第16章传感器的标定.ppt

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1、传感器原理与应用传感器原理与应用第第16章章 传感器的标定传感器的标定第第16章章 传感器的标定传感器的标定 所所谓谓传传感感器器的的标标定定，是是指指通通过过试试验验建建立立传传感感器器输输出出与与输输入入之之间间的的关关系系并并确确定定不不同同使使用用条条件件下下的误差这样一个过程。的误差这样一个过程。一一般般来来说说，对对传传感感器器进进行行标标定定时时，必必须须以以国国家家和和地地方方计计量量部部门门的的有有关关检检定定规规程程为为依依据据，选选择择正正确确的的标标定定条条件件和和适适当当的的仪仪器器设设备备，并并按按照照一一定定的程序进行。的程序进行。第第16章章 传感器的标定传感器

2、的标定16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.3 用实验确定传感器的动态参数用实验确定传感器的动态参数16.4 传感器的动态标定传感器的动态标定16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 1.传感器标定的意义传感器标定的意义 (1)是是设设计计、制制造造和和使使用用传传感感器器的的一一个个重重要要环环节节。任任何何传传感感器器制制造造、装装配配完完毕毕，都都必必须须对对设设计指标进行标定试验，以保证量值的准确传递。计指标进行标定试验，以保证量值的准确传递。(2)对对新新研研制制的的传传感感器器，须须进进行行标标定定试试验验，才才能能用用标标定定

3、数数据据进进行行量量值值传传递递，而而标标定定数数据据又又可可作为改进传感器设计的重要依据。作为改进传感器设计的重要依据。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 (3)传传感感器器使使用用、存存储储一一段段时时间间后后，也也必必须须对对其其主主要要技技术术指指标标进进行行复复测测，称称为为校校准准(校校准准和和标标定定本质上是一样的本质上是一样的)，以确保其性能指标达到要求。，以确保其性能指标达到要求。(4)对对出出现现故故障障的的传传感感器器，若若经经修修理理还还可可继继续续使使用用，修修理理后后也也必必须须再再次次进进行行标标定定试试验验，因因为为它它的某些指标可能发生了变化。的某些指

4、标可能发生了变化。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义万能拉力试验机万能拉力试验机如图所示如图所示。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 2.传感器标定的基本方法传感器标定的基本方法 将将已已知知的的被被测测量量作作为为待待标标定定传传感感器器的的输输入入，同同时时用用输输出出量量测测量量环环节节将将待待标标定定传传感感器器的的输输出出信信号号测测量量并并显显示示出出来来(待待标标定定传传感感器器本本身身包包括括后后续续测测量量电电路路和和显显示示部部分分时时，标标定定系系统统也也可可不不要要输输出出量量测测量量环环节节)；对对所所获获得得的的传传感感器器输输入入量量和和输输出出量

5、量进进行行处处理理和和比比较较，从从而而得得到到一一系系列列表表征征两两者者对对应应关关系的标定曲线，进而得到传感器的性能指标。系的标定曲线，进而得到传感器的性能指标。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 3.传感器标定的分类传感器标定的分类 (1)根据标定时所用的设备进行分类根据标定时所用的设备进行分类 绝绝对对标标定定法法。被被测测量量是是由由高高精精度度的的设设备备产产生生并测量其大小的。特点：精度较高，但较复杂。并测量其大小的。特点：精度较高，但较复杂。相相对对标标定定法法或或比比对对标标定定法法。被被测测量量是是用用根根据据绝绝对对标标定定法法标标定定好好的的标标准准传传感感器

6、器来来测测量量的的。特特点点：简单易行，但标定精度较低。简单易行，但标定精度较低。标定装置标准传感器待标定传感器输出量显示输出量测量16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 (2)根据标定的内容分类根据标定的内容分类 静静态态标标定定。确确定定传传感感器器的的静静态态指指标标，主主要要有线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。有线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。动动态态标标定定。确确定定传传感感器器的的动动态态指指标标，主主要要有时间常数、谐振频率和阻尼比等。有时间常数、谐振频率和阻尼比等。有有时时根根据据需需要要也也对对非非测测量量方方向向(因因素素)的的灵灵敏敏度、温度响应、环境影响等进行标定。度

