1、自动检测技术 实验指导书 北京交通大学机电学院测控系 2006 年 9 月 1 实验一 压力传感器的静态标定实验 一、实验目的要求 1、了解压力传感器静态标定的原理； 2、掌握压力传感器静态标定的方法； 3、确定压力传感器静态特性的参数。 二、实验基本原理 传感器的标定，就是通过实验建立传感器输入量和输出量之间的关系，同 时也确定出不同使用条件下的误差关系。压力传感器的静态标定，主要指通过 一系列的标定曲线得到其静态特性指标：非线性、迟滞、重复性和精度等。 三、实验系统 1、系统连接 2、实验设备 活塞式压力计（型号：YS/YU-600 型） 、标准压力表（精度：0.4 级，量程： 010MP
2、a） 、被标定的压力传感器（型号：AF1800 ，量程：010MPa） 、数字万 用表、标准砝码、工作液体（蓖麻油） 。 2 3、活塞式压力计结构原理 测量活塞以及砝码的重力与螺旋压 力发生器共同作用于密闭系统内的工作 液体，当系统内工作液体的压力与此重 力相平衡时，测量活塞 1 将被顶起而稳 定在活塞筒 3 内的任一平衡位置上。这 时有压力平衡关系： gmAp)(0 式中：p 为系统内的工作液体压力； m 与 m0 分别为活塞与砝码的质量；g 为重力加速度；A 为测量活塞的有效面 积。对于一定的活塞压力计，A 为常数。 在承重托盘上换不同的砝码，由螺旋压力发生器推动工作活塞，工作液体 就可处
3、于不同的平衡压力下，因此可以方便而准确地由平衡时所加的砝码和活 塞本身的质量得到压力 p 的数值。此压力可以作为标准压力，用以校验压力表。 如果把被校压力表 6 上的示值与这一准确的压力 p 相比较，便可知道被校压力 表的误差大小。也可以关闭 a 阀，在 b 阀上部接入标准压力表，由压力发生器 改变工作液压力，比较被校表和标准表上的示值进行校准。同样，将被校压力 表换成压力传感器，就可以通过比较压力传感器测量的压力值和标准表上的示 值进行校准，对压力传感器进行静态标定。 4、扩散硅压力传感器 扩散硅压力传感器在单晶硅的基片上扩散出 P 型或 N 型电阻条，接成电桥。 在压力作用下，根据半导体的
4、压阻效应，基片产生压力，电阻条的电阻率产生 很大变化，引起电阻的变化，把这一变化引入测量电路。则其输出电压的变化 反映了所受到的压力变化。 四、实验方法和要求 1、根据实验设备设计实验电路连线图，装配、检查各种仪器、传感器及 压力表。 2、检查实验电路及油路。 3 3、加载、卸载，注意数据变化，并记录。 压力表加载、卸载实验记录 砝码压力（MPa） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压力表压力 （M Pa） 砝码压力（MPa） 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 压力表压力 （M Pa） 压力传感器加载、卸载实验记录 压力表压力 （M Pa） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
5、压力传感器输出电 压（V） 压力表压力 （M Pa） 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 压力传感器输出电 压（V） 4、分析、计算、处理实验数据，作出压力传感器的静态特性图，非线性、 迟滞、重复性。 5、用方和根法计算系统误差。 五、实验注意事项 1、每次加砝码时注意一定要放稳； 2、在正行程测量时，当压力由 5MP 增加到 6MP 需要更换大砝码时，一 定要将工作液体的压力值降低到 1MP 以下后才能进行更换操作；同样 在反行程测量时，压力由 6MP 降低到 5MP 需要更换小砝码时，也一 定要将工作液体的压力降低到 1MP 以下后才能进行更换操作。 4 3、实验数据应记录清楚、准确；
6、 4、加减压操作时，注意正反行程的含义，不能反复进行调节。 实验二 力矩检测实验 一、实验目的：1、掌握测力传感器的工作原理。 2、掌握力矩检测系统设计方法。 3、掌握数据采集及处理方法。 二、基本原理：通过应用应变式力传感器进行力矩参量的检测，采用电桥电路 及放大器电路将力参量转换为电压量，通过单片机对该电压量进行采集， 并进行数据处理及工程量变换，最终得到力矩值。 三、实验设备： 1. 力传感器实验模板。 2. 测力传感器。 3. 砝码（每枚 50 克，共 10 枚） 。 4. 单片机开发系统及用户应用板。 5. 放大器芯片等电子元件。 6. 标准12V 稳压电源。 7. PC 机。 四、
7、实验方法和要求： 1. 根据实验设备设计实验电路、绘制连线图，并完成单片机数据采集系统 的设计及线路连接。 2. 检查实验电路。 3. 合上开关，进行力的检测，乘以力臂值，得到力矩值，对应各个力矩点， 测量输出电压,并利用 LM324 集成芯片调整输出电压幅值。 4. 通过单片机进行数据采集，在实验中，给出连续变化的力矩参量，使系 统进行连续的力矩参量的检测并进行数据记录。 5. 分析、计算、处理实验数据， 采用相应的数据处理方法以减小随机误 差及系统误差。 5 6. 进行工程量变换，在用户板的数码管上显示力矩值。 选作： 通过串行口进行单片机和 PC 机的数据通讯，采用高级语言编程作出显 示界面，以数据值的形式或图形图表的形式显示力矩参
