傳感器的標定

傳感器的標定第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄簡介14.1傳感器的靜態(tài)特性標定14.2傳感器的動態(tài)特性標定14.3測振傳感器的標定14.4壓力傳感器的標定14.5濕度傳感器的標定及其設備本章小結2第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月簡介傳感器的標定分為靜態(tài)標定和動態(tài)標定兩種。靜態(tài)標定的目的是確定傳感器靜態(tài)特性指標，如線性度、靈敏度、滯后和重復性等。動態(tài)標定的目的是確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應、時間常數(shù)、固有頻率和阻尼比等。有時，根據(jù)需要也要對橫向靈敏度、溫度響應、環(huán)境影響等進行標定。3第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.1傳感器的靜態(tài)特性標定14.1.1靜態(tài)標準條件14.1.2標定儀器設備的精度等級的確定14.1.3靜態(tài)特性標定的方法4第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.1.1靜態(tài)標準條件傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標準條件下進行標定的。所謂靜態(tài)標準是指沒有加速度、振動、沖擊(除非這些參數(shù)本身就是被測物理量)及環(huán)境溫度一般為室溫(20±5℃)、相對濕度不大于85％，大氣壓力為1.01×105Pa的情況。5第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.1.2標定儀器設備的精度等級的確定對傳感器進行標定，是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定傳感器的各項性能指標，實際上也是確定傳感器的測量精度。在標定傳感器時，所用的測量儀器的精度至少要比被標定的傳感器的精度高一個等級。這樣，通過標定確定的傳感器的靜態(tài)性能指標才是可靠的，所確定的精度才是可信的。6第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.1.3靜態(tài)特性標定的方法對傳感器進行靜態(tài)特性標定，首先是創(chuàng)造一個靜態(tài)標準條件。其次是選擇與被標定傳感器的精度要求相適應一定等級的標定用的儀器設備。然后才能開始對傳感器進行靜態(tài)特性標定。

7第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月標定過程步驟如下：將傳感器全量程(測量范圍)分成若干等間距點；根據(jù)傳感器量程分點情況，由小到大逐點輸入標準值，并記錄下相對應的輸出值；將輸入值由大到小逐點減少下來，同時記錄下與各輸入值相對應的輸出值；按(2)、(3)所述過程，對傳感器進行正、反行程往復循環(huán)多次測試，將得到的輸出一輸入測試數(shù)據(jù)用表格列出或畫成曲線;對測試數(shù)據(jù)進行必要的處理，根據(jù)處理結果就可以確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復性等靜態(tài)持性指標。8第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.2傳感器的動態(tài)特性標定傳感器的動態(tài)標定主要是研究傳感器的動態(tài)響應；而與動態(tài)響應有關的參數(shù)，一階傳感器只有一個時間常數(shù)τ、二階傳感器則有固有頻率ωn和阻尼比ζ兩個參數(shù);9第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月一階傳感器前提：輸入信號為階躍信號結論：τ為z-t直線的斜率一階傳感器的階躍響應函數(shù)為：10第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月二階傳感器則有固有頻率ωn

和阻尼比ζ兩個參數(shù)輸入信號為階躍信號：11第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.3測振傳感器的標定14.3.1絕對標定法14.3.2比較標定法

12第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月測振傳感器的標定測振儀性能的全面標定只是在制造單位或研究部門進行．在一般使用單位和使用場合，主要是標定其靈敏度、頻率特性和動態(tài)線性范圍。標定和校準測振儀的方法很多從計算標準和傳遞的角度來看，可以分成兩類：一類是復現(xiàn)振動量值最高基準的絕對法，另一類是以絕對法標定的標準測振儀作為二等標準用比較法標定工作測振儀。按照標定時所用輸入量種類又可分為正弦振動法、重力加速度法、沖擊法和隨機振動法等。13第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.3.1絕對標定法我國目前的振動計量最高基準是采用激光光波長度作為振幅量值的絕對基準。由于激光干涉基準系統(tǒng)復雜昂貴，而且一經(jīng)安裝調試后就不能移動，因此需要作為二等標準的測振儀作為傳遞基準之用。14第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

14.3.2比較標定法這是一種最常使用的標定方法，即將被標的測振傳感器和標準測振傳感器相比較。標定時，將被標測振傳感器與標準傳感器一起安裝在標準振動臺上。為了使它們盡可能地靠近安裝以保證感受的振動量相同，常采用“背靠背”法安裝。設標準測振傳感器和被標測振傳感器在受到同一振動量時輸出分別為E0和E．已知標準測振傳感器的加速度靈敏度為Sk0，則被標測振傳感器的加速度靈敏皮Sk為:Sk=E·Sk0/E015第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.4壓力傳感器的標定簡介14.4.1動態(tài)標定壓力源14.4.2激波管標定法16第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月簡介用來作為動態(tài)測量的壓力傳感器除了按前述方法進行靜態(tài)標定外，還要進行某種形式的動態(tài)標定。動態(tài)標定要解決兩個問題：①要獲得一個令人滿意的周期或階躍的壓力源；②要可靠地確定上述壓力源所產(chǎn)生的真實的壓力一時間關系。17第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.4.1動態(tài)標定壓力源獲得動態(tài)標定壓力的方法很多，然而，必須注意，提供了動態(tài)壓力，并不等于提供了動態(tài)壓力標準，因為，為了獲得動態(tài)壓力標準，必須正確地知道有關壓力一時間關系，動態(tài)壓力源的分類如下：1．穩(wěn)態(tài)周期性壓力源2．非穩(wěn)態(tài)壓力源18第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)周期性壓力源峰值壓力可達70kg／cm2頻率可達到100Hz活塞缸筒靜態(tài)壓力源活塞與缸筒聲諧振器19第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.4.2激波管標定法

