傳感器原理及應用第十章傳感器的標準第十章傳感器的標準10-1壓力傳感器的靜態標定10-2壓力傳感器的動態標定一、激波管標定裝置的工作原理二、傳感器動態參數的確定方法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、引壓管道的動態響應分析下一頁上一頁第十章傳感器的標準任何一種傳感器在制造、裝配完畢后都必須對原設計指標進行一系列試驗，以確定傳感器的實際性能。傳感器的標定，是通過試驗建立傳感器輸入量與輸出量之間的關系。同時確定出不使用條件下的誤差關系。標定的基本方法是利用一種標準設備產生的已知非電量作為輸入量，輸入至待標定的傳感器中，得到傳感器的輸出量；然后將傳感器的輸出量與輸入的標準量比較，從而得到一系列的標定曲線。傳感器的標定分靜態標定和動態標定兩種。靜態標定主要于檢驗、測試傳感器的靜態特性指標，如靜態靈敏度、線性度、遲滯、重復性等；動態標定主要用于檢驗、測試傳感器的動態特性指標，如動態靈敏度、頻率響應等。本章僅以壓力傳感器為例來說明傳感器的標定方法。上一頁下一頁返回10-1壓力傳感器的靜態標定目前常用的靜態標定裝置有：活塞壓力計、杠桿式和彈簧測力計式壓力標定機。如下圖式活塞壓力計對壓力傳感器進行標定的示意圖?；钊麎毫τ嬘尚ｒ灡煤突钊糠纸M成。上一頁下一頁返回標定時，把傳感器裝在連接螺冒上，然后，按照活塞壓力計的操作規程，轉動壓力泵的手輪，使托盤上升到規定的刻線位置；按所亞求得壓力間隔，逐漸增加砝碼重量，使壓力計產生所需的壓力；同時用數字電壓表記下傳感器在相應壓力下的輸出值。這樣就可以得到被標定傳感器或測壓系統的輸出特性曲線。根據這條曲線可去定出所需要的各個靜態特性指標。在實際測試中，為了去定整個測壓系統的輸出特性，往往需要進行現場標定。為了操作方便直接用標準壓力表讀取所加的壓力，測出整個測試系統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定曲線。上一頁下一頁返回左圖是杠桿壓力表定機的示意圖。標定時，按要求的壓力間距，選定待表的壓力點數，按下式計算所需加的砝碼重量W式中P——要標定的壓力；

S——壓電晶體片的面積；

a、b——杠桿臂長。上一頁下一頁返回

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

S——傳感器的受力面積；上一頁下一頁返回10-2壓力傳感器的動態標定對壓力傳感器進行動態標定，必須給傳感器加一個特性已知的校準動壓信號作為激勵源，從而得到傳感器的輸出信號，經計算分析、速舉出里，即可確定傳感器的頻率特性。

動態標定的實質是用試驗的方法決定傳感器的動參量。這種方法有兩種：第一種，以一個已知的階躍壓力信號激勵傳感器，使傳感器按自身的固有頻率振動，并記錄下運動狀態，從而決定其動態參量。第二種，以一個振幅和頻率已知、可調的正弦壓力信號激勵傳感器，根據記錄的運動狀態，決定傳感器的動態特性。激波管法是比較常用的方法，它有三大特點：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便于分析研究和數據處理

此外激波管結構簡單，使用方便可靠，標定精度可達4％～5％。上一頁下一頁返回一、激波管標定裝置的工作原理激波管標定裝置系統圖如下，它由激波管、入射激波測速系統、標定測量系統及氣源等四部分組成上一頁下一頁返回（一）激波管激波管是產生激波的核心部分，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，激波壓力的大小由膜片的厚度決定。標定時根據要求對高、低壓室充以不同的壓縮空氣，低壓室一般為一個大氣壓力，對高壓室則充以高壓氣體。這個激波的波陣面壓力保持恒定，接近理想的階躍波，并以超音速沖向被標定傳感器。傳感器在激勵下按固有頻率產生一個衰弱振蕩，如圖所示，用以確定其動態特性。上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回（二）入射激波的測速系統

入射激波的測速系統由壓電式壓力傳感器6、7，測速前置級8及數字式頻率計9組成。若測得激波的前進速度，便可確定馬赫數。測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。數字頻率計若給出的時標即可滿足要求，由兩個脈沖信號去控制頻率計開、關門的時間，其入射激波的速度為式中激波通常以馬赫數表示，其定義為式中式中上一頁下一頁返回（三）標定測量系統標定系統由被標定的傳感器4、5，電荷放大器10及記憶示波器11等組成。被標定傳感器可以放在側面位置上，也可以放在低段面上。由被標定傳感器的信號，通過電荷放大器加到記憶示波器上記錄下來，以備分析計算，或通過計算機進行數據處理，直接求得幅頻特性及動態靈敏度。（四）氣源系統氣源系統由氣源12、氣壓表13及泄氣門14等組成。它是高壓氣體的產生源，通常采用壓縮空氣，壓力大小可由控制臺控制，由氣壓表監視。完成測量后開啟泄氣門14便可泄掉管內氣體。然后對管內進行清理，更換膜片，以備下次使用。上一頁下一頁返回二、傳感器動態參數的確定方法下圖是傳感器對階躍壓力響應曲線。由于它是輸出壓力與時間的關系曲線，所以稱為時域曲線。若傳感器振蕩周期是穩定的，而且振蕩幅度有規律地單調減小，則傳感器可以近似地看成是單自由度地二階系統。

上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回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特性比較低，所以在測量快速變化的壓力時，應該盡可能使傳感器直接與被測介質接觸即采取齊平安裝。有時齊平安裝有困難，可能要采取附加管道安裝。除安裝以外，再有些標定中還要主意溫度和震動對傳感器的影響。上一頁下一頁返回二、引壓管道的動態響應分析用于估計動態壓力測量中管