傳感器原理及應(yīng)用第十章傳感器的標(biāo)準(zhǔn)第十章傳感器的標(biāo)準(zhǔn)10-1壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定10-2壓力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定一、激波管標(biāo)定裝置的工作原理二、傳感器動(dòng)態(tài)參數(shù)的確定方法10-3壓力傳感器的安裝及引壓管道的影響一、傳感器的安裝二、引壓管道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析下一頁(yè)上一頁(yè)第十章傳感器的標(biāo)準(zhǔn)任何一種傳感器在制造、裝配完畢后都必須對(duì)原設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行一系列試驗(yàn)，以確定傳感器的實(shí)際性能。傳感器的標(biāo)定，是通過(guò)試驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。同時(shí)確定出不使用條件下的誤差關(guān)系。標(biāo)定的基本方法是利用一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生的已知非電量作為輸入量，輸入至待標(biāo)定的傳感器中，得到傳感器的輸出量；然后將傳感器的輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量比較，從而得到一系列的標(biāo)定曲線。傳感器的標(biāo)定分靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種。靜態(tài)標(biāo)定主要于檢驗(yàn)、測(cè)試傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如靜態(tài)靈敏度、線性度、遲滯、重復(fù)性等；動(dòng)態(tài)標(biāo)定主要用于檢驗(yàn)、測(cè)試傳感器的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，如動(dòng)態(tài)靈敏度、頻率響應(yīng)等。本章僅以壓力傳感器為例來(lái)說(shuō)明傳感器的標(biāo)定方法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回10-1壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定目前常用的靜態(tài)標(biāo)定裝置有：活塞壓力計(jì)、杠桿式和彈簧測(cè)力計(jì)式壓力標(biāo)定機(jī)。如下圖式活塞壓力計(jì)對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定的示意圖。活塞壓力計(jì)由校驗(yàn)泵和活塞部分組成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回標(biāo)定時(shí)，把傳感器裝在連接螺冒上，然后，按照活塞壓力計(jì)的操作規(guī)程，轉(zhuǎn)動(dòng)壓力泵的手輪，使托盤(pán)上升到規(guī)定的刻線位置；按所亞求得壓力間隔，逐漸增加砝碼重量，使壓力計(jì)產(chǎn)生所需的壓力；同時(shí)用數(shù)字電壓表記下傳感器在相應(yīng)壓力下的輸出值。這樣就可以得到被標(biāo)定傳感器或測(cè)壓系統(tǒng)的輸出特性曲線。根據(jù)這條曲線可去定出所需要的各個(gè)靜態(tài)特性指標(biāo)。在實(shí)際測(cè)試中，為了去定整個(gè)測(cè)壓系統(tǒng)的輸出特性，往往需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。為了操作方便直接用標(biāo)準(zhǔn)壓力表讀取所加的壓力，測(cè)出整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)在各壓力下的輸出電壓值或示波器的港表位移量h，就可得到下面所示的壓力標(biāo)定曲線。上一頁(yè)下一頁(yè)返回左圖是杠桿壓力表定機(jī)的示意圖。標(biāo)定時(shí)，按要求的壓力間距，選定待表的壓力點(diǎn)數(shù)，按下式計(jì)算所需加的砝碼重量W式中P——要標(biāo)定的壓力；

S——壓電晶體片的面積；

a、b——杠桿臂長(zhǎng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回

把待標(biāo)定的壓力傳感器放置于上下支柱之間，調(diào)整上部螺桿到合適位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪手柄，使壓力計(jì)上移，給傳感器加力，由千分表讀出變形量，按壓力計(jì)的標(biāo)定表便可查得傳感器所受到的力F。按下式計(jì)算式中P——所需標(biāo)定之壓力；

S——傳感器的受力面積；上一頁(yè)下一頁(yè)返回10-2壓力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定對(duì)壓力傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，必須給傳感器加一個(gè)特性已知的校準(zhǔn)動(dòng)壓信號(hào)作為激勵(lì)源，從而得到傳感器的輸出信號(hào)，經(jīng)計(jì)算分析、速舉出里，即可確定傳感器的頻率特性。

