《压力传感器的静态标定实验》指导书.doc

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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

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