位位的数字电压表（分辨力为的数字电压表（分辨力为0.1 V）。）。3标定方式标定方式 （1）全量程）全量程加载点加载点不得少于不得少于5点；点；（2）加载）加载重复次数重复次数：A、B级力传感器不得少于级力传感器不得少于5次；次；C、D级力传感器不得少于级力传感器不得少于3次。次。三、标定数据处理三、标定数据处理 1.标定数据表标定数据表 某某2kg2kg称重传感器标定输出信号称重传感器标定输出信号 （mVmV）载荷载荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000 根据标定过程中记录的数据，整理得到标定数据表。表格的根据标定过程中记录的数据，整理得到标定数据表。表格的格式设计格式设计很重要，要很重要，要便于便于以后的以后的数据处理数据处理。2.确定标定输出拟合直线确定标定输出拟合直线 对于电阻应变式传感器来说，一般对标定对于电阻应变式传感器来说，一般对标定输出特性曲线输出特性曲线用一用一条条直线直线来拟合。目前，传感器标定时通常采用来拟合。目前，传感器标定时通常采用端基法端基法确定输出特确定输出特性直线。性直线。端基法端基法确定传感器输出特性直线，是用标定输出曲线的确定传感器输出特性直线，是用标定输出曲线的两个两个端点端点连成一条直线，用这条直线来代表标定输出曲线。连成一条直线，用这条直线来代表标定输出曲线。0VmVPPm端基法端基法直线直线的的方程方程 （Y=f (X)）VK1P式中式中 Pm最大标定载荷；最大标定载荷；Vma最大输出电压的平均值。最大输出电压的平均值。根据端基法直线，可以确定传感根据端基法直线，可以确定传感器器应用应用时的关系式（时的关系式（XC=F(Y )）3.标定结果标定结果（结论）（结论）对电阻应变式传感器标定的结果，一般至少要给出对电阻应变式传感器标定的结果，一般至少要给出五个五个结论：结论：（1）线性度）线性度 线性度一般用线性度一般用最大线性误差最大线性误差与与满量程输出值满量程输出值的的比值比值来表示：来表示：最大线性误差最大线性误差 Lm通过观通过观察标定数据的察标定数据的平均值平均值与与端基法端基法直线直线的最大偏差来确定。的最大偏差来确定。载荷载荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000平均值平均值0.0005.292710.58415.874321.16415.87410.5835.29030.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 由表中的数据可以看出，最大线性误差出现在由表中的数据可以看出，最大线性误差出现在第三次加载第三次加载过过程中的程中的 1.0 kg（加载）时。因此，该传感器的加载）时。因此，该传感器的线性度线性度为为 （2）重复度）重复度 重复度重复度用同一被测量值所对应的多次测量得到一组输出量值用同一被测量值所对应的多次测量得到一组输出量值相互偏离的相互偏离的差值的最大值差值的最大值 Rm与与满量程输出值满量程输出值之比来表示之比来表示。重复度重复度yFS Rm100 输出量值相互偏离的输出量值相互偏离的差值的最大值差值的最大值 Rm由标定数据表中确定。由标定数据表中确定。载荷载荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 （3）回程误差（滞后误差）回程误差（滞后误差）式中式中 h=y20y10 加载加载与与卸载卸载的最大的最大输出差值输出差值 h 由标定数据表中确定。由标定数据表中确定。载荷载荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 （4）输出灵敏度）输出灵敏度 输出灵敏度输出灵敏度用于用于供桥电压供桥电压与标定时与标定时有差别有差别或或六线制六线制补偿情况。补偿情况。载荷载荷(kg)00.5 1.01.52.01.51.00.50第一次第一次0.0005.29310.58315.87421.16315.87310.5825.2900.000第二次第二次0.0005.29210.58415.87421.16415.87410.5835.2910.000第三次第三次0.0005.29310.58615.87521.16515.87510.5845.2900.000Vf(P)0.0005.29110.58215.87321.16415.87310.5825.2910.000 由表中的数据可以看出，最大测量误差出现在由表中的数据可以看出，最大测量误差出现在第三次加载第三次加载过过程中的程中的 1.0 kg（加载）时。因此，该传感器的加载）时。因此，该传感器的最大测量误差最大测量误差为为 （5）最大测量误差）最大测量误差 该传感器的主要该传感器的主要输出特性指标输出特性指标如下：如下：线性度线性度 0.0095%F.S.重复度重复度 0.014%F.S.（最为重要！）最为重要！）回程误差回程误差 0.014%F.S.最大测量误差最大测量误差 0.019%F.S.（很重要！）很重要！）输出灵敏度输出灵敏度 2.12 mV/V 对传感器进行标定以后，需要给出对传感器进行标定以后，需要给出标定结果报告标定结果报告，其中至少，其中至少包括：包括：传感器标定数据表传感器标定数据表 传感器主要输出特性传感器主要输出特性 标定时所用仪表的情况标定时所用仪表的情况