動(dòng)態(tài)標(biāo)定的實(shí)質(zhì)是用試驗(yàn)的方法決定傳感器的動(dòng)參量。這種方法有兩種：第一種，以一個(gè)已知的階躍壓力信號(hào)激勵(lì)傳感器，使傳感器按自身的固有頻率振動(dòng)，并記錄下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而決定其動(dòng)態(tài)參量。第二種，以一個(gè)振幅和頻率已知、可調(diào)的正弦壓力信號(hào)激勵(lì)傳感器，根據(jù)記錄的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，決定傳感器的動(dòng)態(tài)特性。激波管法是比較常用的方法，它有三大特點(diǎn)：①壓力幅度范圍寬，便于改變壓力值②頻率范圍寬（2KHz～2.5MHz)③便于分析研究和數(shù)據(jù)處理

此外激波管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便可靠，標(biāo)定精度可達(dá)4％～5％。上一頁(yè)下一頁(yè)返回一、激波管標(biāo)定裝置的工作原理激波管標(biāo)定裝置系統(tǒng)圖如下，它由激波管、入射激波測(cè)速系統(tǒng)、標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)及氣源等四部分組成上一頁(yè)下一頁(yè)返回（一）激波管激波管是產(chǎn)生激波的核心部分，由高壓室1和高壓室2組成。1、2之間由鋁或者塑料膜片3隔開(kāi)，激波壓力的大小由膜片的厚度決定。標(biāo)定時(shí)根據(jù)要求對(duì)高、低壓室充以不同的壓縮空氣，低壓室一般為一個(gè)大氣壓力，對(duì)高壓室則充以高壓氣體。這個(gè)激波的波陣面壓力保持恒定，接近理想的階躍波，并以超音速?zèng)_向被標(biāo)定傳感器。傳感器在激勵(lì)下按固有頻率產(chǎn)生一個(gè)衰弱振蕩，如圖所示，用以確定其動(dòng)態(tài)特性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)下一頁(yè)返回（二）入射激波的測(cè)速系統(tǒng)

入射激波的測(cè)速系統(tǒng)由壓電式壓力傳感器6、7，測(cè)速前置級(jí)8及數(shù)字式頻率計(jì)9組成。若測(cè)得激波的前進(jìn)速度，便可確定馬赫數(shù)。測(cè)速前置極通常采用電荷放大器和限幅器給出幅值基本恒定的脈沖信號(hào)。數(shù)字頻率計(jì)若給出的時(shí)標(biāo)即可滿足要求，由兩個(gè)脈沖信號(hào)去控制頻率計(jì)開(kāi)、關(guān)門(mén)的時(shí)間，其入射激波的速度為式中激波通常以馬赫數(shù)表示，其定義為式中式中上一頁(yè)下一頁(yè)返回（三）標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)由被標(biāo)定的傳感器4、5，電荷放大器10及記憶示波器11等組成。被標(biāo)定傳感器可以放在側(cè)面位置上，也可以放在低段面上。由被標(biāo)定傳感器的信號(hào)，通過(guò)電荷放大器加到記憶示波器上記錄下來(lái)，以備分析計(jì)算，或通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，直接求得幅頻特性及動(dòng)態(tài)靈敏度。（四）氣源系統(tǒng)氣源系統(tǒng)由氣源12、氣壓表13及泄氣門(mén)14等組成。它是高壓氣體的產(chǎn)生源，通常采用壓縮空氣，壓力大小可由控制臺(tái)控制，由氣壓表監(jiān)視。完成測(cè)量后開(kāi)啟泄氣門(mén)14便可泄掉管內(nèi)氣體。然后對(duì)管內(nèi)進(jìn)行清理，更換膜片，以備下次使用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回二、傳感器動(dòng)態(tài)參數(shù)的確定方法下圖是傳感器對(duì)階躍壓力響應(yīng)曲線。由于它是輸出壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線，所以稱(chēng)為時(shí)域曲線。若傳感器振蕩周期是穩(wěn)定的，而且振蕩幅度有規(guī)律地單調(diào)減小，則傳感器可以近似地看成是單自由度地二階系統(tǒng)。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)下一頁(yè)返回10-3壓力傳感器的安裝及引壓管道的影響一、傳感器的安裝由于引壓管道本身的頻率特性響應(yīng)特性比較低，所以在測(cè)量快速變化的壓力時(shí)，應(yīng)該盡可能使傳感器直接與被測(cè)介質(zhì)接觸即采取齊平安裝。有時(shí)齊平安裝有困難，可能要采取附加管道安裝。除安裝以外，再有些標(biāo)定中還要主意溫度和震動(dòng)對(duì)傳感器的影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返回二、引壓管道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析用于估計(jì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量中管