7、、温度响应、环境影响等进行标定。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 以压电加速度传感器为例以压电加速度传感器为例 工工作作特特性性标标定定项项目目包包括括：参参考考灵灵敏敏度度、幅幅频频响响应应、相相频频响响应应、安安装装谐谐振振频频率率、幅幅值值线线性度、年稳定性、横向灵敏度比、电阻抗等。性度、年稳定性、横向灵敏度比、电阻抗等。环环境境特特性性标标定定项项目目包包括括：温温度度响响应应、瞬瞬变变温温度度灵灵敏敏度度、气气密密性性、基基座座主主应应变变灵灵敏敏度度、声声灵灵敏敏度度、磁磁灵灵敏敏度度、安安装装力力矩矩灵灵敏敏度度、极极限限加速度等。加速度等。16.1 传感器标定的意义传

8、感器标定的意义 物物理理、几几何何参参数数的的测测试试包包括括：重重量量、极极性性、电电缆缆特特性性、接接插插件件型型号号、安安装装螺螺纹纹、外外形形尺寸、结构形式等。尺寸、结构形式等。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 对对传传感感器器进进行行标标定定的的目目的的是是，依依据据试试验验数数据据确确定定传传感感器器的的各各项项性性能能指指标标，亦亦即即确确定定传传感感器器的的测测量量精精度度。传传感感器器制制造造出出来来之之后后，自自身身的的测测量量精精度度就就客客观观确确定定了了。但但标标定定结结果果可可能能因因所所用用的的标标定定装装置置或或标标定定数数据据处处理理方方法法不不同同

9、而而出出现现差差异异。一一个个高高精精度度的的传传感感器器，如如果果标标定定方方法法不不当当，则则很很可可能能在在实实测测中中产产生生较较大大的的误误差差；反反之之，一一个个精精度度不不太太高高的的传传感感器器，如如果果标标定定方方法法得得当当，反反而而可可能能在在实实测中产生较小的误差。测中产生较小的误差。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 提提高高标标定定设设备备、指指示示仪仪器器的的精精度度有有助助于于提提高高标标定定精精度度。按按有有关关规规定定，标标定定设设备备、指指示示仪仪器器的的精精度度都都有有最最低低要要求求。在在此此规规定定上上，标标定定设设备备和和指指示仪器的精度越

10、高，标定的精度也越高。示仪器的精度越高，标定的精度也越高。数数据据处处理理的的方方法法很很多多，不不同同方方法法精精度度不不同同，因此，提高对标定数据处理的精度也很重要。因此，提高对标定数据处理的精度也很重要。16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义 还还应应注注意意减减小小环环境境变变化化引引起起的的误误差差。传传感感器器一一般般由由制制造造厂厂在在实实验验室室内内按按规规定定条条件件进进行行标标定定。但但在在实实验验室室内内不不可可能能模模拟拟各各种种使使用用状状态态。使使用用状状态态改改变变引引起起测测试试数数据据变变化化时时，将将会会给给测测量量带带来来明明显显的的误误差差。为为此此

11、，设设计计传传感感器器时时就就应应考考虑虑这这一一因因素素的的影影响响。某某些些环环境境条条件件对对传传感感器器输输出出的的影影响响不不可可消消除除时时，可可在在特特定定条条件件下下标标定定，并并给给出出在在不不同同条条件件下下标标定定值值的的修修正正系系数数或或修修正正公公式式。若若能能在在测测量现场进行标定，则效果更好。量现场进行标定，则效果更好。第第16章章 传感器的标定传感器的标定16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.3 用实验确定传感器的动态参数用实验确定传感器的动态参数16.4 传感器的动态标定传感器的动态标定16.2 传感器的静

12、态标定传感器的静态标定16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条件与仪器精度16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置16.2.4 传感器静态标定举例传感器静态标定举例16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条件与仪器精度 1.传感器静态标定的条件传感器静态标定的条件 静静态态标标定定是是在在静静态态标标准准条条件件下下进进行行的的。静静态态标标准准条条件件是是指指无无加加速速度度、振振动动与与冲冲击击(除除非非这这些些参参数数本本身身就就是是被被测测物物理理量量)，环环境境温温度度一一般般为为室室温温(205)，相相对对湿

