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傳感器為什么需要標(biāo)定/校準(zhǔn)？

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傳感器的標(biāo)定傳感器設(shè)計(jì)過程中、制造使用中的一個(gè)必須環(huán)節(jié)。為了保證測量準(zhǔn)確，任何傳感器在生產(chǎn)制造、安裝完畢之后都要對(duì)傳感器初始的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，這就是標(biāo)定。通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)測量值的準(zhǔn)確傳遞。在研發(fā)過程中，傳感器只有通過了標(biāo)定試驗(yàn)，才可以用標(biāo)定好的數(shù)據(jù)來進(jìn)行測量值傳遞。而標(biāo)定過程中獲得的數(shù)據(jù)同時(shí)也是作為傳感器研發(fā)生產(chǎn)改進(jìn)的重要依據(jù)。

傳感器在制作完成后、以及在使用環(huán)境安裝完成后，都必須根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行專業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男阅荑b定。而通常，傳感器在使用一段時(shí)間后（通常1年）、修理或調(diào)整后，由于環(huán)境和自身特性的變化，也必須對(duì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，以確認(rèn)傳感器的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到使用要求，否則就需要進(jìn)行調(diào)試整改。

所謂的標(biāo)定，實(shí)際上就是依靠標(biāo)準(zhǔn)類型檢測設(shè)備來確定被標(biāo)定傳感器自身的輸入與輸出之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。即：利用標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)度，這個(gè)過程就是標(biāo)定。例如：對(duì)于壓電式壓力傳感器，可以用活塞式標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)，輸出一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)力，加載在待測傳感器上，此時(shí)傳感器會(huì)輸出相應(yīng)的電信號(hào)，再通過精度確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)類型檢測設(shè)備測量這個(gè)信號(hào)，通過測得的電荷信號(hào)的大小的比對(duì)，獲得此傳感器的輸入與輸出關(guān)系。此一系列過程就是針對(duì)壓電式壓力傳感器的一個(gè)常用標(biāo)定方案。

校準(zhǔn)就是傳感器的性能復(fù)測，實(shí)際上也是一種標(biāo)定，二者本質(zhì)上是相同的。通過檢測傳感器的性能是否發(fā)生變化，判斷它是否能繼續(xù)使用。如果校準(zhǔn)后，發(fā)現(xiàn)傳感器的指標(biāo)發(fā)生變化，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修正。

很多國家都建立了計(jì)量器具（包括傳感器）檢定的專業(yè)組織和規(guī)程、管理規(guī)范。我國由國家計(jì)量局、中國計(jì)量科學(xué)研究院和部、省、市計(jì)量部門以及企業(yè)團(tuán)體建立了專門的計(jì)量單位，對(duì)傳感器的檢定（校準(zhǔn)等工作）規(guī)范進(jìn)行了制定和實(shí)施。其中國家技術(shù)監(jiān)督局制定和發(fā)布了關(guān)于力、長度、加速度、角度、溫度等一系列計(jì)量器具規(guī)程，并于公布了“中華人民共和國計(jì)量法”。

為保證傳感器使用的準(zhǔn)確性，標(biāo)定傳感器應(yīng)在與其使用條件接近的環(huán)境下實(shí)施。傳感器及其電纜、放大器等配套系統(tǒng)應(yīng)一起參與標(biāo)定，這樣能保證標(biāo)定精度更高更穩(wěn)定。

如果傳感器的被測量是由高精度的設(shè)備（比如標(biāo)準(zhǔn)量具）產(chǎn)生并測量，則之稱為絕對(duì)標(biāo)定法。絕對(duì)標(biāo)定法的標(biāo)定精度較高，同時(shí)也較復(fù)雜。如果傳感器的被測量是用根據(jù)絕對(duì)標(biāo)定法標(biāo)定好的標(biāo)準(zhǔn)傳感器來測量的，則稱之為相對(duì)標(biāo)定法/比對(duì)標(biāo)定法。相對(duì)標(biāo)定法簡單易行，但標(biāo)定精度較低。

另外，根據(jù)傳感器的用途，比對(duì)輸入量可以是靜態(tài)，也可以是動(dòng)態(tài)。由此，傳感器的標(biāo)定還可以分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定二種。靜態(tài)標(biāo)定用來確定靜態(tài)指標(biāo)，主要有線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定用來確定動(dòng)態(tài)指標(biāo)，主要有時(shí)間常數(shù)、諧振頻率和阻尼比等。對(duì)于非測量因素的靈敏度、溫度響應(yīng)、環(huán)境影響等也可以同時(shí)進(jìn)行標(biāo)定。

I.靜態(tài)標(biāo)定

主要用于檢測傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。

根據(jù)傳感器的用途，靜態(tài)標(biāo)定首先需要建立靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)，其次需要選擇與被標(biāo)定傳感器的精度相適應(yīng)的一定等級(jí)的標(biāo)定設(shè)備。如下圖：應(yīng)變式測力傳感器靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)框圖。

測力機(jī)用來輸入標(biāo)準(zhǔn)力，高精度穩(wěn)壓電源經(jīng)精密電阻箱衰減后向傳感器提供穩(wěn)定的電源電壓，其值由數(shù)字電壓表讀取，而傳感器的輸出由高精度數(shù)字電壓表讀出。

由上述系統(tǒng)可知，傳感器的靜態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)一般由以下幾部分組成： 1.被測物理量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器，如測力機(jī)。 2.被測物理量標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)。如標(biāo)準(zhǔn)力傳感器、壓力傳感器、標(biāo)準(zhǔn)長度——量規(guī)等。 3.被標(biāo)定傳感器所配接的信號(hào)調(diào)節(jié)器和顯示、記錄器等。所配接的儀器精度應(yīng)是已知的，也作為標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備。 各種傳感器的標(biāo)定方法不同，常用力、壓力、位移傳感器標(biāo)定。 具體標(biāo)定步驟如下： 1）將傳感器測量范圍分成若干等間距點(diǎn)； 2）根據(jù)傳感器量程分點(diǎn)情況，輸入量由小到大逐漸變化，并記錄各輸入輸出值； 3）再將輸入值由大到小漫漫減少，同時(shí)記錄各輸入輸出值； 4）重復(fù)上述兩步，對(duì)傳感器進(jìn)行正反行程多次重復(fù)測量，將得到的測量數(shù)據(jù)用表格列出或繪制曲線； 5）進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理， 根據(jù)處理結(jié)果確定傳感器的線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等靜態(tài)特性指標(biāo)。