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，精度，……；
●传感器的标定—
动态标定——动态特性参数（τ；ωn，ξ）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：保证测量的准确、统一和法制性。
§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。
检测过程应包括：信息的获取——用传感器完成；信号的调理——用变送器完成；信号的显示与记录——用显示器、指示器或记录仪完成。
传感器、变送器和显示装置可统称为检测仪表，或者将传感器称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。
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总会存在一定的差异，这一差异称为测量误差。这就是误差公理——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。
（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x i之间的差值，即
?=x-x i (14-1) 真值x i是一理想的概念，在实际测量的条件下一般无法得到真值。通常用计量学约定真值、标准器具相对真值、多次测量平均值等作为真值，用x0表示。将式（14-1）中的真实值x i用x0来代替，则绝对误差可以表示成
?=x-x0 (14-2) 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。
测量误差可能由多个误差分量组成。引起测量误差的原因，通常包括：测量装置
的基本误差；非标准工作条件下所增加的附加误差；所采用的测量原理以及根据该原理在实施测量中运用和操作的不完善引起的方法误差；标准工作条件下，被测量随时间的变化；影响量（不是被测量，但对测量结果有影响的量）引起的误差；与观测人员有关的误差因素等。
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。
（2）相对误差
实际相对误差：
%100??=i
x 实δ （14-3） 标称相对误差（或示值相对误差） %1000
??=x 标δ （14-4） 测量误差是对某一次具体测量好坏的评价。
14.1.2 仪表误差
1．测量仪表误差的基本术语
（1）测量仪表的示值误差 测量仪表的示值就是测量仪表所给出的量值，测量仪表的示值误差定义为“测量仪表的示值与对应输入量的真值之差”，它实际是仪表某一次测量的误差。由于真值不能确定，实际上用的是相对真值。此概念主要应用于与参考标准相比较的仪器，就实物量具而言，示值就是赋予它的值。在不易与其他称呼混淆时也简称为测量仪表的误差。
（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（δ允）。
（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。
（5）测量范围和量程
测量范围是指“测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值”，也就是被测量可按规定的准确度进行测量的范围。
量程是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℃。
2．仪表误差
（1）引用误差
测量仪表的示值误差可以用来表示某次测量结果的准确度，但若用来表示测量仪表的准确度则不太合适。因为测量仪表是用来测量某一规定范围（测量范围）内的被
测量，而不是只测量某一固定大小的被测量的。而且，同一个仪表的基本误差，在整个测量范围内变化不大，但测量示值的变化可能很大，这样示值的相对误差变化也很大。所以，用测量仪表的示值相对误差来衡量仪表测量的准确性是不方便的。为了方便起见，通常用引用误差来衡量仪表的准确性能。引用误差δ引用测量仪表的示值的绝对误差?与仪表的量程之比的百分数来表示，即
引用误差（或相对百分误差）： %100??=仪表量程
引δ （14-5） （2）仪表误差
仪表的准确度（或精度）是用仪表误差的大小来说明其指示值与被测量真值之间的符合程度，误差越小，准确度越高。
仪表的准确度用仪表的最大引用误差δmax （即仪表的最大允许误差δ允）来表示，即
%100max max ??=量程
δ （14-6） 式中，?max —仪表在测量范围内的最大绝对误差；量程=仪表测量上限-仪表测量下限。
仪表误差是对仪表在其测量范围内测量好坏的整体评价。
（3）仪表精度等级a
仪表精度等级是按国家统一规定的允许误差大小（去掉仪表误差的“±”号和“%”）来划分成若干等级的。仪表的精度等级数越小，仪表的测量准确度越高。目前中国生产的仪表的精度等级有：
a=0.005，0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，（0.4），0.5，1.0，1.5，2.5，（4.0），等。
Ⅰ级标准表 Ⅱ级标准表 工业用表
括号内等级必要时采用。
仪表的基本误差： ?max =仪表量程?a%，称为仪表在测量范围内的基本误差。
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? （14-7）
仪表变差也用最大引用误差表示，即
%100max ?-=量程
反行程测量值正行程测量值变差（14-8） 必须注意，仪表的变差不能超出仪表的允许误差（或基本 图14-1 测量仪表的变差 误差）。
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：
%8.0%1000
1008.0100max max ±=?-±=??=％量程δ 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。
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：
%7.0%1000
10007%100max max ±=?-±=??=量程δ 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。
由以上两个例子可以看出，根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，要求是不同的。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；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。
仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一，它反映了仪表的准确度和精密度。仪表的精度等级一般用圈内数字等形式标注在仪表面板或铭牌上。
§14．2 传感器的静态特性标定
14.2.1 静态标定条件
（20±5）℃；≤85%RH ；（760±60）mm 汞柱
14.2.2 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。
14.2.3 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。
§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
14.3.1 一阶传感器的动态标定
确定时间常数τ
一阶传感器的阶跃响应（如图1-15）
y(t)=1-e -t/τ
时间常数τ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。
若改写上式为：
1-y(t)= e -t/τ=e z ，
z=ln [1-y(t)]
其中，z= -t/τ，z 与t 线性。
作z~t 曲线，其斜率?t/?z= -τ，由此确定时间常数τ考虑了传感器瞬态响应的全过程。如图14-2所示。
图14-2 求一阶传感器时间常数方法 图14-3 二阶传感器（ζ<1）的阶跃响应 14.3.2 二阶传感器的动态标定
确定传感器的阻尼比ζ和固有频率ωn 。
欠阻尼二阶传感器的阶跃响应（如图14-3）
y(t)以ωd = ωn √1–ξ2 作衰减振荡，按求极值的方法可得各振荡峰值对应的时间
t p =0，π/ωd ，2π/ωd ，……，将t=π/ω代入y(t)的表达式，可得最大过冲量M
21ζζπ--=e
M
???????
