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。
有时，输入的标准量是由标准传感器检测而得到的，这时的标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较，如图1-21所示。输入量发生器产生的输入信号同时作用在标准传感器和待标定传感器上，根据标准传感器的输出信号可确定输入信号的大小，再测出待标定传感器的输出信号，就可得到其标定曲线。
图1-20 压电式压力传感器的标定曲线与拟合直线 图1-21 用标准传感器进行标定的方法 1．7．3 标定系统的组成
传感器的标定系统一般由以下几个部分组成：
① 被测非电量的标准发生器；
② 被测非电量的标准测试系统。
例如，活塞式压力计???→产生标准压力←???测量标准压力传感器，
测力机???→产生标准力←???测量标准力传感器，恒温源???→产生标准温度←???测量
标准温度计。
③ 待标定传感器所配接的信号检测设备，如信号调节器和显示器、记录器等。因为所配接的检测仪器也作为标准测试设备使用，因此，其精度应是已知的。
为保证标定的精度和可靠性，在标定过程中应注意这样几个问题：
① 为保证量值的准确一致，标定应按计量部门规定的规程和管理办法进行，只能用上一级精度的标准装置来标定下一级精度的传感器。
② 工程测试中所用的传感器，应在与其使用条件相似的环境下进行标定，以获得较可靠的标定精度。
③ 为提高标定精度，可将传感器与其配用的电缆、滤波器、放大器等测试系统一起标定。
④ 有些传感器标定时，应按传感器规定的安装条件进行安装。
1．7．4 传感器的静态标定及设备
传感器的静态标定主要用于检验、测试传感器的静态特性指标，如静态灵敏度、非线性、滞后、重复性等。
对不同功能的传感器需要不同的标定设备，即使同一种传感器，由于精度等级要求不同，标定设备也不同。例如，力标定设备有测力砝码、拉(压)式测力计等；压力标定设备有活塞式压力计、水银压力计、麦氏真空计等；位移标定设备有深度尺、千分尺、块规等；温度标定设备有铂电阻温度计、热电偶、基准光电高温比色仪等。
1．7．5 传感器的动态标定及设备
传感器的动态标定主要用于检验、测试传感器的动态特性，如动态灵敏度、频率响应和固有频率等。对传感器进行动态标定，需要对它输入一个标准激励信号，常用的是周期函数中的正弦波以及瞬变函数中的阶跃波。
传感器动态标定设备主要是指动态激振设备，低频下常使用激振器，如电磁振动台、低频回转台、机械振动台、液压振动台等，一般采用振动台产生简谐振动来作为传感器的输入量。对某些高频传感器的动态标定，采用正弦激励法标定时，很难产生高频激励信号，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。
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。
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。
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
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。
压力传感器原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一．压力传感器原理 一些常用传感器原理及其应用: 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构 1、应变片压力传感器原理 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω?cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长
力传感器标定及称重实验指导书 一. 实验目的 通过本实验了解和掌握力传感器的测量原理和方法。 二. 力传感器工作原理简介 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图1所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是电压差。 图1 惠斯通电桥 本实验采用的电阻应变计采用的是惠斯通全桥电路，当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，产生电压输出，经采样后送到计算机由DRVI快速可重组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差，不可能保证每一个电桥的电阻阻值和斜率保持一致。所以，传感器在使用之前必须要经过线性校正，这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量，与真实质量之间是一种线性关系，需要由标定来得到这个关系。 图2力传感器实物 在实验中采用的力传感器是LYB-5-A型应变力传感器具有精度高、复现性好的特点。其外形见图2。需要特别强调的是：由于力传感器的过载能力有限（150%），所以，在实际使用过程中应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，极易导致传感器因过载而损坏！ 三. 实验仪器和设备 1. DRVI可重组虚拟实验开发平台1套 2. 蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2）1套 3. 开关电源（LDY-A）1套 4. 称重台1个 四. 实验步骤及内容 1. 将称重台的传感器输出线与实验台上对应的接口相连。 2. 启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从DRVI工具栏和快捷工具条中启动“DRVI微型Web服务器”和“内置的Web服务器”，开始监听8600和8500端口。 3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI客户端程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联