13、湿度度不不大大于于85%，大大气气压压力力为为101.327.999 kPa。16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条件与仪器精度 2.标准器具精度的选择标准器具精度的选择 为为保保证证标标定定精精度度，必必须须选选择择与与被被标标定定传传感感器器精精度度要要求求相相适适应应的的一一定定等等级级的的标标准准器器具具(一一般般所所用用测测量量仪仪器器和和设设备备的的精精度度至至少少要要比比被被标标定定传传感感器器的的精精度度高高一一个个量量级级)，它它应应符符合合国国家家计计量量量量值值传传递的规定，或经计量部门检定合格。递的规定，或经计量部门检定合格。16.2 传感器的静态标定传感器

14、的静态标定16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条件与仪器精度16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置16.2.4 传感器静态标定举例传感器静态标定举例16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤 静态标定须遵循一定的程序，其过程步骤为静态标定须遵循一定的程序，其过程步骤为 将将传传感感器器全全量量程程(测测量量范范围围)分分成成若若干干等等间间距点。距点。根根据据传传感感器器量量程程分分点点情情况况，由由小小到到大大逐逐渐渐一一点点一一点点地地输输入入标标准准量量值值，并并记记录录与与各各输输入入值值对对应的输出值。应的

15、输出值。将将输输入入值值由由大大到到小小一一点点一一点点地地减减下下来来，同同时记录与各输入值对应的输出值。时记录与各输入值对应的输出值。16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤 按按、所所述述过过程程，对对传传感感器器进进行行正正、反反行行程程往往复复循循环环多多次次测测试试(一一般般为为3 10次次)，将将得得到的输出输入测试数据用表格列出或绘成曲线。到的输出输入测试数据用表格列出或绘成曲线。对对测测试试数数据据进进行行必必要要的的处处理理，根根据据处处理理结结果果确确定定传传感感器器的的线线性性度度、灵灵敏敏度度、迟迟滞滞和和重重复复性性等静态特性指标。等静态特性指标。16.2

16、 传感器的静态标定传感器的静态标定16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条件与仪器精度16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置16.2.4 传感器静态标定举例传感器静态标定举例16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置 1.力标定装置力标定装置 图图示示是是一一种种杠杠杆杆式式测测力力机机原原理理，这这是是一一种种直直接加测力砝码的标定装置。接加测力砝码的标定装置。1支支架架；2传传感感器器；3杠杆；杠杆；4砝码砝码16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置 2.压力标定装置压力标定装置 常常用用压压力力标标定定装装置置

17、有有：活活塞塞压压力力计计(用用作作从从10 Pa到到几几千千MPa的的压压力力标标定定设设备备)；杠杠杆杆式式压压力力标标定定机机；弹弹簧簧测测力力计计式式压压力力标标定定机机；水水银银压压力力计计(用用作作从从10 Pa到到几几千千MPa的的压压力力标标定定设设备备)；麦麦式式真真空空计计(在在133.332105133.332 10 Pa范围内范围内用来用来产生标准压力产生标准压力)。16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置 杠杠杆杆式式压压力力标标定定机机如如图图所所示示。标标定定时时，加加上上所所需需砝砝码码后后，把把凸凸轮轮放放倒倒，使使传传感感器器突突然然受受到到力力的的作

18、作用用。一一次次标标定定必必须须在在短短时时间间内内完完成成，约数秒钟。约数秒钟。1传传感感器器；2支支柱柱；3杠杠杆杆；4凸轮；凸轮；5砝码砝码16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置 3.位移标定设备位移标定设备 位位移移标标定定设设备备主主要要是是各各种种长长度度的的计计量量器器具具。包包括括：各各种种直直尺尺；深深度度尺尺；深深度度千千分分尺尺；量块；量块；塞规；塞规；专门制造的标准样柱等。专门制造的标准样柱等。其其中中，量量块块的的精精度度最最高高，使使用用方方便便，标标定定范范围广。围广。16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置 4.温度标定设备温度标定设备 低低温温至

