信号实验报告

活塞压力计静态校准

一、实验目的

1. 掌握压力传感器的原理；

2. 掌握压力测量系统的组成；

3. 掌握压力传感器静态校准实验和静态校准数据处理的一般方法。

二、实验设备

本实验系统由活塞式压力计，硅压阻式压力传感器，信号调理电路，4 位半数字电压表，直流稳压电源盒采样电阻组成，设备列于表一。图一为实验系统方框图，图二为实验电路接线图。

图1实验系统方框图

图2实验电路接线图

表1实验设备型号及精度

三、实验原理

在实验中，活塞式压力计作为基准器，为压力传感器提供标准压力0~0.6MPa。信号调理器为压力传感器提供恒流电源，并将压力传感器输出的电压信号放大并转换为电流信号。信号调理器输出为二线制，4‐20mA 信号在250 欧采样电阻上转换为1‐5V 电压信号，由4 位半数字电压表读出。

四、实验步骤

1. 用调整螺钉和水平仪将活塞压力计调至水平。

2. 核对砝码重量及个数，注意轻拿轻放。

3. 将活塞压力计的油杯针阀打开，逆时针转动手轮向手摇泵内抽油，抽满后，将油杯针阀关闭（严谨未打开油杯针阀时，用手轮抽油，以防破坏传感器）。

4. 加载砝码至满量程，转动手轮使测量杆标记对齐，再卸压。反复1‐2 次，以消除压力传感器内部的迟滞。

5. 卸压后，重复步骤3，并在油杯关闭前记录传感器的零点输出电压，记为正

行程零点。

6. 按0.05MPa 的间隔，逐级给传感器加载至满量程，每加载一次，转动手轮使测

量杆上的标记对齐，在电压表上读出每次加载的电压值。

7. 加载至满量程后，用手指轻轻按一下砝码中心点，施加一小扰动，稍后记录该电压值，记为反行程的满量程值。此后逐级卸载，每卸载一次需要用手轮保证测量杆上的标记对齐，然后从电压表上读出相应的电压值。

8. 卸载完毕，将油杯针阀打开，记录反行程零点，一次循环测量结束。

9. 稍停1‐2 分钟，开始第二次循环，从步骤（5）开始操作，共进行3 次循环。

五、实验数据处理

1.

原始数据列表

2、数据处理：（1）确定校准曲线

压力/MP

正行程输出

ui反行程输出平均输出0 1.025 1.025 1.025

0.05 1.347 1.341 1.344

0.1 1.653 1.651 1.652

0.15 1.964 1.963 1.963

0.2 2.274 2.271 2.272

0.25 2.580 2.582 2.581

0.3 2.890 2.892 2.891

0.35 3.200 3.202 3.201

0.4 3.512 3.513 3.512

0.45 3.823 3.823 3.823

0.5 4.136 4.138 4.137

0.55 4.453 4.453 4.453

平均输出校准曲线

最小二乘法拟合直线：

平均输出直线拟合

可以得出，a=1.0286，b=6.2159，，线性度很高。

（2）计算非线性度L ξ：

计算非线性偏差

非线性度

%

100|

)(|max ⨯∆=

FS

l L y y ξ

其中，

)

...3,2,1(||max )(,max n i y y L i l =∆=∆，

y

y y i i -=∆

005825.0|)(|max =∆l y

()4187

.355.0*2159.6b min max ==-=x x y FS

故

%

1704.0%1004187.3005825

.0=⨯=

L ξ

可

以

看

出

，

非线性误差

非常小。

（3

迟滞误差列表

迟滞误差：

%

1002)(max

⨯∆=

FS

H H y y ξ

可得：

%

082926.0%100*2*1874.300567

.0==

H ξ

可以得出，迟滞误差也很小。

（4）计算重复性：

重复性计算表格

标准偏差：

0012.0),(==di ui s s Max s

重复性：

%1053.0%100*4187

.30012

.0*3%100*3==

=

FS

R y s

ξ

（5）

计

算

总

精

度

：

%

2168.0001053.0.0008290017040.0222222=++=

++=

R H L a ξξξξ

六、 实验总结

这次试验由测量结果看出，测量很稳定，误差很小。通过实验数据的处理增强了数据处理

的能力。

超声测距实验

一、实验目的：

1、了解超声波的特性及其速度；

2、了解测距的原理；

3、了解超声波探头距离变化时，测量波形的变化。

二、实验仪器：

1、超声波传感器测距实验模块

2、超声探头

3、示波器：DS5062CE

4、电源：WD990型，±12V

5、电源连接电缆

6、万用表：VC9804A，附表笔及测温探头

三、实验原理：

1、超声波特性：超声波是一种频率高于20kHz，在弹性介质中传播的机械振荡。其波长短，频率高，故它有其独特的特点：

2、绕射现象小，方向性好，能定向传播。

3、能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小。在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远。而且在液体里的衰减和吸收比较低。

4、能在异质界面产生反射、折射和波形转换。

5、超声波速度：

超声波速度公式为

式中：r —气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40，

R —气体普适常量，8.314kg·mol-1·K-1，

M—气体分子量，空气为28.8×10-3kg·mol-1，

T —绝对温度，273K+T℃。