????? ??-+--=-ζζωζζω221arctan sin 11)(t e k t y d t
n
或
测得M ，由上式或图14-4，可求阻尼比ζ；由标定测得的t p ，得f d ，ωd ，ωn 。
图14-4 ζ-M 曲线
若衰减振荡缓慢，过程较长，可测M i 和M i+n 来求ζ，n 为两峰值相隔的周期数。设
M i 对应的时间为t i ，则M i+n 对应的时间为
将t i 和t i+n 代入欠阻尼二阶传感器的阶跃响应式，得
21/212ln ln 2ζπζζωπζωζω-==??? ??-+--+n e e M M n i n n n t t n
i i 整理后得 22224n n n πδδζ+=
式中
当ζ<0.1时，√1–ζ2 ≈1，则
()π
ζn M M n i i 2/ln += n i i n M M +=ln
δ 1ln 1
2
+??? ??=M πζ2
12ζωπ
-+=+n i n i n t t
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13-5和14-6来求一阶传感器的时间常数τ和欠阻尼二阶传感器的阻尼比ζ和固有频率ωn。
图14-5 由幅频特性求一阶 14-6 由幅频特性求欠阻尼
传感器时间常数τ二阶除按感情的ζ和ω0
§14．4 压力传感器的标定和校准
14.4.1 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 活塞压力计结构示意图图14-8 压力标定曲线
●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
图14-9 杠杆式压力标定机示意图
●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。
图4-10 弹簧测力计式压力标定机
14.4.2 动态标定和校准
●动态信号压力源：产生满意的周期或阶跃压力；并能可靠地确定其真实压力-时间关系。
●稳态标定（需周期性稳态压力源）
活塞与缸筒式稳态压力源，如图14-10所示。调节手柄可以改变压力的幅值，可获得70kg/cm2的峰值压力，频率可达100Hz。
14-11 活塞缸筒稳态压力源示意图
1-接被检压力计；2-接标准压力计；3-飞轮；4-调节手柄
凸轮控制喷嘴式稳态压力源，如图14-11所示，可获得0.1kg/cm2的峰值压力，频率可达300Hz。
图14-12 凸轮控制喷嘴稳态压力源
1-恒定压力入口；2-接被检压力表；3-凸轮；4-接标准压力表
这两种周期性稳态压力源只能提供可变的稳态压力，不能提供确定的数值或时间特性，适合于将未知特性的传感器与已知特性的传感器进行比较的标定方法（比较法） ●非稳态标定
利用非稳态（阶跃）压力信号和阶跃函数理论进行标定。非稳态（阶跃）压力源有：快卸荷阀；脉冲膜片；闭式爆炸器；激波管等。
●激波管非稳态压力标定
特点：结构简单，可产生较理想的瞬态“标准”压力；
压力幅度范围宽，便于改变压力值；
压力频率范围宽（2kHz~1.5MHz ）；
便于分析研究和数据处理。
1． 结构
主要由激波管、入射激波测速系统、标定测量系统、气源等组成，如图14-13所示。
激波管所产生的激波如图14-15所示。
入射激波的阶跃压力为
反射激波的阶跃压力为 式中，M s —马赫数。由测速系统决定。
2． 入射激波测速系统
由压电式压力传感器6和7、前置电荷放大器8和频率计组成。
M s 定义
()
1212216
7p M p p p s -=-=?()122
2155542137p M M M p p p s s s ++-=-=?nT
l l v /==T
v v v v M T s β+==10
式中，v0—0℃时的声速，v0=331.36m/s；v T—T℃时的声速；β=1/273=0.00366。
3．标定测量系统
由被标定传感器5和6、前置电荷放大器10及记忆示波器11等组成，可测阶跃进响应波形，如图14-14所示。由响应波形进行数据分析处理，直接求得传感器的幅频特性及动态灵敏度。
传感器5响应入射激波阶跃压力，传感器响应反射激波阶跃压力。
图14-14 被标定传感器输出波形
4．气源系统
由气源、气压表、泄气门等组成。常采用压缩空气或氮气。
§14．5 振动传感器的标定和校准
振动信号源：振动台产生正弦激励的标定信号。
14.5.1 绝对标定法
激光光波长度作为振幅量值的绝对基准，测出振动信号的振幅值X m (m)；
精密数字频率计测出振动台的振动频率f (1/s)；
精密数字电压表测出传感器输出电压值E rms (mV)。
则被标振动传感器的加速度灵敏度S a 为
14.5.2 比较标定法
将被标传感器与标准测振传感器“背靠背”安装在振动台上。标定时，分别测出被标传感器与标准测振传感器的输出电压值U a 和U ，若标准测振传感器的加速度灵敏度为S a0，则被标传感器加速度灵敏度S a 为
S a =S a0·U/U a
频率响应的标定，在振幅恒定条件下，改变振动台的振动频率，测出传感器输出电压与振动频率的关系，即幅频响应。比较被标传感器与标准传感器输出信
号间的相位差，可得传感器的相频特性。
图14-16 振动传感器比较标定系统 §14.6 温度传感器的标定和校准
14.6.1 温标的基本概念
为了保证温度量值的统一和准确，应该建立一个衡量温度的标准尺度，简称温标。温标是温度的基准量，它规定温度的始点（零度）和测量温度的基本单位。各种温度传感器和温度计的标度数值均由温标确定。目前国际上采用较多的温标有摄氏温标、国际温标，我国法定计量单位也已采用了这两种温标。此外，在一些国家还采用华氏温标。
温标的三要素：温度固定点，标准温度计(测温物质)，内插公式。
14.6.1.1国际温标
1．热力学温标（K ）
1848年英国开尔文（L.Kelvin)提出以热力学第二定律为基础的热力学温标，选定水的三相点为273.16K ，定义水的三相点温度的1/273.16为1度，单位为开尔文，简()???
