传感器标定

标定与校准的定义

标定是利用某种标准仪器对新研制或生产的传感器进行技术检定和标度，通过实验建立传感器输入量与输出量之间的关系，并确定出不同使用条件下的误差关系或测量精度。

校准是指对使用或储存一段时间后的传感器性能进行再次测试和校正，校准的方法和要求与标定相同。

标定的目的与分类

标定的根本目的是保证传感器测量结果的可靠性与精确度，保证测量的统一和便于量值的传递。

传感器的标定分为两类：

• 静态标定：目的是确定传感器静态特性指标，包括线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性等。
• 动态标定：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。

标定的基本原理与精度传递

标定利用标准仪器产生已知的非电量并输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量与输入的标准量进行比较，从而得到一系列标准数据或曲线。实际应用中，输入的标准量可用标准传感器检测得到，即将待标定的传感器与标准传感器进行比较。

标准器能否支持可信比较，需结合其实际测量能力、测量范围、环境条件、动态特性和具体任务要求综合判断；不能把“精度等级至少高一级”当作所有标定的统一必要充分门槛。

在国内，教材常把标定过程概括为三级精度传递：中国计量院进行的标定是一级精度的标准传递；在此处标定出的传感器叫标准传感器，具有二级精度；用标准传感器对出厂的传感器和其他需要校准的传感器进行标定，得到的传感器具有三级精度，即实际测试中使用的传感器。该三级传递是教材中的一种概括，不等同于全部量值溯源制度。

二阶传感器固有角频率和阻尼系数的确定

通常考查传感器的正弦输入响应，即测定传感器输出和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。在单位阶跃输入和灵敏度为1（即 $S_{\mathrm{n}}=1$）的情形下，可得单位阶跃响应的峰值（即超调量）为：

式中 $\sigma$ 为超调量，$\zeta$ 为阻尼系数（无量纲）。

由此可推得：

二阶首峰辨识须以标准二阶、欠阻尼、零初态为前提，超调量是峰值超过稳态值的差与稳态变化量之比，不是峰值本身。