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、滤二阶哗传感预器的记动态吸标定确定型传感符器的阻尼般比和固有捎频率n。欠阻臭尼二锋阶传杠感器辜的阶伯跃响狮应（摇如图11四-2）图11肤-2二阶涝传感与器(榆1)的阶划跃响荐应11婆.2传感义器或惠检测域仪器门的动朴态标兔定y(烂t)以d=n√1旅–2作衰年减振挎荡，幕按照机求极垫值的像方法丑可得各振跳荡峰灭值对畜应的装时间tp=0，/d，2/d，……，将t=/d代入y(罚t)的表州达式盲，可谢得最毙大过米冲量M或测得M，由岗上式略或图11指-3，可揪求阻蝴尼比；由督标定槐测得报的tp，得d，n。11远.2传感尝器或吧检测拖仪器缴的动菊态标跃定11占.2传感碍器或鹊检测仿仪器骄的动释态标贯定图11碎-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耐们代秘入欠谁阻尼顽二阶券系统考单位京阶跃构响应葛计算宝式，捏可得整理后可得式中(1极1-誓5)11耀.2传感仔器或劝检测损仪器弃的动探态标凳定14当ζ<舒0.辛1时,若考忆虑以l代替，，剃则也可戒以利铜用正形弦信嫂号输钥入，椒测定从传感毅器输林出与拜输入妙的幅值比杜和相奴位差欧来确猴定传群感器赌的幅抽频特目性和碌相频泥特性盆，然璃后根据幅茂频特灭性分叹别按虎图11娇-4和11烦-5来求双一阶而传感律器的年时间迎常数和欠胡阻尼掘二阶希传感恋器的蹲阻尼蓬比和固细有频检率n。图11轰-4由幅陆频特磨性求太一阶11强-5由幅瓜频特罪性求女欠阻挠尼传感娱器时目间常哑数二阶献装置厨的和n11府.2传感简器或焰检测屠仪器容的动姿态标略定13检测少技术腔基础测量午的目看的是基希望轮通过崖测量源获取羡被测碎量的曾真实狂值。接但由妙于种尊种原镇因,例如,传感束器本脊身性补能不尾十分春优良,测量如方法箭不十岸分完臂善,外界蠢干扰府的影赴响等,都会够造成犹被测亩参数阻的测耐量值富与真蜘实值哈不一档致,两者绵不一道致程逮度用幅测量趁误差榆表示皂。逮测量济误差（1）绝蒜对误咏差绝对李误差在理嘴论上茄是指切测量状值X与被父测量您的真翠实值L之间的架差值赤，即=XL绝对迫误差驰是可啄正可肚负的择，而撞不是巨误差脱的绝售对值遭；绝许对误差还闪有量彩纲，亩它的眠单位帐与被吐测量毛的单奔位相泄同。测量碍误差够的表板示方们法有罗多种,含义该各异锡。叨13检测掉技术陕基础测量卸误差可就是晚测量胀值与浪真实逼值之卖间的估差值砖。斯它反惧映了占测量初质量守的好日坏。采用碌绝对业误差抄表示陕测量困误差,不能笨很好面说明证测量备质量然的好燥坏。丙例导如,在温赏度测邻量时,绝对轮误差Δ=倡1宅℃,对体雅温测跳量来释说是罪不允阳许的,而对校测量符钢水馆温度烟来说愧却是色一个申极好赞的测忧量结说果。某采惹购员粥分别尸在三与家商的店购毁买10免0k叹g大米雁、10堡kg苹果恼、1k块g巧克匆力，墓发现湾均缺可少约0.诊5k幻玉g，但丛该采柜购员谨对卖化巧克填力的顽商店漫意见艺最大赔，是承何原询因？夜13检测绩技术浇基础测量已误差纤的分夸类：根据仪引起谣误差剪的原柴因和融误差夏的性夸质，凡测量颗误差屠可分气为三类料：系统伯误差趋，具存有确打定性允，决菊定测声量的是准确匹度，填可以愈进行修叶正；随机矛误差昌（偶睛然误顾差）躺，具流有偶住然性蝴，决时定测馆量的叠精密工度，茄利用强误差剩理论个进行责处理愤；疏雅忽误差恭，是异错误酒，应阔剔除麻。13检测混技术寇基础（2）相丸对误辟差实际远相对洒误差垒：（13蝇-4）由于件被测宾量的蜡真实点值L无法妻知道,实际自测量治时用宜测量员值X代替涨真实粘值L进行仇计算,这个副相对间误差暖称为境标称叙相对推误差,即：13检测元技术枯基础14鸟.0凝.2仪表椅误差1批.仪表北误差帖术语①测弊量仪恼表的独示值元误差=仪表乎示值x-真实斤值xi=xx0(xi用约贷定真尾值x0来代碧替)相对委示值申误差②测零量仪仓表的桨最大蛾允许脖误差分定头义是磨“对急给定介的测任量仪表，乌规范偶、规盲程等算所允场许的勇误差冠极限搅值”治。有路时也曲称为搞测量仪袄表的允许嗽误差套限，或脉简称允许牙误差（允）。13检测程技术告基础（3)引用从误差测量像范围球和量冲程测量亲范围:指“呀测量烟仪器竭的误惩差处铺在规扑定极牛限内要的一傅组被测掌量的肠值”览。量程:指测玻量范助围的军上限软值和猎下限斥值的故代数推差。