? ???=m s mV X f E S m rms a 2222π
称K (1954年国际计量会议)。
热力学温度也称为绝对温度。
2．国际实用温标（IPTS-68，ITS-90）
温度的基本单位与热力学温度相同，其标度具有11个固定点，如表14-2所示。 测量各固定点之间温度值的方法：
13.81K~630.74℃范围内用基准铂电阻温度计进行插补，电阻-温度关系由一个已知的插补函数确定；
630.74℃~1064.43℃范围内，采用铂铑10-铂热电偶作为标准仪器。
表14-2 IPTS-68规定的一次温度标准和参考点
14.6.1.2 摄氏温标和华氏温标
3．摄氏温标（℃）
将标准大气压下冰的熔点（水的冰点）定为零度（0℃），水的沸点定为100度（100℃）。在0℃和100℃之间划分为100等份，每一等份为一摄氏度(1℃）（1742，瑞典摄尔萨斯，A.Celsius)。
4．华氏温标（℉）
规定标准大气压下冰的熔点为32℉，水的沸点为212℉，其间划分为180等份，每一等份为一华氏度（1℉）(1714,德国华林海特，G.D.Fahrenheit)。人的体温约为100℉。
摄氏温度t （℃）与热力学温度T （K ）、华氏温度t F （℉）之间的关系：
T =273.15+t , t =T -273.15 )32(9
53259-=+=F F t t t t 注意，水的冰点与水的三相点的热力学温度差0.01K ；1℃=1K 。
14.6.2 温度传感器的标定和校准
1．与一次标准比较法
即与国际实用温标（表14-2）进行比较。
2．与某一已经标定的测温标准装置进行比较
对于温度定义点之间的温度标定：
?标准铂电阻，-259.34~630.74?C ，W(100)=1.39250；?
?标准铂铑10—铂热电偶，630.74~1064.43?C；
?标准光学高温计，>1064.43?C。
作业：14-1，14-2，14-4，14-5。
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。 线性度eL （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； A x ）00% y^s 重复性eR ：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%） 迟滞eH 正行程与反行程之间的曲线的不重合度;
dp =± _ % 线性度、迟滞反映 系统误差；重复性反映 偶然误差 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 频围的检定。 xlOO% 贝塞尔公式 误差（三者反应系统总误 差）
压力传感器（静态）检定规程 JJG 860—94 本规程主要起草人：许新民（航空工业总公司第304研究所） 郭春山（中国计量科学研究院） 张首君（中国计量科学研究院） 参加起草人：陈景文（航空工业总公司第304研究所） 目次 一概述 二技术要求 三检定条件 四检定项目和检定方法 五检定结果处理和检定周期 附录1 压力传感器检定记录格式 附录2 检定证书内容格式（1） 附录3 检定证书内容格式（2） 压力传感器（静态）检定规程 本检定规程适用于新制造、使用中和修理后的压力传感器的静态检定。 一概述 压力传感器是一种能感受压力，并按照一定的规律将压力转换成可用输出信号（一般为电信号）的器件或装置，通常由压力敏感元件和转换元件组成。 按压力测试的不同类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器等。 二技术要求 1压力传感器的准确度等级和允许基本误差应符合表1规定。 表1 2压力传感器的配套应完整，外观不应有影响计量性能的锈蚀和损伤。各部件应装配牢固，不应有松动，脱焊或接触不良等现象。 3压力传感器在外壳上或外壳的铭牌上应清楚地标明其型号和编号。压力传感器的名称、
测量范围、准确度等级、制造厂家、制造日期及工作电源可在外壳或铭牌上标明，或在相应的技术文件中说明。 4差压传感器的高压（＋）和低压（－）接嘴应有明确的永久性标志。 5压力传感器的电源端和信号输出端应有明确的区别标志。 6重复性误差。压力传感器的重复性误差不得大于允许基本误差的绝对值。 7回程误差。压力传感器的回程误差不得大于允许基本误差的绝对值。 8线性误差。压力传感器的线性误差的绝对值不得大于允许基本误差的绝对值。非线性压力传感器对此不作要求。 三检定条件 9 压力标准器 压力标准器选择的基本原则是其基本误差的绝对值应小于被检压力传感器基本误差绝对值的1／3。准确度等级为0.05级的压力传感器允许采用一等标准器（±0.02%）作为压力标准器。 压力标准器可选用工作基准活塞式压力计、工作基准微压计、标准活塞式压力计、标准活塞式压力真空计、气体活塞式压力计、标准浮球式压力计、标准液体压力计、补偿式微压计、数字式压力计、精密压力表及其他相应准确度等级的压力计量标准器。 10 检定设备 10.1激励电源。激励电源应按压力传感器要求配套，除非压力传感器对激励电源稳定性无特殊要求，否则其稳定度应为被检压力传感器允许基本误差绝对值的1／5～1／10，可选用精密稳压电源、稳流电源、干电池或蓄电池等。 10.2读数记录装置。检定压力传感器用的读数记录装置基本误差的绝对值应小于被检压力传感器允许基本误差绝对值的1／5～1／10，可选用数字式电压表、数字式频率计、电流表等。 10.3其他设备。真空计、数字式气压计（或标准气压表）、温度计、湿度计、精密电阻箱等。 10.4与压力标准器配套使用的加压（或抽空）系统应在示值检定范围内连续可调。 11 环境条件 11.1检定时的环境温度视被检压力传感器的准确度等级而定，应符合下列要求： 0.01、0.02级20±1℃ 0.05级20±2℃ 0.1、0.2、0.5级20±3℃ 其他等级20±5℃ 11.2检定前，压力传感器应在检定的环境温度下放置2h以上，方可进行检定。 11.3相对湿度：小于80% 大气压力：86～106kPa 四检定项目和检定方法 12 外观检查 12.1使用中的压力传感器应有前次检定证书，新制造的或修理后的压力传感器应有出厂合格证书。 12.2检查压力传感器的外观应符合本规程第2～5条要求。
https://www.doczj.com/doc/ce268498.html,/download/4104_0/101400.html 温度传感器基础知识 温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占50%。 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。 由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。常用的测温传感器的种类与测温范围如下表所示。
