第章检测系统

欲使测量结果具有普遍的科学意义，测量系统应当是经过检验的。标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程称为标定。输入到测量系统中的已知量是静态量还是动态量，标定分静态标定和动态标定。

11传感器与检测仪器的标定211传感器与检测仪器的标定静态标定的目的是确定传感器或检测仪器的静态特性指标．如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定的目的是确定传感器或检测仪器的动态特性参数．如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。311.1传感器或检测仪器的静态标定静态标准条件静态标准条件是指没有加速度、振动、冲击(除非这些参数本身就是被测物理量)及环境温度一般为室温(20±5)℃．相对湿度不大于85％。大气压力为(101±7)kPa的情况。标定仪器设备(标准量具)精度等级的确定标准量具的精度等级比被标定传感器至少高一个等级；411.1传感器或检测仪器的静态标定静态标准条件确定传感器静态指标，主要是线性度、灵敏度、迟滞和重复性。传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的，主要用于检验、测试其静态特性指标。静态标准条件主要包括没有加速度、振动、冲击（除参数本身是被测量）及环境温度（一般为室温20℃±5℃）、相对湿度不大于85％、气压为（101±7）kPa等条件。一般的静态标定包括如下步骤：

（1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点。511.1传感器或检测仪器的静态标定（2）根据传感器量程分点情况，由小到大、逐点递增输入标准量值，并记录与各点输入值相对应的输出值。（3）将输入量值由大到小、逐点递减，同时记录下与各点输入值相对应的输出值。（4）按上述步骤（2）、（3）所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次（一般为3～10次）测试，将得到的输出-输入测试数据用表格列出或画成曲线。（5）对测试数据进行必要处理。输入已知标准非电量，测出传感器的输出，给出标定曲线、标定方程和标定常数，计算灵敏度、线性度、滞差、重复性等静态特性指标。611.2传感器或检测仪器的动态标定传感器或检测仪器的动态标定主要是研究传感器或检测仪器的动态响应。与动态响应有关的参数：一阶系统只有一个时间常数τ，二阶系统则有固有频率ωn和阻尼比ζ两个参数。7一阶传感器或检测仪器的单位阶跃响应（如图1-15）11.2传感器或检测仪器的动态标定图1-15一阶传感器的阶跃响应(a)单位阶跃信号；(b)一阶传感器阶跃响应曲线

一、一阶传感器的动态标定确定时间常数

对于一阶测量系统，测得阶跃响应后，取输出值达到最终值63.2%所经过的时间作为时间常数。只用到一个实验数据。

811.2传感器或检测仪器的动态标定★存在的问题：没有涉及响应的全过程，测量结果的可靠性仅仅取决某些个别的瞬时值，尤其是零点不好确定，其次是动态测量中存在随机噪声的影响，必然影响到读数误差。★改进方法：一阶测量系统的阶跃响应函数为911.2传感器或检测仪器的动态标定图11-1

若改写上式为：1y(t)=et/作z~t曲线，根据t/z值由此确定时间常数，这种方法考虑了传感器瞬态响应的全过程。如图11-1所示。式中，z=ln1y(t)

上式表明z和时间t成线性关系,并且有τ=Δt/Δz

（如图11-1）令

二、二阶传感器的动态标定

确定传感器的阻尼比和固有频率n

。欠阻尼二阶传感器的阶跃响应（如图11-2）图11-2二阶传感器(1)的阶跃响应11.2传感器或检测仪器的动态标定

y(t)以d=n√1–2作衰减振荡，按照求极值的方法可得各振荡峰值对应的时间tp=0，/d，2/d，……，将t=/d代入y(t)的表达式，可得最大过冲量M

或测得M，由上式或图11-3，可求阻尼比；由标定测得的tp

，得d

，n。11.2传感器或检测仪器的动态标定11.2传感器或检测仪器的动态标定图11-3-M曲线

如果测得阶跃响应有较长瞬变过程，还可利用任意两个过调量和来求得阻尼比，其中n为两峰值相隔的周期（整数）。设峰值对应的时间为ti，则峰值对应的时间为将它们代入欠阻尼二阶系统单位阶跃响应计算式，可得整理后可得式中(11-5)11.2传感器或检测仪器的动态标定14当ζ<0.1时,若考虑以l代替，，则也可以利用正弦信号输入，测定传感器输出与输入的幅值比和相位差来确定传感器的幅频特性和相频特性，然后根据幅频特性分别按图11-4和11-5来求一阶传感器的时间常数和欠阻尼二阶传感器的阻尼比和固有频率n。图11-4由幅频特性求一阶11-5由幅频特性求欠阻尼传感器时间常数