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）
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。
实验二十二力传感器标定及称重实验 一. 实验目的 1. 通过本实验了解和掌握力传感器的测量原理和方法。 二. 力传感器工作原理简介 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图22.1所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是电压差。 图22.1 惠斯通电桥 本实验采用的电阻应变计采用的是惠斯通全桥电路，当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，产生电压输出，经采样后送到计算机由drvi快速可重组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差，不可能保证每一个电桥的电阻阻值和斜率保持一致。所以，传感器在使用之前必须要经过线性校正，这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量，与真实质量之间是一种线性关系，需要由标定来得到这个关系。 图22 .2力传感器实物 在实验中采用的力传感器是lyb-5-a型应变力传感器具有精度高、复现性好的特点。其外形见图22.2。需要特别强调的是：由于力传感器的过载能力有限（150%），所以，在实际使用过程中应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，极易导致传感器因过载而损坏！ 三. 实验仪器和设备 1. drvi可重组虚拟实验开发平台1套 2. 蓝津数据采集仪（ldaq-epp2）1套 3. 开关电源（ldy-a）1套 4. 称重台1个 四. 实验步骤及内容 1. 将称重台的传感器输出线与实验台上对应的接口相连。
2. 启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“drvi采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从drvi工具栏和快捷工具条中启动“drvi微型web服务器”和“内置的web服务器”，开始监听8600和8500端口。 3. 打开客户端计算机，启动计算机上的drvi客户端程序，然后点击drvi快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“drvi局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器ip地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。 4. 在drvi软件平台的地址信息栏中输入如下信息“http://服务器ip地址:8600/gccslab/index.htm”，打开web版实验指导书，在实验目录中选择“力传感器标定及称重”实验，按实验原理和要求设计该实验。 5. 选择附录中该实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件贴入drvi软件平台，如图22.3所示。 图22.3应变式力传感器称重实验（服务器） 6. 首先进行传感器的标定：用标准砝码测定k，b值，取两个点（即分别用两个不同的砝码），计算出k，b的值作为标定结果。具体操作过程为：点击面板上的“运行”按钮，在载物台上放置一个标准砝码100克（或其他大小），然后输入“100（或其他值）”到“试载参数x1”输入框中，然后点击“标定1” 按钮记录下第一点的值；改变砝码的质量，比如300质量的砝码，输入“300”到“试载参数x2”输入框中，然后点击“标定2”按钮记录下第二点的值；再点击“标定结果”按钮，得到k,b标定值。 7. 标定完毕，即可进行物体测量。将所测物体放在载物台上，然后点击“实测质量”按钮，得到被测物体质量值。再改变质量块的大小，观察和分析计算结果。 8. 对于客户端，在服务器端进行标定及计算的同时，客户端也同步进行同样的操作，即在服务器端进行“标定1”参数读取的同时，客户端也进行“标定1”参数的读取，在服务器端进行“标定2”参数读取的同时，客户端也进行“标定2”参数的读取，然后完成标定计算过程及质量测量过程。
《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。
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。
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。
PV DF压力传感器的动态灵敏度校准 曾 辉,余尚江,杨吉祥,丁世敬 (总参工程兵科研三所,河南洛阳471023) 摘 要:利用霍普金森压杆装置(SHPB),对PVDF压力传感器进行了动态校准,给出了校准拟合直线方程和线性度。校准结果表明,霍普金森压杆装置是目前PVDF压力传感器较为理想的动态灵敏度校准设备;在较宽的压力范围内(0～240MPa),PVDF压力传感器输出灵敏度随压力增加缓慢降低,线性度约±3.0%FS。 