工作原理晶体二极管或三极管的PN 结的结电压是随温度而变化的。例如硅管的PN 结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV ，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN 结温度传感器。这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。测温范围为-50—150℃。典型的温度曲线如图1所示。同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。 应用电路(一) 图（2）是采用PN 结温度传感器的数字式温度计，测温范围-50—150℃，分辨率为0.1℃,在0—100℃范围内精度可达±1℃。 1N4148 https://www.doczj.com/doc/ce268498.html,/datasheet/1N4148/28138465/Beyschlag
压力传感器的动态标定 一、实验目的： 1、熟悉记忆示波器和电荷放大器使用方法； 2、用标定激波管标定传感器的动态参数； 3、计算传感器幅频特性和相频特性。 三、测试仪器设备： 1、记忆示波器1台（TDS210）； 2、CY-YD-205 1只，标定对象； 3、电荷放大器YE5850一台，连接石英压力传感器； 4、压电陶瓷传感器CY-YD-203T 1只； 5、电荷放大器KD5002 一台，连接压电陶瓷传感器，用于激波速度测量。 三、实验步骤： ( 1 ) 把石英传感器安装在激波管端壁上，并将石英传感器电缆接到电荷放大器YE5820的输入端，将YE5820的输出端电缆接到示波器ch2的输入端，并且将其上限频率置于100kHZ.灵敏度设在10pc/unit。打开YE5820电荷放大器(开关在背面)，“工作/复位”开关置于“复位”位置。 ( 2 ) 把侧壁的压电陶瓷传感器接到电荷放大器KD5002的输入端，并将放大器KD5002的输出接到示波器1通道。将放大器的上限截至频率设在100kHZ，示波器ch1垂直标尺置于500mv/div，ch2的垂直标尺置于20mv/div。 采样频率的设定：考虑到传感器的固有频率约为120kHz，由Shannon 采样定律，F s≥ 2F i，取F s＝500kS/s，即cm。也就是说水平标尺调节到500微妙/div为宜。 触发信源选ch1,上升沿单次触发，触发电平可调大一些,几十mv不成问题. ( 3 ) 激波管安装膜片，给气压机充气在4bar左右后,打开压气机阀门，将放大器置于“工作”，示波器”Ready”后, 打开激波管充气阀门，破膜，记录
热电阻热电偶温度传感器校准实验
湖南大学实验指导书 课程名称：实验类型： 实验名称：热电阻热电偶温度传感器校准实验 学生姓名：学号：专业： 指导老师：实验日期：年月日 一、实验目的 1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理 2.学会热电偶温度计的制作与校正方法 3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理 4.掌握电位差计的原理和使用方法 5.了解数据自动采集的原理 6.应用误差分析理论于测温结果分析。 二、实验原理 1.热电阻 (1) 热电阻原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为： (1+At+Bt2) Rt=R 系温度为0℃时的电阻，铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线R 制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。
(2) 热电阻的校验 热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法两种校验方法。比较法是将标准水银温度计或标准铂电阻温度计与被校电阻温度计一起插入恒温水浴中，在需要的或规定的几个稳定温度下读取标准温度计和被校验温度计的示值并进行比较，其偏差不超过最大允许偏差。在校验时使用的恒温器有冰点槽，恒温水槽和恒温油槽，根据所校验的温度范围选取恒温器。比较法虽然可用调整恒温器温度的方法对温度计刻度值逐个进行比较校验，但所用的恒温器规格多，一般实验室多不具备。因此，工业电阻温度计可用两点法进行校验，即只校验R0与R100/ R0两个参数。这种校验方法只需要有冰点槽和水沸点槽，分别在这两个恒温槽中测得被校验电阻温度计的电阻R0 和R100，然后检查R0 值和R100/R0 的比值是否满足规定的技术数据指标，以确定温度计是否合格。 (3) 热电阻的类型 1）普通型热电阻。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。 2）铠装热电阻。铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。 3）端面热电阻。端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 4）隔爆型热电阻。隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 2.热电偶 (1) 热电偶原理 将两种不同材质的金属导线连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，由于金属的热电效应，在回路中就会产生一个与温差有关的电动势，称为温差电势。在回路中串接一毫伏表，就能粗略地测出温差电势值。如图1：
标定与校准的概念 新研制或生产的传感器需要对其技术性能进行全面的检定，以确定其基本的静、动态特性，包括灵敏度、重复性、非线性、迟滞、精度及固有频率等。 例如，对于一个压电式压力传感器，在受力后将输出电荷信号，即压力信号经传感器转换为电荷信号。但是，究竟多大压力能使传感器产生多少电荷呢？换句话说，我们测出了一定大小的电荷信号，但它所表示的加在传感器上的压力是多大呢？ 这个问题只靠传感器本身是无法确定的，必须依靠专用的标准设备来确定传感器的输入――输出转换关系，这个过程就称为标定。简单地说，利用标准器具对传感器进行标度的过程称为标定。具体到压电式压力传感器来说，我们用专用的标定设备，如活塞式压力计，产生一个大小已知的标准力，作用在传感器上，传感器将输出一个相应的电荷信号，这时，再用精度已知的标准检测设备测量这个电荷信号，得到电荷信号的大小，由此得到一组输入――输出关系，这样的一系列过程就是对压电式压力传感器的标定过程，如图1-19所示。 图1-19 压电式压力传感器输入――输出关系 校准在某种程度上说也是一种标定，它是指传感器在经过一段时间储存或使用后，需要对其进行复测，以检测传感器的基本性能是否发生变化，判断它是否可以继续使用。因此，校准是指传感器在使用中或存储后进行的性能复测。在校准过程中，传感器的某些指标发生了变化，应对其进行修正。 标定与校准在本质上是相同的，校准实际上就是再次的标定，因此，下面都以标定为例作介绍。 1．7．2 标定的基本方法 标定的基本方法是，利用标准设备产生已知的非电量(如标准力、位移、压力等)，作为输入量输入到待标定的传感器，然后将得到的传感器的输出量与输入的标准量作比较，从而得到一系列的标定数据或曲线。例如，上述的压电式压力传感器，利用标准设备产生已知大小的标准压力，输入传感器后，得到相应的输出信号，这样就可以得到其标定曲线，根据标定曲线确定拟合直线，可作为测量的依据，如图1-20所示。