例如任：测扩量范饼围为0~偶10脉0℃时，营量程绿为10何0℃；测量腰范围离为20互~1府00讽℃时，森量程报为80只℃；测量散范围辈为20穗~1疏00省℃时，毅量程仪为12看0℃。13检测寄技术覆基础仪表但误差绒：（仪淋表）摊引用致误差夸：仪表驳的准剑确度两用仪锋表的仗最大铲引用哭误差ma挽x（即蛙仪表佛的最雄大允许皇误差允）来膊表示侦，即式中工，ma略x—仪表摄在测户量范技围内匹的最燥大绝牧对误港差；仪表离误差范整体预上评访价仪熟表在散其测盯量范预围内难测量馋的好父坏。13检测们技术蹲基础仪表灿精度虽等级a（去隙掉仪薪表误淋差的侦“”号虚和“%”）a=0.菠00有5，0.缓01，0.贡02，0.赚05；0.痒1，0.择2，(趁0.坡4)，0.闯5；Ⅰ级标挣准表Ⅱ级标寇准表1.摔0，1.邪5，2.代5，(4这.0自)；等工业币用表仪表叶的基仿本误筝差：ma恭x=仪表臂量程a%仪表第精度蚀等级鞭是根棉据引欲用误仔差来牙确定拦的。乓例唐如,抽0.百5级表迎的引重用误差括的最蓄大值胶不超煌过±0蝴.5溉%，1.执0级表著的引范用误剥差的捉最大凑值不超过±1继%。13检测酸技术捡基础例13旧-1某压腿力传倒感器呼的测判量范漆围为0~姿10鸡MP肢a，校织验该藏传感器时医得到铁的最辽大绝放对误均差为0.魂08盯MP壳a，试披确定挽该传嫌感器钩的精度等夫级。解：义该传偿感器粘的精传度为砍：由于原国家慈规定排的精触度等匙级中羞没有0.雁8级仪盈表，盒而该钳传感榆器的精度棋又超肌过了0.闹5级仪渐表的杰允许磨误差气，所穴以，烛这只哪传感革器的算精度等英级应移定为1.丑0级。根据蒙仪表校验数据街来确定仪表低精度蹲等级讲时，佣仪表骨的精葡度等失级值应祸选不片小于突由校制验结耻果所亲计算哗的精同度值13检测贯技术坊基础例13洁-2某测串温传阴感器感的测屋量范活围为0~宿10杆00棕℃，根孔据工黄艺要求，壮温度拣指示裹值的轿误差誓不允砍许超隶过7℃，试住问应派如何供选择年传感器的像精度饥等级卸才能久满足赵以上洗要求?解：述根据跟工艺枣要求拼，传蒸感器任的精嚼度应企满足街：此精耗度介粮于0.饿5级和1.篇0级之的间，碌若选划择精缩慧度等悄级为1.掀0级的型传感器辱，其呀允许司最大段绝对厌误差剖为10狡℃，这朵就超努过了茶工艺燃要求攻的允许昏误差健，故赢应选条择0.币5级的攻精度钳才能穴满足颗工艺悬要求侧。根据波工艺白要求检来选择仪表倡精度旷等级野时，与仪表浮的精竿度等测级值盼应不大才于工融艺要眼求所硬计算械的精圣度值轻。在使介用仪烂表和乘传感椅器时,经常梦也会嘱遇到掩基本膊误差唤和附铲加误灵差两个容概念论。13检测腾技术赖基础基本率误差气和附贫加误艘差：基本雨误差是指掏仪表幅在规侨定的傻标准蚀条件音下所辟具有雾的误秆差。鹅例悲如,仪表叶是在靠电源赔电压(2阔20银±5闸)V、电搜网频念率(5散0±肥2)鸦Hz、环控境温央度(2哪0±艳5)厌℃、惩湿度百65使%±须5%所的条俱件下染标定姥的。暴如果走这台每仪表制在这盾个条坐件下恳工作,则仪榴表所客具有泽的误肉差为馋基本沃误差耽。测钳量仪细表的汤精度错等级狸就是镇由基沉本误苍差决印定的框。他附加矮误差是指握当仪刊表的扯使用逗条件婶偏离岭额定胳条件炒下出套现的泥误差伶。例访如,温度然附加旗误差奏、频稼率附则加误秩差、灶电源炉电压其波动燃附加碌误差芦等。汤13检测薪技术丑基础误差互的性设质根据杀测量茧数据渴中的是误差宁所呈有现的泪规律,将误厌差分芽为三脏种,即系科统误睁差、振随机义误差勤和粗笨大误饶差。扶这种问分类此方法画便于旧测量还数据惑处理忌。桶（1）系统夜误差对同因一被代测量剖进行熄多次侵重复爸测量继时,如果颈误差枯按照贺一定芦的规葬律出隶现,则把戏这种棚误差绳称为旺系统腐误差恼。例革如,标准廊量值境的不得准确晶及仪矩表刻恋度的斑不准厘确而首引起退的误利差。揭殃（2）随机统误差对同阅一被勤测量足进行姻多次里重复玻测量孟时,绝对钟值和粗符号拥不可觉预知采地随跃机变乖化,但就体误差银的总蚂体而援言,具有采一定驶的统懒计规怨律性陵的误奶差称织为随争机误冈差。宗13检测沫技术矮基础引起梦随机易误差涉的原困因是逝很多叨难以肌掌握梦或暂舰时未亮能掌肯握的住微小质因素,一般宫无法株控制阔。对跌于随废机误乌差不宜能用编简单鞭的修清正值进来修彼正,只能啄用概钻率和皆数理剪统计锄的方钥法去批计算丸它出住现的怕可能飞性的械大小祝。干（3）粗大若误差--卧--明显肿偏离各测量弦结果虫的误院差称绢为粗市大误宝差,又称愤疏忽鞭误差猜。这迹类误