关键词:聚偏氟乙烯;压力传感器;霍普金森压杆;动态校准;灵敏度;线性度 中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2003)10-0039-03 C alibration of dynamic sensitivity of PV DF pressure transducer ZEN G2Hui,YU Shang2jiang,YAN G Ji2xiang,DIN G Shi2jing (The Third Science and T echnology I nstitute of E ngineering Corps,G eneral Staff,PLA,Luoyang471023,China) Abstract:The dynamic sensitivity of polyvinylidene fluoride(PVDF)pressure transducer is calibrated by Split2 Hopkinson pressure bar(SHPB).The calibration curve equation and linearity of transducer are given.The cali2 bration results show that SHPB is a suitable device for dynamic sensitivity calibration of PVDF pressure transducer,and the sensitivity of PVDF pressure transducer decreases with the increase of pressure applied to it in the scope of0～240MPa with linearity of±3.0%FS. K ey w ords:polyvinylidene fluoride(PVDF);pressure transducer;Split2Hopkinson pressure bar(SHPB); dynamic calibration;sensitivity;linearity 0 前 言 自从1969年Kawai发现极化的聚偏氟乙烯(PVDF)呈现很强的压电效应以来,PVDF压电薄膜及以其为敏感元件的传感器在加速度、应变、声波和无损监测等各个方面得到越来越广泛的应用。近年来,利用PVDF具有超薄、高韧性、简单、实用、性价比高等特点,成功地研制了PVDF压力传感器,用来测量强冲击荷载条件下岩土类介质中压力(含应力)。该传感器是把PVDF片(成品)粘固在厚不锈钢板上,两极焊接低噪声电缆传输线,在引线处进行密封防潮处理,利用PVDF在相当石英晶体的光轴方向的正压电效应,把压力变化线性地转换成电荷量的变化。 PVDF压力传感器只能测量动态压力,给定其动态灵敏度较之静态灵敏度更有实际意义。目前压力传感器的动态校准设备有激波管,它能提供上升时间极短的阶跃压力,对分析传感器的动态特性是很理想的,但其最大校准压力仅几MPa,另外还有落体冲击台或流体压力速卸装置等,这类设备的最大标准压力可大于200MPa,但动压力的上升时间一般为ms量级。本文采用研究材料动力学性能的压杆装置,在压力上升时间为0.05～0.16ms,最大校准压力达240MPa的条件下,对PVDF压力传感器进行动态校准。 1 校准方法 动态校准在Φ100mm霍普金森压杆装置(SHPB)上进行,如图1所示。图中输入杆和输出杆两端面紧靠在一起,一组(6片)PVDF片用502胶均布粘贴在输出杆的端面上,片的引线端子伸出在杆圆周面之外。气炮中迅速释放的高压气体驱动炮弹撞击输入杆,在输入杆中产生一维平面压缩应力波,应力波经输入杆由被校准的PVDF片传递到输出杆。 收稿日期:2003-05-2493 2003年第22卷第10期 传感器技术(Journal of Transducer Technology)
2009年第10期 科学大众·科学教育 Popular Science 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： 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。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。 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。 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。对于纯传感器，偏移量标 定则要困难一些，因为它要么需要一个压力读取系统，用以测量 其在环境大气压力条件下的标定压力值，要么需要获取期望压力的压力控制器。
实验一压力传感器的标定 一.实验目的： 1.掌握电阻式压力传感器的静态标定原理及标定方法。 2.了解电阻应变式传感器的标定 二.实验器材： 1.活塞式压力机 2.标准压力表 3.被标记的压力传感器 4.数字万用表 5.标准砝码 6.工作液体 7记忆示波器 8.电荷放大器 三.实验原理 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，是指给定多个不同的压力点，获取相应的压力传感器的输出电压读数，并形成一条静态标定曲线。标定曲线的直线段就是压力传感器的工作范围，直线段的斜率就是传感器的比例系数。通过一系列的标定曲线可以得到其静态特性指标：非线性、迟滞、重复性和精度等。 活塞式压力计机构原理，就是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，测量活塞将被顶起而稳定在活塞筒内的任意平衡位置上，这是有压力平衡关系： P=(m+m0)g/A P为系统内的工作液体压力 m与m0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。
四.实验步骤： 1. 熟悉记忆示波器，看清各个调节旋钮的位置,对照说明书了解： （1）调节电压量程、时间量程方法； （2）触发方式、触发电平, 触发位置等的设置方法; （3）用光标读取电压, 时间值的方法; （4）用TDS-210数据处理程序采集数据的方法. 以上方法的要点将在下面的实验步骤中说明. 2 .熟悉电荷放大器,看清面板上各种按钮的位置 （1）灵敏度设置、输出设置方法； （2）下限、上限频率设置方法。 以上方法的要点将在下面的试验步骤中说明 3 .熟悉活塞式压力计 （1）打开油杯阀门，向外旋转活塞把油吸入活塞，关闭油杯阀门，向内旋转活塞，压力表显示已加载压力。 （2）用砝码可以更精确表示压力。关闭压力表处活塞,打开连接砝码盘的活塞, 在砝码盘上