压力传感器的论文 合理进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差，本文将介绍这四种误差产生的机理和对 测试结果的影响，同时将介绍为提高测量精度的压力标定方法以及应用实例。 目前市场上传感器种类丰富多样，这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既包括最基本的变换器，也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。由于存在这些差异，设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差，这是保证传感器满足设计和应用要求的重要步骤。在某些情况 下，补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。 本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例，所涉及的概念适用于各种压力传感器的设计应用。 摩托罗拉公司生产的主流压力传感器是一种单片压阻器件，该器件具有3类： 1. 基本的或未加补偿标定； 2. 有标定并进行温度补偿； 3. 有标定、补偿和放大。 偏移量、范围标定以及温度补偿均可以通过薄膜电阻网络实现，这种薄膜电阻网络在封装过程中采用激光修正。 该传感器通常与微控制器结合使用，而微控制器的嵌入软件本身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后，通过模数转换器的变换，该模型可以将电压量转换为压力测量值。 传感器最简单的数学模型即为传递函数。该模型可在整个标定过程中进行优化，并且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。 从计量学的角度看，测量误差具有相当严格的定义：它表征了测量压力与实际压力之间的差异。而通常无法直接得到实际压力，但可以通过采用适当的压力标准加以估计，计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少10倍的仪器作为测量标准。 由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度和偏移值将输出电压转换为压力，测得的压力将产生如图1所示的误差。 这种未经标定的初始误差由以下几个部分组成： a. 偏移量误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。 b. 灵敏度误差，产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数（见图1）。如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。 c. 线性误差。这是一个对初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性，但对于带放大器的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线。 d. 滞后误差：在大多数情形中，滞后误差完全可以忽略不计，因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。 标定可消除或极大地减小这些误差，而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数，而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用，而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。 一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差，这类标定方法称为自动归零。
温度传感器校准实验 一、实验目的 掌握热电偶热电阻温度传感器的使用方法和校准方法 二、实验装置 热电偶温度传感器实验装置主要由恒温水浴、电位差计、热电偶、热电阻、冰点仪、数据采集装置、低电势转换开关和标准玻璃温度计等组成。 三、实验内容 1).了解热电阻测温原理，练习热电阻二三线制接法； 2).做出被校热电阻与标准温度计之间的曲线关系，通过查标准热电阻温度与阻值关系进行 分析； 3).了解热电偶的测温原理、温度补偿方法，练习热电偶连线与测温； 4).做出被校热电偶温度与电势曲线，通过查标准热电偶与电势关系进行分析； 5).练习电位差计测量电势方法，了解校验实验台自动采集原理。 四、操作步骤 采用手动数据采集，操作步骤如下： 1).恒温水浴内加好水，冰瓶内放入冰水混合物。 2).将热电阻与热电偶按上图4所示连好，其中热电偶冷端放入冰瓶，并保证热电偶连线在 冰瓶内10分钟以上。检查热电阻、热电偶的高温探头是否都浸在恒温水浴里。热电偶和热电阻高温探头头部要在同一水平面，以使两者温度尽可能一致。（注意：待需要测量恒温水浴精准温度时，才将温度计插入恒温水浴，以免误操作造成标准温度计损坏。 且标准温度计也要和热电偶、热电阻高温探头在同一水平面）。 3).打开恒温水浴电源，按下“加热”，“水泵”按钮，设定恒温水浴温度，待温度比较稳定 的时候，选择量程适当的标准温度计温度测量出水浴温度，采用电位差计测量各热电偶通道电势，采用万用表测量热电阻的电阻值，并做好记录。 4).实验者根据需要重复步骤3。 5).完成实验时，关闭恒温水浴电源。 6).根据记录的实验数据，进行分析与处理，最终得到不同温度情况下电势与电阻值。 7).应用误差分析理论进行测温结果分析。 六、注意事项 1．实验之前应将加热主体加入适量的水或油。 2．工作环境应无强磁场，温度0~35℃，相对湿度不大于85%。
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（%）或a=3（%） 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。
燃气联试系统在正式工作之前要进行传感器校标；若测试现场环境发生变化，用户更有必要对传感器重新校标。 本系统用到的传感器有侧燃压力传感器和燃气压力传感器。 1．传感器校标特征图 图5.9 传感器校标特征 2．传感器校标计算公式 标定线的各点压强值对应的高度：（此处侧燃n =7，燃气n =8） 0h =4 04030201h h h h +++ 1h = 414131211h h h h +++ … … n h =2 21n n h h + （5-11） 定义各点压强对应的实际高度：（此处侧燃n =7，燃气n =8） 1P 时，1h -0h =△1h 2P 时，2h -0h =△2h