二阶装置的和n11.2传感器或检测仪器的动态标定13检测技术基础测量的目的是希望通过测量获取被测量的真实值。但由于种种原因,例如,传感器本身性能不十分优良,测量方法不十分完善,外界干扰的影响等,都会造成被测参数的测量值与真实值不一致,两者不一致程度用测量误差表示。测量误差（1）绝形对误扶差绝对岭误差在理德论上腊是指模测量近值X与被婚测量役的真胸实值L之间的怜差值锦，即=XL绝对担误差唯是可奸正可抗负的纪，而灵不是北误差啊的绝激对值闸；绝恳对误差还拥有量末纲，损它的详单位窃与被废测量缺的单忙位相幅同。测量垫误差胳的表揭示方叔法有板多种,含义脏各异碎。走13检测命技术耍基础测量物误差着就是报测量与值与梳真实斩值之累间的杆差值纤。榜它反询映了站测量液质量册的好沃坏。采用该绝对所误差效表示剑测量俭误差,不能另很好仁说明签测量纽奉质量絮的好怕坏。接例波如,在温面度测存量时,绝对沙误差Δ=圾1秩℃,对体尚温测兔量来骑说是邻不允增许的,而对办测量阵钢水脉温度坏来说胃却是枣一个疫极好饼的测于量结虎果。某采芽购员践分别筒在三庄家商辰店购认买10及0k应g大米袖、10镜kg苹果雹、1k暗g巧克羽力，识发现复均缺苗少约0.始5k兽g，但慕该采距购员暴对卖栽巧克流力的雄商店括意见赤最大沿，是姨何原桨因？授13检测包技术党基础测量分误差享的分控类：根据飞引起迟误差午的原销因和协误差想的性而质，样测量旅误差可可分混为三类艘：系统渐误差辜，具斑有确嗓定性若，决贱定测迅量的酬准确体度，挎可以尺进行修怠正；随机液误差掠（偶稿然误的差）仪，具农有偶奋然性社，决教定测芝量的楚精密甜度，饲利用贸误差俗理论绍进行柿处理口；疏喊忽误差娘，是短错误慎，应垄剔除虽。13检测榆技术棒基础（2）相洪对误洪差实际景相对呢误差禁：（13绩-4）由于斗被测徐量的必真实唱值L无法榜知道,实际申测量慎时用瘦测量盛值X代替弹真实仆值L进行喝计算,这个蚕相对怀误差锁称为普标称稳相对呈误差,即：13检测柜技术躬基础14利.0橡.2仪表歪误差1陶.仪表窑误差采术语①测服量仪弦表的冤示值激误差=仪表柔示值x-真实且值xi=xx0(xi用约器定真酬值x0来代走替)相对部示值萄误差②测华量仪苹表的挂最大跨允许盆误差算定陵义是匙“对腐给定班的测得量仪表，枯规范盘、规影程等飞所允涝许的遗误差伴极限毫值”辰。有邀时也录称为跃测量仪缸表的允许哗误差谣限，或抽简称允许呀误差（允）。13检测框技术假基础（3)引用苍误差测量乎范围玩和量冬程测量萝范围:指“歪测量地仪器进的误腾差处振在规摇定极风限内突的一谊组被测否量的组值”旱。量程:指测巧量范稀围的奴上限组值和哭下限译值的筑代数银差。例如碑：测保量范挪围为0~毫10给0℃时，凉量程叉为10完0℃；测量芒范围务为20衫~1隔00夫℃时，陡量程位为80乳℃；测量葬范围租为20里~1甚00苦℃时，嘱量程正为12俭0℃。13检测么技术班基础仪表省误差羡：（仪丛表）克引用利误差钞：仪表封的准头确度皆用仪张表的追最大厅引用稿误差ma劲x（即森仪表觉的最棍大允许月误差允）来魂表示装，即式中爸，ma暮x—仪表榴在测享量范钳围内魔的最抚大绝仁对误镇差；仪表船误差械整体荷上评记价仪宣表在担其测年量范笑围内芝测量皆的好惠坏。13检测闹技术墓基础仪表屠精度描等级a（去朋掉仪讲表误茫差的注“”号腾和“%”）a=0.按00路5，0.沈01，0.驳02，0.每05；0.韵1，0.至2，(兽0.苦4)，0.出5；Ⅰ级标减准表Ⅱ级标惠准表1.倍0，1.咬5，2.个5，(4燥.0臭)；等工业个用表仪表盆的基愁本误前差：ma利x=仪表脉量程a%仪表孟精度洪等级云是根拉据引副用误误差来弱确定扔的。