19、至630.74 主主要要用用铂铂电电阻阻温温度度计计，630.741064 用用铂铂铑铑-铂铂热热电电偶偶，1064 以以上则用光学高温计。上则用光学高温计。16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置 5.应变标定设备应变标定设备 一一般般是是用用加加载载后后能能产产生生均均匀匀、准准确确的的一一维维应应力力的的装装置置，常常用用泊泊松松比比为为0.285的的合合金金钢钢制制作作的的等等弯弯矩矩梁梁或或等等强强度度悬悬臂臂梁梁来来实实现现。梁梁的的应应变常用挠度计转换后测得。变常用挠度计转换后测得。16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条

20、件与仪器精度16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置16.2.4 传感器静态标定举例传感器静态标定举例16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.2.1 静态标定的条件与仪器精度静态标定的条件与仪器精度16.2.2 静态标定的过程步骤静态标定的过程步骤16.2.3 常用静态标定装置常用静态标定装置16.2.4 传感器静态标定举例传感器静态标定举例第第16章章 传感器的标定传感器的标定16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.3 用实验确定传感器的动态参数用实验确定传感器的动态参数16.4

21、 传感器的动态标定传感器的动态标定16.3 用用实验确定传感器的动态参数实验确定传感器的动态参数 与与动动态态响响应应有有关关的的参参数数，一一阶阶传传感感器器只只有有一一个个时时间间常常数数t t，二二阶阶传传感感器器则则有有谐谐振振频频率率w w0和和阻阻尼尼比比x x两两个个参参数数。通通过过实实验验确确定定这这些些参参数数的的方方法法很很多多，如如通通过过测测量量传传感感器器的的阶阶跃跃响响应应、正正弦弦响响应应、线线性性输输入入响响应应、白白噪噪声声，及及机机械械振振动动法法等等。其其中中最最常常用的是测量传感器的阶跃响应。用的是测量传感器的阶跃响应。16.3 用用实验确定传感器的动

22、态参数实验确定传感器的动态参数16.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比 的方法的方法16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法16.3.4 确定高阶传感器动态参数的方法确定高阶传感器动态参数的方法16.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法 对对一一阶阶传传感感器器，测测得得阶阶跃跃响响应应后后，输输出出值值达达到到稳稳态态值值的的63.2%所所经经历历的的时时间间即即为为它它的的时时间间常常数数。但但这这样样确确

23、定定时时间间常常数数没没有有涉涉及及响响应应的的全全过过程程，测测量量结结果果的的可可靠靠性性仅仅取取决决于于某某些些个个别别的的瞬瞬时时值值。为为获获得得更更可可靠靠的结果常采用下面的方法。的结果常采用下面的方法。16.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法 一阶传感器的阶跃响应为一阶传感器的阶跃响应为令令zt/t t，上式可改写为，上式可改写为 依依据据测测得得的的y(t)由由上上式式可可求求出出对对应应的的z，作作出出z-t曲曲线线，则则应应得得到到线线性性关关系系，根根据据t tD Dt/D Dz可可确定时间常数。确定时间常数。如下图所示如下图所示。1

24、6.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法 这这种种方方法法考考虑虑了了瞬瞬态态响响应应的的全全过过程程，具具有有较较高高的的可可靠靠性性。另另外外，还还可可根根据据z-t曲曲线线与与直直线线的的符符合程度判断传感器与一阶传感器的符合程度。合程度判断传感器与一阶传感器的符合程度。16.3 用用实验确定传感器的动态参数实验确定传感器的动态参数16.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比 的方法的方法16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感

25、器动态参数的其他方法16.3.4 确定高阶传感器动态参数的方法确定高阶传感器动态参数的方法16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比的方法与阻尼比的方法 二二阶阶传传感感器器一一般般都都设设计计成成阻阻尼尼比比x x0.7 0.8的的欠欠阻阻尼尼系系统统。输输入入阶阶跃跃信信号号时时，典典型型的的欠欠阻阻尼尼二二阶阶传传感感器器的的瞬瞬态态响响应应是是以以角角频频率率w wd作作衰衰减减振振荡荡的的，如如图所示图所示。角频率。角频率w wd为为16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比的方法与阻尼比的方法于是可将于是可将式式(1.