… … n P 时，n h -0h =△n h （5-12） 计算各标定压强间隔的内插系数：（此处侧燃n =7，燃气n =8） 1k =1 1h △P 2k = 2121 h - h P P -?? … … n k =1 -n n 1h -△h △--n n P P （5-13） 标定压强值求法： m P =1-n P +n K (m H -△1-n h ) （5-14） 其中，m H 为曲线上m 点至零线的高度； n K 为△1-n h 和△n h 之间的换算内插系数； 1-n P 为对应于△1-n h 的压强标定值； m P 为对应m H 高度求得的压强值。 传感器非线性计算公式： △h h △n △h n i n -i ╳100% （5-15） 其中，n 为标定线上的最大台阶数； △n h 为最大标定高度； i h △为第i 阶段的标定高度； i 为标定线是任一个阶梯（i =1、2、3…n ） 计算各点值，取其最大值表示传感器非线性值。 传感器滞后性(迟滞)参数计算公式： i2i1i4i3n 1(h -h h -h ) 4h ??+???╳100% （5-16）
《自动检测技术》实验指导书 北京交通大学机电学院测控系 2006年9月
实验一压力传感器的静态标定实验 一、实验目的要求 1、了解压力传感器静态标定的原理； 2、掌握压力传感器静态标定的方法； 3、确定压力传感器静态特性的参数。 二、实验基本原理 传感器的标定，就是通过实验建立传感器输入量和输出量之间的关系，同时也确定出不同使用条件下的误差关系。压力传感器的静态标定，主要指通过一系列的标定曲线得到其静态特性指标：非线性、迟滞、重复性和精度等。 三、实验系统 1、系统连接 2、实验设备 活塞式压力计（型号：YS/YU-600型）、标准压力表（精度：0.4级，量程：0~10MPa）、被标定的压力传感器（型号：AF1800，量程：0~10MPa）、数字万用表、标准砝码、工作液体（蓖麻油）。
3、活塞式压力计结构原理 测量活塞以及砝码的重力与螺旋压力发生器共同作用于密闭系统内的工作液体，当系统内工作液体的压力与此重力相平衡时，测量活塞1将被顶起而稳定在活塞筒3内的任一平衡位置上。这时有压力平衡关系： g m m A p )(1 0+= 式中：p 为系统内的工作液体压力；m 与m 0分别为活塞与砝码的质量；g 为重力加速度；A 为测量活塞的有效面积。对于一定的活塞压力计，A 为常数。 在承重托盘上换不同的砝码，由螺旋压力发生器推动工作活塞，工作液体就可处于不同的平衡压力下，因此可以方便而准确地由平衡时所加的砝码和活塞本身的质量得到压力p 的数值。此压力可以作为标准压力，用以校验压力表。如果把被校压力表6上的示值与这一准确的压力p 相比较，便可知道被校压力表的误差大小。也可以关闭a 阀，在b 阀上部接入标准压力表，由压力发生器改变工作液压力，比较被校表和标准表上的示值进行校准。同样，将被校压力表换成压力传感器，就可以通过比较压力传感器测量的压力值和标准表上的示值进行校准，对压力传感器进行静态标定。 4、扩散硅压力传感器 扩散硅压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P 型或N 型电阻条，接成电桥。在压力作用下，根据半导体的压阻效应，基片产生压力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，把这一变化引入测量电路。则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 四、实验方法和要求 1、根据实验设备设计实验电路连线图，装配、检查各种仪器、传感器及压 力表。 2、检查实验电路及油路。
大学实验指导书 课程名称：实验类型： 实验名称：热电阻热电偶温度传感器校准实验 学生：学号：专业： 指导老师：实验日期：年月日 一、实验目的 1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理 2.学会热电偶温度计的制作与校正方法 3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理 4.掌握电位差计的原理和使用方法 5.了解数据自动采集的原理 6.应用误差分析理论于测温结果分析。 二、实验原理 1.热电阻 (1) 热电阻原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以，电阻Rt与温度t 的关系为： Rt=R0(1+At+Bt2) R0系温度为0℃时的电阻，铂电阻部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。 (2) 热电阻的校验 热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，
水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法两种校验方法。比较法是将标准水银温度计或标准铂电阻温度计与被校电阻温度计一起插入恒温水浴中，在需要的或规定的几个稳定温度下读取标准温度计和被校验温度计的示值并进行比较，其偏差不超过最大允许偏差。在校验时使用的恒温器有冰点槽，恒温水槽和恒温油槽，根据所校验的温度围选取恒温器。比较法虽然可用调整恒温器温度的方法对温度计刻度值逐个进行比较校验，但所用的恒温器规格多，一般实验室多不具备。因此，工业电阻温度计可用两点法进行校验，即只校验R0与R100/ R0两个参数。这种校验方法只需要有冰点槽和水沸点槽，分别在这两个恒温槽中测得被校验电阻温度计的电阻R0 和R100，然后检查R0 值和R100/R0 的比值是否满足规定的技术数据指标，以确定温度计是否合格。 (3) 热电阻的类型 1）普通型热电阻。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。 2）铠装热电阻。铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。 3）端面热电阻。端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 4）隔爆型热电阻。隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区具有爆炸危险场所的温度测量。 2.热电偶 (1) 热电偶原理 将两种不同材质的金属导线连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，由于金属的热电效应，在回路中就会产生一个与温差有关的电动势，称为温差电势。在回路中串接一毫伏表，就能粗略地测出温差电势值。如图1： 图1 热电偶原理 温差电势的大小只与两个接点的温差有关，与导线的长短粗细和导线本身的温度分布无关。这样一对导线的组合就称热电偶温度计。简称热电偶。
