1、傳感器的標定與選用一、傳感器的標定 新研制或生產的傳感器需要對其技術性能進行全面的檢定，以確定其基本的靜、動態特性，包括靈敏度、重復性、非線性、遲滯、精度及固有頻率等。 例如，對于一個壓電式壓力傳感器，在受力后將輸出電荷信號，即壓力信號經傳感器轉換為電荷信號。但是，究竟多大壓力能使傳感器產生多少電荷呢？換句話說，我們測出了一定大小的電荷信號，但它所表示的加在傳感器上的壓力是多大呢？這個問題只靠傳感器本身是無法確定的，必須依靠專用的標準設備來確定傳感器的輸入輸出轉換關系，這個過程就稱為標定。簡單地說，利用標準器具對傳感器進行標度的過程稱為標定。具體到壓電式壓力傳感器來說，我們用專用的標定設備，如

2、活塞式壓力計，產生一個大小已知的標準力，作用在傳感器上，傳感器將輸出一個相應的電荷信號，這時，再用精度已知的標準檢測設備測量這個電荷信號，得到電荷信號的大小，由此得到一組輸入輸出關系，這樣的一系列過程就是對壓電式壓力傳感器的標定過程，如圖1所示。圖1壓電式壓力傳感器輸入輸出關系 校準在某種程度上說也是一種標定，它是指傳感器在經過一段時間儲存或使用后，需要對其進行復測，以檢測傳感器的基本性能是否發生變化，判斷它是否可以繼續使用。因此，校準是指傳感器在使用中或存儲后進行的性能復測。在校準過程中，傳感器的某些指標發生了變化，應對其進行修正。標定與校準在本質上是相同的，校準實際上就是再次的標定，因此，

3、下面都以標定為例作介紹。1、 標定的基本方法 標定的基本方法是，利用標準設備產生已知的非電量(如標準力、位移、壓力等)，作為輸入量輸入到待標定的傳感器，然后將得到的傳感器的輸出量與輸入的標準量作比較，從而得到一系列的標定數據或曲線。例如，上述的壓電式壓力傳感器，利用標準設備產生已知大小的標準壓力，輸入傳感器后，得到相應的輸出信號，這樣就可以得到其標定曲線，根據標定曲線確定擬合直線，可作為測量的依據，如圖2所示。有時，輸入的標準量是由標準傳感器檢測而得到的，這時的標定實質上是待標定傳感器與標準傳感器之間的比較，如圖3所示。輸入量發生器產生的輸入信號同時作用在標準傳感器和待標定傳感器上，根據標準傳

4、感器的輸出信號可確定輸入信號的大小，再測出待標定傳感器的輸出信號，就可得到其標定曲線。 圖2 壓電式壓力傳感器的標定曲線與擬合直線 圖3 標準傳感器進行標定的方法2、標定系統的組成 傳感器的標定系統一般由以下幾個部分組成： （1）被測非電量的標準發生器； （2）被測非電量的標準測試系統。例如，活塞式壓力計標準壓力標準壓力傳感器，測力機標準力標準力傳感器，恒溫源標準溫度標準溫度計。 （3）待標定傳感器所配接的信號檢測設備，如信號調節器和顯示器、記錄器等。因為所配接的檢測儀器也作為標準測試設備使用，因此，其精度應是已知的。為保證標定的精度和可靠性，在標定過程中應注意這樣幾個問題： （1） 為保證量

5、值的準確一致，標定應按計量部門規定的規程和管理辦法進行，只能用上一級精度的標準裝置來標定下一級精度的傳感器。 （2）工程測試中所用的傳感器，應在與其使用條件相似的環境下進行標定，以獲得較可靠的標定精度。 （2）為提高標定精度，可將傳感器與其配用的電纜、濾波器、放大器等測試系統一起標定。（4）有些傳感器標定時，應按傳感器規定的安裝條件進行安裝。 3、傳感器的靜態標定及設備傳感器的靜態標定主要用于檢驗、測試傳感器的靜態特性指標，如靜態靈敏度、非線性、滯后、重復性等。對不同功能的傳感器需要不同的標定設備，即使同一種傳感器，由于精度等級要求不同，標定設備也不同。例如，力標定設備有測力砝碼、拉(壓)式測

6、力計等；壓力標定設備有活塞式壓力計、水銀壓力計、麥氏真空計等；位移標定設備有深度尺、千分尺、塊規等；溫度標定設備有鉑電阻溫度計、熱電偶、基準光電高溫比色儀等。 傳感器的動態標定及設備 傳感器的動態標定主要用于檢驗、測試傳感器的動態特性，如動態靈敏度、頻率響應和固有頻率等。對傳感器進行動態標定，需要對它輸入一個標準激勵信號，常用的是周期函數中的正弦波以及瞬變函數中的階躍波。傳感器動態標定設備主要是指動態激振設備，低頻下常使用激振器，如電磁振動臺、低頻回轉臺、機械振動臺、液壓振動臺等，一般采用振動臺產生簡諧振動來作為傳感器的輸入量。對某些高頻傳感器的動態標定，采用正弦激勵法標定時，很難產生高頻激勵

7、信號，一般采用瞬變函數激勵信號，這時就要用激波管來產生激波。二、傳感器的選用 現代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據具體的測量目的、測量對象以及測量環境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1.根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型 要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮

8、以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。2.靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。傳感器的靈敏度是有方

9、向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3.頻率響應特性 傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械系統的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態測量中，應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差。4.線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定

10、值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。5.穩定性 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩定性。影響傳感器長期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其使用環境進行調查，并根據具體的使用環境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環境的影響。傳感器的穩定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。6.精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統測量精度的一個重要環節。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，不必