26、56)改写为改写为16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比的方法与阻尼比的方法 按按照照求求极极值值的的通通用用方方法法，可可求求得得各各振振荡荡峰峰值值所所对对应应的的时时间间为为tkkp p/w wd(k0,1,2,)。将将到到达达第第一一个个极极大大值值所所用用的的时时间间tmp p/w wd代入式代入式(16.11)得得16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比的方法与阻尼比的方法 所以，测出过调量所以，测出过调量s s，即可得阻尼比，即可得阻尼比x x为为由由tmp p/w wd可得可得16.3.2 实验确定二阶传感器

27、谐振频率实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比的方法与阻尼比的方法 若若测测得得阶阶跃跃响响应应的的较较长长变变化化过过程程，则则可可获得可靠性更高的谐振频率和阻尼比。获得可靠性更高的谐振频率和阻尼比。16.3 用用实验确定传感器的动态参数实验确定传感器的动态参数16.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比 的方法的方法16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法16.3.4 确定高阶传感器动态参数的方法确定高阶传感器动态参数的方法 1.正弦信号响应法正弦信

28、号响应法 测量传感器正弦稳态响应的幅值和相角，然测量传感器正弦稳态响应的幅值和相角，然后得到稳态正弦输出信号与输入信号的幅值比和后得到稳态正弦输出信号与输入信号的幅值比和相位差。逐渐改变输入正弦信号的频率，重复前相位差。逐渐改变输入正弦信号的频率，重复前述过程，即可得到幅频和相频特性曲线。由幅频述过程，即可得到幅频和相频特性曲线。由幅频和相频特性曲线可确定传感器的动态特性参数。和相频特性曲线可确定传感器的动态特性参数。16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法 (1)一一阶阶传传感感器器时时间间常常数数的的确确定定 将将一一阶阶传传感感器器的的频频率率特特性性曲曲线

29、线绘绘成成伯伯德德图图，则则其其对对数数幅幅频频特特性性曲曲线线下下降降3 dB处处所所对对应应的的角角频频率率为为w w1/t t，由此可确定由此可确定t t。这是因为。这是因为当当w w1/t t 时，时，A(w w)下降下降3 dB。16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法 (2)二二阶阶传传感感器器时时间间常常数数的的确确定定 在在欠欠阻阻尼尼情情况况下下，由由幅幅频频特特性性曲曲线线可可测测得得共共振振时时的的增增益益A(w wr)和共振角频率和共振角频率w wr。16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法 根据根据令令得得1

30、6.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法将将w wr代入代入A(w w)的表达式得的表达式得16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法即可确定即可确定x x 和和w w0。虽虽然然理理论论上上也也可可通通过过传传感感器器相相频频特特性性曲曲线线确确定定x x和和w w0，但但是是一一般般难难以以测测得得准准确确的的相相角角，所所以以很少这样做。很少这样做。2.随机信号法随机信号法 3.冲击信号法冲击信号法16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法16.3 用用实验确定传感器的动态参数实验确定传感器的动态参数16

31、.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比 的方法的方法16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法16.3.4 确定高阶传感器动态参数的方法确定高阶传感器动态参数的方法16.3.4 确定高阶传感器动态参数的方法确定高阶传感器动态参数的方法 如如果果传传感感器器属属三三阶阶或或三三阶阶以以上上的的系系统统，则则需需分分别别求求出出传传感感器器输输入入和和输输出出的的拉拉氏氏变变换换，或或通通过过其其他他方方法法确确定定传传感感器器的的传传递递函函数数；再再

32、进进行行因因式式分分解解，将将传传感感器器等等效效成成多多个个一一阶阶和和二二阶阶环环节节的的串串并并联联，进进而而分分别别确确定定它它们们的的动动态态特特性性，最最后后以以其其中中最差的作为传感器的动态特性标定结果。最差的作为传感器的动态特性标定结果。16.3 用用实验确定传感器的动态参数实验确定传感器的动态参数16.3.1 实验确定一阶传感器时间常数的方法实验确定一阶传感器时间常数的方法16.3.2 实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比实验确定二阶传感器谐振频率与阻尼比 的方法的方法16.3.3 确定传感器动态参数的其他方法确定传感器动态参数的其他方法16.3.4 确定高阶传感器动态参数的方