会例咏如,传0.累5级表叫的引落用误差套的最籍大值狮不超卖过±0游.5易%，1.页0级表母的引担用误秤差的瘦最大捡值不超过±1膨%。13检测滨技术利基础例13植-1某压怒力传埋感器板的测量量范撤围为0~卡10绿MP奶a，校嘉验该裂传感器时桂得到晓的最蝇大绝膛对误砍差为0.场08但MP昌a，试映确定归该传债感器吧的精度等煎级。解：籍该传凭感器欠的精缘瑞度为背：由于偶国家守规定里的精糕度等膛级中王没有0.狼8级仪锄表，盘而该栋传感去器的精度津又超众过了0.盼5级仪笨表的各允许县误差耗，所鱼以，脊这只题传感胸器的毙精度等尾级应卡定为1.割0级。根据初仪表校验数据栏来确定仪表却精度徐等级普时，呀仪表瞒的精粪度等滴级值应释选不艰小于炭由校搭验结临果所狸计算燥的精还度值13检测山技术答基础例13走-2某测捎温传笑感器浑的测魄量范窜围为0~举10辉00临℃，根跳据工哨艺要求，脸温度股指示杰值的末误差桌不允百许超站过7℃，试岁问应弊如何朴选择麻传感器的写精度泡等级瓜才能言满足杏以上辱要求?解：羡根据桐工艺糊要求糟，传校感器仁的精证度应刃满足模：此精习度介害于0.采5级和1.乱0级之晴间，艘若选库择精柔度等袭级为1.拔0级的话传感器射，其愈允许写最大宁绝对座误差俱为10宇℃，这笑就超肺过了盒工艺源要求赏的允许匆误差估，故光应选县择0.四5级的嗓精度谁才能楼满足肥工艺街要求曲。根据剂工艺撒要求快来选择仪表扣精度慰等级质时，茶仪表衫的精聚度等塘级值楼应不大瓣于工网艺要哪求所赏计算蓄的精做度值您。在使贱用仪攻表和乘传感乳器时,经常精也会洒遇到战基本郊误差而和附回加误搁差两个厕概念钢。13检测计技术薄基础基本静误差特和附乏加误虑差：基本怒误差是指叠仪表嘱在规交定的眨标准学条件么下所粪具有壶的误鹊差。驶例始如,仪表售是在必电源若电压(2斤20抄±5坟)V、电私网频病率(5江0±沙2)叼Hz、环岔境温烛度(2闯0±锄5)路℃、菠湿度陶65集%±划5%解的条教件下忌标定炒的。事如果爬这台泊仪表峰在这宿个条虾件下纺工作,则仪渗表所误具有僵的误兴差为斗基本饰误差犹。测姜量仪久表的肯精度姜等级塞就是扎由基嘱本误篮差决把定的桂。眼附加傍误差是指械当仪牙表的骡使用筝条件恢偏离鹅额定严条件祖下出红现的历误差驴。例暂如,温度鸭附加磁误差齐、频化率附雹加误急差、切电源惊电压诊波动侍附加门误差留等。乎13检测炮技术核基础误差刚的性手质根据唇测量源数据禾中的合误差茄所呈军现的汪规律,将误也差分员为三邮种,即系餐统误瓜差、不随机贡误差量和粗匆大误咸差。守这种嘱分类智方法相便于值测量睛数据质处理余。树（1）系统息误差对同孝一被剩测量宴进行妇多次电重复前测量组时,如果毁误差财按照裂一定找的规哪律出皱现,则把消这种垒误差戒称为蚂系统觉误差俗。例怒如,标准宫量值谁的不非准确码及仪埋表刻泽度的铃不准雪确而树引起酒的误晓差。杏丈（2）随机踩误差对同小一被潮测量惭进行限多次角重复势测量扭时,绝对扛值和钟符号毫不可应预知边地随钢机变锋化,但就稀误差落的总渗体而迟言,具有悠一定债的统懒计规溜律性尸的误状差称萄为随洲机误暑差。采13检测甲技术么基础引起鼓随机何误差案的原锈因是防很多恨难以猜掌握隐或暂犁时未辩能掌历握的或微小煮因素,一般职无法谎控制锡。对哄于随铺机误则差不凤能用香简单莫的修袄正值作来修敲正,只能附用概分率和忠数理凭统计愚的方河法去哀计算搁它出者现的挺可能杆性的霸大小粪。徐（3）粗大鸭误差--功--明显箱偏离刊测量行结果倾的误壮差称聪为粗驱大误辽差,又称阴疏忽宿误差简。这圣类误希差是泼由于艘测量冶者疏瓶忽大宁意或桂环境太条件馒的突教