第三章 第六节 传感器的选择和标定

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六节 传感器的选择和标定,传感器标定的目的,保证测量的准确、统一和法制性。,理论上，在选择传感器时，使其各项指标都达到最佳是最好的，但这样就不经济，因此，在选择传感器时，首先需要了解和掌握测试过程中对传感器的性能要求，一般来说，测试目的和工作条件千变万化，但对使用传感器的基本要求是相同的。,使用传感器的一般要求,（,1,）输出与输入之间成比例关系，直线性好，灵敏度高；,（,2,）滞后、漂移误差小；,（,3,）动态特性良好；,（,4,）功耗小；,（,5,）不因接入传感器而使测试对象受到影响；,（,6,）抗干扰能力强，即受被测量之外的量的影响小；,（,7,）重复性好，有互换性；,（,8,）抗腐蚀性好，能长期使用；,（,9,）容易维修和校准。,一、压力盒的选择和埋设要求,1,、压力盒的选择,在固体介质（如岩体）中测量时，由于传感器,与介质的变形特性不同，并且介质变形特性往往,呈非线性，因此，不可避免地破坏了介质的原始,应力场，引起了应力的重分布，这样，作用在传,感器上的应力与未放入传感器时该点的应力是不,相同的，这种情况称为不匹配，由此引起的测量,误差叫做匹配误差。,为了减小匹配误差和埋设条件的影响，需要解,决如下两个问题：,（,1,）传感器应满足什么条件，才能与介质完全,匹配？,（,2,）在传感器与介质不匹配的情况下，传感器,上受到的应力与原始应力场中该点的实际应力的,关系如何？以及在不匹配的情况下，传感器需要,满足什么条件才适合测量岩土介质中的力学参数,使测量误差最小？,答案是：完全匹配的条件是传感器与介质的弹性,模量,E,、泊松比 和密度 都相等。,显然，要实现完全匹配是很困难的，因此，选择,传感器时，只能是在不完全匹配的条件下，使传,感器的测量特性按一定规律变化，所产生的误差,为已知的。,选择压力盒时，应尽量选取刚度尽可能大，外形,尽可能扁、尺寸适中、性能可靠、量程合适并满,足高、低频特性的传感器，不必盲目追求高精度,要注意传感器的稳定性和经济性。,2,、压力盒埋设应注意的问题,（,1,）埋设时，要求压力盒感压面向被测压力方向，且误差应小于 ，埋设位置也不允许有较大的偏差。对结构表面压力测量的压力盒，感压面要与结构表面齐平，若做不到齐平，则宜凸不宜凹，并且压力盒与结构要求刚性接触，紧密固定，以确保实测应力更加符合实际,（,2,）压力盒埋设后回填时，填埋介质要密实，以减小填埋介质与原状介质的性质差异产生的二次匹配误差。,（,3,）对于自由场应力测量，压力盒水平和垂直净距一般取为,3,倍的压力盒直径，若有特殊情况（如室内模拟试验），也不能小于,1,倍的压力盒直径；对刚性结构表面压力测量，压力盒侧面应紧靠埋设位置，一般不会互相影响。,（,4,）对自由场应力测量的压力盒，埋置深度一般取大于,2.5,倍压力盒的直径；对刚性结构表面压力测量，覆盖介质厚度一般取大于压力盒敏感面直径即可。,二、传感器的标定,1,、传感器的标定：就是通过试验建立传感器输,入量与输出量之间的关系，也就是求取传感器的,输出特性曲线（标定曲线）。,2,、标定的意义：传感器的标定是设计、制造和,使用传感器的一个重要环节。由于传感器存在制,造上的误差，即使同一型号传感器，其标定曲线,也不尽相同。因此，任何传感器在制造装配完毕,后都必须进行标定，标定的目的就是为了保证量,值的准确传递。,（,1,）对于新研制的传感器，必须进行标定试验,才能用标定数据进行量值传递，而且标定数据又,可作为改进传感器设计的重要依据。,（,2,）传感器使用、存储一段时间后，也必须对,它的主要技术指标进行复测，称为校准（校准和,标定本质上是一样的），以确保其性能指标达到,要求。,（,3,）对出现故障的传感器，修理后也必须再次,进行标定试验，因为它的某些指标可能发生了变,化。,传感器的标定对保证传感器的质量，进行正确,的量值传递，改善传感器的性能等都是不可缺少,的技术手段。,标定造成的误差是一种固定的系统误差，对测,试结果影响很大，所以标定时应尽量设法降低标,定结果的系统误差和减小偶然误差，以提高标定,精度。为此，应当做到以下几点：,（,1,）传感器的标定应该在其使用条件相似的状,态下进行；,（,2,）在被测对象的变化频率小于,30Hz,时，静标,定造成的误差可以忽略，故可只作静标定。但工,作在高频或冲击荷载下的传感器，静标定的误差,大，应设法模拟实际荷载进行动标定。,（,3,）为了减小标定中的偶然误差，应增加重复,标定的次数和提高测试精度。对于自制或不经常,使用的传感器，建议在使用前后均作标定，两者,的误差均在允许范围内时才确认为有效。,（,4,）对于自由场应力测量的压力盒，要作双向,或三向流体标定；对于用作刚性结构表面压力测,量的压力盒，只需作单向流体标定；对于测动态,压力的压力盒，则需作动态标定。,3,、传感器标定的基本方法,（,1,）利用标准设备标定,利用标准设备产生已知的非电量标准值（如一,已知的标准力、位移等）作为输入量，输入到待,标定的传感器中，得到传感器的输出量，然后，,将传感器的输出量与输入量的标准量作比较，从,而得到一系列的标定曲线。,（,2,）用一个标准测试系统标定,用一个标准测试系统去测未知的非电量，再用,待标定的传感器测量同一个非电量，然后把两个,结果作比较，从而得出传感器的一系列性能指标,4,、静态标定步骤,（,1,）全量程等间隔分点标定；,（,2,）正、反行程往复循环一定次数逐点标定（输入标准量，测试传感器相应的输出量）；,（,3,）列出传感器输出,-,输入数据表格或绘制输出,-,输入特性曲线；,（,4,）数据处理获取相应的静态特性指标。,5,、动态标定,活塞缸筒稳态压力源标定装置示意图,1-,接被检压力计；,2-,接标准压力计；,3-,飞轮；,4-,调节手柄,振动传感器比较标定系统,第三章 复习题,1,、传感器的定义,2,、传感器的分类,3,、什么是电阻式传感器？电阻式传感器按其工作原理可分为那几类？,4,、什么是电阻应变式传感器？其工作原理是什么？,5,、压力盒的工作原理,6,、什么是电感式传感器？,7,、钢弦式传感器的基本原理是什么？有哪些特点？,8,、什么是电容式传感器？变极距型和变面积型电容式传感器各自的优缺点是什么？,9,、压电式传感器的工作原理是什么？分为那两类？,10,、压磁式传感器的工作原理是什么？有哪些优缺点？,11,、选择传感器的一般要求有哪些？,12,、压力盒的埋设应注意哪些问题？,13,、什么叫传感器的标定？标定的原因？标定的基本方法？,