33、法确定高阶传感器动态参数的方法第第16章章 传感器的标定传感器的标定16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.3 用实验确定传感器的动态参数用实验确定传感器的动态参数16.4 传感器的动态标定传感器的动态标定16.4 传感器的动态标定传感器的动态标定 传传感感器器的的动动态态标标定定主主要要用用于于确确定定传传感感器器的的动动态态技技术术指指标标。因因为为传传感感器器种种类类繁繁多多，标标定定方方法法各各异异，仅仅介介绍绍几几种种常常用用的的动动态态标标定定设设备备，并并结结合合例例子说明动态标定的方法。子说明动态标定的方法。16.4 传感器的动

34、态标定传感器的动态标定16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备16.4.2 动态标定举例动态标定举例16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 对对传传感感器器进进行行动动态态标标定定时时，需需对对它它输输入入一一种种标标准准激激励励信信号号。常常用用的的标标准准激激励励信信号号分分为为周周期期信信号号和和瞬瞬变变信信号号两两类类。周周期期信信号号有有正正弦弦波波、三三角角波波等等，常常用用正正弦弦波波。瞬瞬变变信信号号有有阶阶跃跃波波、半半正正弦弦波波等，常用阶跃波。等，常用阶跃波。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 1.振动标定设备振动标定设备 能能产产生生振振动动的

35、的装装置置称称为为激激振振器器或或振振动动台台，用用来来标标定定测测量量振振动动与与冲冲击击的的各各种种类类型型的的加加速速度度传传感感器器、速速度度传传感感器器、位位移移传传感感器器、力力传传感感器器和和压压力力传传感感器器。振振动动台台种种类类繁繁多多，有有机机械械式式、液液压压式式、压压电电式式、电电磁磁式式等等多多种种形形式式，其其中中电电磁磁式式用用得得最最多。从振动频率上又分为多。从振动频率上又分为高频、中频、低频高频、中频、低频等。等。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 (1)电电磁磁式式中中、低低频频激激振振器器 低低频频激激振振器器工工作作频频率率范范围围为为十十

36、分分之之几几到到几几十十Hz，中中频频激激振振器器为为几几到到几几千千Hz，一一般般用用电电磁磁式式激激振振器器。电电磁磁式式激激振振器器按按磁磁场场形形成成方方法法的的不不同同又又有有永永磁磁式式和和励励磁磁式式两两种种。前前者者多多用用于于小小型型激激振振器器，后后者者多多用用于于大大型型激激振振台台。它它们们的的原原理理与与磁磁电电式式传传感感器器相相同同，只只不不过过将输入与输出对换来实现电能到机械能的转换。将输入与输出对换来实现电能到机械能的转换。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 图图示示为为电电磁磁式式激激振振器器的的结结构构示示意意图图，驱驱动动线线圈圈固固装装在在

37、顶顶杆杆上上，并并由由支支承承弹弹簧簧支支承承在在壳壳体体中中，线线圈圈位位于于磁磁极极与与铁铁心心的的气气隙隙中中。当当线线圈圈通通以以较较大大功功率率的的交交变变电电流流时时，它它在在气气隙隙的的磁磁场场中中受受力力，该该力通过顶杆传到试件上。力通过顶杆传到试件上。1支支承承弹弹簧簧；2壳壳体体；3磁磁钢钢；4顶顶杆杆；5铁铁心心；6磁磁极极；7线圈；线圈；8试件试件16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 (2)压压电电式式高高频频激激振振器器 高高频频振振动动台台频频率率范范围围为为几几千千到到百百万万Hz，加加速速度度值值可可达达重重力力加加速速度度的的几几百百倍倍，负负荷荷一

38、一般般只只有有零零点点几几N。结结构构多多用用压压电电式式，原理是利用逆压电效应。原理如图所示。原理是利用逆压电效应。原理如图所示。1被被标标传传感感器器；2内内装装传传感器；感器；3压电片；压电片；4底座底座16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 2.压力标定设备压力标定设备 (1)周期函数压力发生器周期函数压力发生器 谐谐振振空空腔腔校校验验器器。它它通通常常为为一一封封闭闭空空腔腔，用适当方法产生空气谐振。用适当方法产生空气谐振。非非谐谐振振空空腔腔校校验验器器。原原理理是是用用一一定定方方式式调调制制通通过过容容器器的的气气流流，使使容容器器内内气气体体产产生生周周期期变变化化

