1.3　传感器的标定和校准

传感器的标定是指通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系，同时确定出不同使用条件下的误差关系。

传感器的标定工作可分为如下两个方面。

新研制的传感器需进行全面技术性能的检定，用检定数据进行量值传递，同时检定数据也是改进传感器设计的重要依据。

经过一段时间的储存或使用后，对传感器的复测工作。

传感器的标定分为静态标定和动态标定两种。静态标定的目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、迟滞特性和重复性等。动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。

1.传感器的静态标定

1）静态标准条件　没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量），环境温度一般为室温20℃±5℃，相对湿度不大于85%RH，大气压力为（101±7）kPa。

2）标定仪器设备准确度等级的确定　对传感器进行标定，就是根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量准确度。标定传感器时，所用的测量仪器的准确度至少要比被标定的传感器的准确度高一个等级。这样，通过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的，所确定的准确度才是可信的。

3）静态标定的方法　静态特性的标定过程可按以下步骤进行。

（1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点。

（2）根据传感器量程分点情况，由小到大逐点输入标准量值，并记录与各输入值相对应的输出值。

（3）由大到小逐点输入标准量值，同时记录与各输入值相对应的输出值。

（4）按步骤（2）和步骤（3）所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输入-输出测试数据用表格列出或画成曲线。

（5）对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、迟滞特性和重复性等静态特性指标。

2.传感器的动态标定

传感器的动态特性主要是研究传感器的动态响应，以及与动态响应相关的参数。一阶传感器只有一个时间常数，二阶传感器则有固有频率ωn和阻尼比ξ两个参数。

标准激励信号是阶跃变化和正弦变化的输入信号。一阶传感器的单位阶跃响应函数为

则上式可变为

图1-12所示为一阶传感器时间常数的测定。图中，z与时间t成线性关系，且=Δt/Δz，可以根据测得的y（t）值作出z-t曲线，并根据Δt/Δz的值获得时间常数。

如图1-13所示，二阶欠阻尼传感器（ξ＜1）的单位阶跃响应为

最大超调量与阻尼比的关系为

因此，测得M后，便可根据下式求得阻尼比：

如果测得阶跃响应的较长瞬变过程，则可利用任意两个过冲量Mi和Mi+n求得阻尼比ξ：

式中：δn=；n是这两个峰值相隔的周期数（整数）。

当ξ＜0.1时，以1代替，此时不会产生过大的误差（不大于0.6%），则可用下式计算ξ：

若传感器是精确的二阶传感器，则n值采用任意正整数所得的ξ值不会有差别。反之，若n取不同值可获得不同的ξ值，则表明该传感器不是线性二阶系统。

根据响应曲线测出振动周期Td，则有阻尼的固有频率ωd为

无阻尼固有频率ωn为

利用正弦输入，测定输出与输入的幅值比和相位差，以此来确定传感器的幅频特性和相频特性，然后根据幅频特性，可求得一阶传感器的时间常数和欠阻尼二阶传感器的固有频率和阻尼比，如图1-14所示。