压力传感器与压力变送器的标定 一、实验目的 1．了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法； 2．学习掌握简单的运算放大电路； 3．了解差压变送器测量压力的原理，掌握变送器的标定方法； 4．了解变送器二线制和四线制接线的不同。 二、实验原理 1．扩散硅压阻式压力传感器实质是硅杯压阻传感器。它以N型单晶硅膜片作敏感元件，通过扩散杂质使其形成4个P型电阻，形成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，使电桥有相应输出。 2．仪表的静态特性是衡量仪表品质好坏的的基本指标。它包括仪表的量程、精度、线性度、回差、灵敏度和灵敏限等。根据压力变送器的测量原理，标定出压力变送器的静态特性。 三、实验设备 CSY-2000A实验台、精密压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、加压球（气压源）、CYB-500K差压变送器（量程0～50KPa）、气体连接导管、电信号连接导线。 四、实验步骤与说明 （一）扩散硅压阻式压力传感器的压力标定 （1）连接气体管路：根据图3-1连接气体管路，其中压缩泵、贮气箱、流量计在CSY-2000A实验台内部已经接好。将气体三通连接导管中硬管一端插入主控台上的气源快速插座中。其余两根导管分别与精密压力表的输出端口（左侧）和压阻式压力传感器的气咀接通。 注意：①压阻式压力传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出负时可调换气咀。②精密压力表上有两个旋钮，此部分这两个旋钮都必须拧紧。 图3-1 扩散硅压阻式压力传感器的压力标定气路连接图
（2）连接电路部分：为减少干扰，可将将压阻式压力传感器的四端接头按端口编号接到压力传感器实验模板上，再根据原理图3-2连接电路部分。注意，压阻式压力传感器的3、1端接＋4V稳压电源。 说明：①压阻式压力传感器电路部分为四线制连接，其中3端、1端为传感器电源端（3端为正，1端为负），2端、4端为传感器信号输出端（2端为正，4端为负）。②注意不同电压信号的地端保持一致。 图3-2 扩散硅压阻式压力传感器的压力标定电路连接原理图 （3）调整零点：检查接线无误后，打开CSY-2000A实验台上的电源开关，调节压力传感器实验模板上R W2，使数显表显示为零。 说明：压力传感器实验模板上的R W1用于调节放大倍数，R W2用于调节零位。 （4）压力传感器性能测定：打开CSY-2000A实验台上的气源开关，启动压缩泵，可在精密压力表上读出储气箱的压力。轻微转动流量计旋钮，可发现储气箱压力随流量增大而减小。仔细逐步转动流量计旋钮，使储气箱压力在4-12Kpa之间，压力每上升1Kpa时，记录相应数显表的示值，填入表3-1。 表3-1 调校前压力传感器输出数显与输入压力值 （5）把此压力测量系统标定成压力计：给压阻式压力传感器输入4Kpa气压，调节R W2使数显表显示0.400V，输入12 Kpa气压，调节R W1使数显表显示1.200V，反复调节R W2、R W1直到达到足够的精度。使储气箱压力在4-12Kpa之间，压力每上升1Kpa时，记录相应数显表的示值，填入表3-2。 表3-2 调校后压力传感器输出数显与输入压力值 （6）关闭主控台上的气源开关、关闭主控台上的电源开关，拔下连接导线、导管。 警告：必须用双指按住气源快速接头边缘向内压，才能轻松拔出导管，请勿野蛮操作。 （二）差压式压力变送器的标定 （1）连接气体管路：将加压球（气压源）上的单向阀门拧松后，用橡皮管与精密压力表的气源端（右侧）相连，压力表的输出端（左侧）用橡皮管与差压变送器的高压咀（+）相连。 注意：①差压变送器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出负时可调换气咀。②精密压力表上有两个旋钮，此部分中左侧输出端上的旋钮必须拧紧，右侧气源端上的旋钮必须松开。 （2）连接电路部分：根据图3-3用导线将差压变送器与实验台上的+24V电源、mA表输入口串联起来。
热电阻热电偶温度传感器校准实验 一、实验目的 1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理 2.学会热电偶温度计的制作与校正方法 3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理 4.掌握电位差计的原理和使用方法 5.了解数据自动采集的原理 6.应用误差分析理论于测温结果分析。 二、实验原理 1.热电阻 (1) 热电阻原理 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t 的关系为： Rt=R0(1+At+Bt2) R0系温度为0℃时的电阻，铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要是消除引线电阻对测量的影响。 (2) 热电阻的校验 热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法两种校验方法。比较法是将标准水银温度计或标准铂电阻温度计与被校电阻温度计一起插入恒温水浴中，在需要的或规定的几个稳定温度下读取标准温度计和被校验温度计的示值并进行比较，其偏差不超过最大允许偏差。在校验时使用的恒温器有冰点槽，恒温水槽和恒温油槽，根据所校验的温度范围选取恒温器。比较法虽然可用调整恒温器温度的方法对温度计刻度值逐个进行比较校验，但所用的恒温器规格多，一般实验室多不具备。因此，工业电阻温度计可用两点法进行校验，即只校验R0与R100/ R0两个参数。这种校验方法只需要有冰点槽和水沸点槽，分别在这两个恒温槽中测得被校验电阻温度计的电阻R0 和R100，然后检查R0 值和R100/R0 的比值是否满足规定的技术数据指标，以确定温度计是否合格。
温度传感器动态校准的研究 王紫君 1406014201 摘要：本文综述了传感器动态校准的现状,包括它的概念特点数据处理方法等。特别是针对温度传感器动态校准的方法进行了研究,给出了校准装置的选择和评定结果的一些方法。 关键词:温度传感器动态校准数据处理 1引言 随着科学技术的不断发展,非电量的测试与控制技术已经越来越广泛地应用,尤其是在航天、航海、冶金、能源、生物医学、交通运输、自动检测与计量和称重等技术领域。而且随着社会的发展,这种技术也逐步渗透到人们的日常生活中。可以毫不夸张地说,测试技术与自动控制技术水平的高低是衡量科学技术现代化程度的重要标志之一[ 1]。 传感器是实现测试与自动控制的首要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获和转换,计算机发展的水平再高,依旧无法进行测试和自动控制。 任何一种传感器在制造、使用时都需要对其设计指标进行一系列实验,以确定传感器的基本性能。 2传感器动态校准的研究现状 2.1国内外研究现状 传感器的动态校准一直是学术领域一个比较活跃的课题。近十几年来,它从原来主要应用于军事国防领域,逐渐向民用领域转变,使得在这方面研究的人越来越多。 对传感器的动态校准,国外相对而言研究的时间较长,涉及的领域也更宽一些。像美国、俄