39、的压力。的压力。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 转转动动阀阀门门式式方方波波压压力力发发生生器器。其其结结构构原原理理如如图图所所示示，压压力力频频率率受受轴轴的的转转速速控控制，一般用于低频。制，一般用于低频。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 喇喇叭叭式式压压力力发发生生器器。工工作作原原理理类类似似于于动动圈圈式式扬扬声声器器，音音圈圈受受正正弦弦信信号号激激励励，带带动动音音膜膜振动，使空气耦合腔内压力变化。振动，使空气耦合腔内压力变化。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 (2)非非周周期期函函数数压压力力(力力)发发生生器器 非非周周期期函函数

40、数压压力力(力力)发发生生器器有有激激波波管管、快快速速阀阀门门装装置置和和落落球装置等。球装置等。激激波波管管。激激波波管管是是用用来来产产生生平平面面激激波波的的一一种种设设备备。所所谓谓激激波波是是指指气气体体在在某某处处压压力力突突然然发发生生变化并高速传播的压力波。变化并高速传播的压力波。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 激激波波管管的的结结构构如如图图所所示示。高高压压室室和和低低压压室室之之间间用用膜膜片片隔隔开开，高高压压室室通通以以压压缩缩空空气气，低低压压室室通通常常是是一一个个大大气气压压的的空空气气。用用破破膜膜针针刺刺破破膜膜片片后后，高高压压段段气气体

41、体向向低低压压段段挤挤过过去去，即即形形成成向向低低压压段段传传播的激波。也可用自然超压法破膜。播的激波。也可用自然超压法破膜。1高高压压室室；2膜膜片片；3低低压压室室；4触触发发器器；5传感器传感器16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备激波管实物激波管实物如图所示如图所示。16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 快快速速阀阀门门装装置置。图图示示是是一一个个预预应应力力杆杆式式阀阀门门装装置置的的原原理理。大大容容腔腔体体积积为为小小容容腔腔体体积积的的103倍倍，长长度度为为小小容容腔腔的的40倍倍。将将大大容容腔腔加加到到预预定定压压力力后后，突突然然卸卸去去加加在在活

42、活塞塞后后面面的的压压力力实实现现快快速速开开启启阀阀门门，则传感器感受到一个阶跃压力波。则传感器感受到一个阶跃压力波。1传传感感器器；2泄泄放放阀阀；3小小容容腔腔；4阀阀 芯芯；5阀阀杆杆；6活活塞；塞；7供油管道供油管道16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备 落落球球装装置置。结结构构原原理理如如图图所所示示。落落球球(锤锤)掉掉在在活活塞塞上上与与活活塞塞碰碰撞撞时时，使使装装置置内内液液体体产产生生一一个个近近似似半正弦的压力脉冲。半正弦的压力脉冲。1标标准准传传感感器器；2缸缸体体；3活活塞塞杆杆；4锤锤体体；5液液压油；压油；6被标传感器被标传感器16.4 传感器的动态标

43、定传感器的动态标定16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备16.4.2 动态标定举例动态标定举例16.4 传感器的动态标定传感器的动态标定16.4.1 常用动态标定设备常用动态标定设备16.4.2 动态标定举例动态标定举例第第16章章 传感器的标定传感器的标定16.1 传感器标定的意义传感器标定的意义16.2 传感器的静态标定传感器的静态标定16.3 用实验确定传感器的动态参数用实验确定传感器的动态参数16.4 传感器的动态标定传感器的动态标定一次课堂作业一次课堂作业1.电电阻阻应应变变片片和和压压阻阻式式传传感感器器的的工工作作原原理理有有什什么么不不同同？如如何何用用它它们们测测量量液液位位？说说明明工工作作原原理理，你认为哪个更好些？你认为哪个更好些？2.磁磁敏敏二二极极管管和和光光敏敏二二极极管管工工作作的的原原理理有有什什么么不不同同？举举一一个个用用它它们们测测量量同同一一个个物物理理量量的的例例子子，说明工作原理，你认为哪个更好些？说明工作原理，你认为哪个更好些？3.哪些传感器可作为加速度发生器？说明原理。哪些传感器可作为加速度发生器？说明原理。4.说说明明用用霍霍尔尔元元件件测测量量电电功功率率的的原原理理，画画出出电电路路原理图。原理图。