1一激波管的高壓室2一激波管的低壓室3一激波管的高低壓室間的膜版4一側面被標定的傳感器5—底面被標定的傳感器6、7一各為測速壓力傳感器8—測速前置級9一數(shù)字式頻率計10-測壓的前置級11—記壓記憶裝置12一氣源13—氣壓表14一泄氣門核心部件：激波管激波管標定裝置系統(tǒng)20第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月激波管當高、低壓室的壓力差達到一定程度時膜片破裂，高壓氣體迅速膨脹沖入低壓室，從而形成激波。這個激波的波陣面壓力保持恒定，接近理想的階躍波v并以超音速沖向被標定的傳感器。傳感器在激波的激勵下按固有頻率產(chǎn)生一個衰減振蕩。21第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月被標定的傳感器輸出波形22第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月14.5濕度傳感器的標定及其設備引言相對濕度的標定方法及設備絕對濕度的標定方法及設備23第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月引言

濕度敏感元件的感濕特征量與環(huán)境氣相濕度之間并不存在固定的定量關系，感濕特征量的測量值也不可能直接表征環(huán)境氣相濕度的確切數(shù)值。因此濕敏元件必須經(jīng)過定量標定，方可實用。濕敏元件定量標定的實質在于建立標準濕度發(fā)生器，提供準確的濕度源。由于氣相濕度的高低受溫度、壓力、介質的性質、容孔的材質和系統(tǒng)的狀況等眾多因素的影響，所以建立標準濕度發(fā)生器和恒濕源決非易事，其困難和復雜的程度甚至大大超過了濕度敏感元件本身的制作。24第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月相對濕度的標定方法及設備干濕球法飽和鹽溶液法雙壓法分流法25第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月干濕球法

1750年，Richman發(fā)現(xiàn)，當溫度計的溫泡上有水時，它所指示的溫度低于周圍空氣的溫度，這一偶然的發(fā)現(xiàn)引起了人們的注意。經(jīng)研究，查明這種致冷現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于水蒸發(fā)的結果。早期的研究者發(fā)現(xiàn)，干球和濕球的溫度差，即干濕差，不僅取決于溫度和空氣中的水份含量，而且還和濕球表面空氣的疏速有關，因而被命名為通風干濕表。1799年Lesslie利用干濕球法的測濕原理制造了一種濕度計，1836年Manson使這種濕度計商品化。26第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月干濕球法的測濕原理結構：一根U型管連接的兩個玻璃球組成，一個球染成藍色，另一個球不上色，并用濕紗布包裹。U型管內裝帶色的硫酸，玻璃球起氣體溫度計的作用。原理：由于蒸發(fā)，濕球的溫度下降，其中的氣體收縮，因此引起U型管內著色液體的位移，其高度的變化反應了濕球的蒸發(fā)率，而我們知道，蒸發(fā)率與濕度是相關的，因此液體的位移可以作為空氣的濕度。27第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和鹽溶液法它可提供工作標準濕度，在0℃以上對濕度敏感元件進行定量標定。根據(jù)拉烏爾定律，溶質的溶解降低了該溫度下溶液的氣壓，當溶解鹽達列飽和時，在給定溫度下整個溶液的平衡蒸氣壓最小并保持恒定。利用在封閉容器中飽和鹽溶液的平衡蒸氣壓作為標準濕度。該濕度的高低，由飽如鹽溶液的種類和平衡溫度所決定。28第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月飽如鹽溶液的相對濕度為什么溫度上升，相對濕度都變?。▽ν环N飽如鹽溶液而言）？29第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月雙壓法高壓(Ps)干燥空氣經(jīng)過二級串聯(lián)水飽合器，在恒定溫度下達到充分飽合，經(jīng)充分熱交換后，等溫（或非等溫）膨脹到較低壓力(Pt)下的器件標定室內。此時標定室內的相對濕度，可表示為膨脹前后的二種絕對壓力之比：等溫條件下：非等溫條件下：Pws、Pwt分別為水飽和器和標定室所處溫度下的飽和水汽壓30第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月實際情況下的修正由于水不是理想氣體，所以需要修正；K為修正系數(shù)(k=0.00017)31第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月分流法濕度發(fā)生器通過采用純水汽或飽和濕空氣同干氣混合的方法可以獲得已知濕度的氣體。E.Gluckauf在研究吸收濕度計性能時首先使用了這種方法。這是一種較早發(fā)展起來的同時又是當前濕度計量中廣泛使用的工作標準之一，其主要的優(yōu)點是量程寬、量值變換快。這在濕敏元件的研制和生產(chǎn)迅速發(fā)展、對其動態(tài)性能要求日高、檢定量日益繁重的今天，人們對它越來越感興趣是必然的。32第32頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理比例閥V將來自干氣源(一般是干空氣)的氣體按一定的比例分成兩部分。一路進入飽和器s，被混合的氣流在混合室中同另一股干氣混合，而后進入試驗腔，最后排入大氣。飽和器、混合室和試驗腔浸在同一個恒溫槽中。試驗腔中的相對濕度是下列因素的函數(shù)：（1）通過飽和器的空氣