罗斯、德国、印度等,都取得了较高的水平。在国内,特别是近5、6年,一些研究院所和部分大学在该领域都进行了深入的研究,取得了比较令人满意的成果。 2.2动态校准的概念 动态测量与静态测量相比,不仅要使用响应足够快的传感器和二次仪器,而且还要进行从原始测量结果到最终测量结果的复杂解算,即信号恢复。为了使信号恢复成为可能,必须事先知道所使用的传感器的动态响应特性。动态校准就是在这样的客观需求的情况下,产生并发展起来的。 静态校准以量值(或标量)表示,而动态校准是确定一个函数(或矢量),可以将其理解为在规 定条件下,为确定传感器动态响应特性的一组操作。 2.3传感器动态校准的内容 传感器进行动态校准,主要由两方面因素决定: 1.动态标定 由于传感器广泛应用于生产过程的自动检测,新型传感器不断被研制出来。为了准确把握传感器的动态性能,需要对其进行动态标定。 2.动态校核 传感器由于长期使用,或者对于自制的传感器,在使用中都会存在时漂、温漂,或者某些参数发生变化的现象。这将导致传感器灵敏度、零位发生较显著的变化[ 2]。 2.4改善动态特性的方法 改善传感器的动态特性,也就是进行动态校准的根本目的。这可以从生产角度和使用角度两方面进行考虑: 1.生产角度———动态补偿模拟滤波器 对生产厂家而言,可以将调整好的模拟滤波器制成的专用芯片、传感器及其放大电路方便地封装起来,形成一体。这将从硬件上使得传感器的动态特性得到根本改善。它的优势在于使传感器的整体性能得以提高,而且运算速度快、体积小,可以达到快速响应和取得高分辨率。 2.使用角度———动态补偿数字滤波器 如果用户使用的传感器动态性能变坏,再采取动态补偿模拟滤波器的方法就不太可能了。在这种情况下,只能通过使用计算机,用软件的方法改善测试系统的动态性能。通过编写简单的补偿数字滤波器程序,就可以在没有增加硬件的条件下,使整个通道的动态性能大为改善。 对一般用户而言,常采用第二种方法,改善传感器的动态特性。 2.5动态校准实验数据处理方法 对传感器进行动态校准,既可以在时域,又可以在频域。由于多数传感器的动态校准是在时间域里进行的,例如用激光对温度传感器进行动态校准,用激光管做压力传感器的动态校准,用落锤装置做加速度传感器的动态校准等,所以下面介绍的数据处理方法是基于时域的情况。 1.发展历史 早期的数据处理方法多用Bow ersox和Carlson方法。后来,又出现了由过渡过程求频率特性的阶梯线性方法。快速付氏变换技术也是目前常用的一种方法。 2.目前常用方法
压力传感器误差及标定方法 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，它在传感器之家中排在第一位，可见其相当重要。我们通常使用的压力传感器主要是基于压电效应而制造出来。压力传感器的性能如何一方面在于合理进行压力传感器的误差补偿。它的误差来源主要是灵敏度误差、偏移量误差、线性误差和滞后误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。灵敏度误差，它的大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数，否则相反。在实际测量中，滞后误差一般忽略不计，除非在压力变化非常剧烈的场合。线性误差的来源在于传感器敏感器件物理非线性，如果传感器中含有放大器，它还需包括放大器的非线性误差。线性误差曲线可能是凹形的，也可能是凸形的。传感器标定可消除或极大地减小这些误差，而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数，而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用，而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。压力传感器的标定方法主要有：一点标定法：这种标定方法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差，这类标定方法通常称为自动归零。偏移量标定通常在零压力下进行，特别是在差动传感器中，因为在标称条件下差动压力通常为0。
选择标定压力：标定压力的选取决定其获取最佳精度的压力范围，标定点必须根据目标压力范围加以选择，而压力范围可以不与工作范围相一致。而灵敏度标定在数学模型中通常采用单点标定法进行。 三点标定法：线性误差通常都具有一致的形式，它可以通过计算典型实例的平均线性误差，确定多项式函数（a×2+bx+c）的参数而得到。确定了a、b和c后得到的模型对于相同类型的传感器都是有效的。该方法能在无需第3个标定点的情况下有效地补偿线性误差。 工程师在实际设计过程中，应根据精度需要，选择合适的标定方法，另外还需要考虑总的成本。
压力传感器的标定实验 为了确保测试仪器的精确度和灵敏度，保证测试仪器测量数据的误差不超出规定的范围，应进行测试仪器示值与标准值校对工作，这一工作过程称为对测试仪器的标定(或称为率定)。测试仪器的标定分为强制性检验和经常性自检。标定的方法可分为对单件测试仪器进行标定和对整个测试系统进行标定。 一、实验目的 学习结构试验常用力传感器原理、使用方法并掌握力传感器的标定。 二、实验仪器及设备 1 静态应变仪一台 2 空心圆管一个 3.电阻应变片，万用表，电烙铁，焊锡，游标卡尺等工具一套 三、实验原理 圆筒式力传感器 应变片粘贴在弹性体外壁应力均匀的中间部分，并均匀对称地粘贴多片。因为弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性有影响。所以对空心圆柱一般取H≥D－d＋l，式中H为圆柱体高度，D为圆柱外径，d为空心圆柱内径，l 为应变片基长。贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接，如图2－20所示，其特点是R1、R3串联，R2、R4串联并置于相对位置的臂上，以减少弯矩的影响。横向贴片作温度补偿用。柱式力传感器的结构简单，可以测量大的拉压力，最大可达107N。
（1）打座、清洗：试件表面处理，为了使应变片牢固地粘贴在试件表面上，必须将要贴片处的表面部分打磨，使之平整光洁。清洗使之无油污、氧化层、锈斑等。 （2）定位划线 （3）贴片：粘贴应变片，并压合，使粘合剂的厚度尽量减薄 （4）焊线：引线的焊接处固定以及防护与屏蔽处理等 （5）接桥路 （6）封装 (7)标定 结论:力与ε是呈线性关系的,使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度（精度）进行检测是符合标准的.
通过这次试验我了解到了一些有关传感器的知识，并且动手做了一个电测试验的力学传感器，我们八人合作共同完成了八个应变片的定位焊接工作。并且在老师的指导下完成了标定工作，而在这一过程中我们还是遇到了很多麻烦，例如贴片后线路太复杂，导致与承载体接触，标定时始终无法调零成功，这说明我们的动手能力还有待提高。而最终在我们的共同努力下解决了这一问题，并且很好的完成了实验，最终的标定结果显示我们的传感器做的非常成功，线性非常好。这让我们都非常有成就感，虽然有很多曲折，但我们取得了喜人的结果。这让我明白了合作是非常重要的。