电子设计毕业设计-压电式压力传感器的静态标定实验指导书-

实验指导书

屋电式屋力传成孝的静态标走

＞实验目的:

1、熟悉记忆示波器和电荷放大器使用方法;

2、用活塞式压力计标定传感器的电荷灵敏度系数;

二.实验所涉及的一些基本原理:

1＞理想数学模型:

准静态载荷（输入信号特征频率远低于传感器固有频率）：输入（压力）和输出（电荷）近似成线性关系（石英压力传感器的线性度较好）；

动态载荷（输入信号特征频率接近其至高于传感器固有频率）：二阶线性系统模型。

2.真实情况和数学模型之间的偏差:

电荷泄漏：理想模型认为传感器绝缘电阻为无穷大，而真实传感器的绝缘电阻并非无穷大（石英晶体:压电陶瓷:1O'«Q）,必将导致一定程度的电荷泄漏；另一方面，电荷放大器为了对传感器的微弱信号进行放大，必然要从传感器中取一定电流，从而增加了传感器电荷的泄漏。所以通常的电荷放大器的输入级都具有极高的输入阻抗，并要求设备防潮，以避免由于受潮带来的阻抗下降。

但是，山于外加压力而产生的电荷量很少，即使少量的电荷泄漏也会对输出信号造成明显的影响，该影响不可忽略。

电荷放大器的频率响应：对于静标试验，输入载荷的特征频率很低，故对二次仪表（电荷放大器）的低频响应有较高的要求，否则经过二次仪表的高通滤波, 信号将会失真•因此，电荷放大器做定标时，要将下限频率调到较低的数值。

噪声J山于本实验釆用的传感器量程很大＜100 bar ~ 300 bar）r而实际载

荷只有数个大气压，必然导致得到的信号信噪比较低。但实验表明，以如此小的压力加载，输出信号的噪声幅值依然较小，可以接受。

三.测试仪器设备

1记忆示波器1台(TDS210)；

2电荷放大器YE5850 -台;

3活塞式压力计1台;

4石英压力传感器CY-YD-205 1只。

三.实验要求:

L熟悉记忆示波器，看清各个调节旋钮的位置■对照说明书了解:

(1)调节电压量程、时间量程方法;

(2)触发方式、触发电平，触发位置等的设置方法;

(3)用光标读取电压、时间值的方法;

(4)用TDS-210数据处理程序采集数据的方法。

以上方法的要点将在下面的实验步骤中说明.

2熟悉电荷放大器，看清面板上各种按钮的位置

(1)灵敬度设置、输出设置方法;

(2)下限、上限频率设置方法。

以上方法的要点将在下面的试验步骤中说明。

3熟悉活塞式压力计

<1)打开油杯阀门，向外旋转活塞把油吸入活塞，关闭油杯阀门，向右旋

转活塞手轮，圧力表显示已加载压力。

(2)用码可以更精确表示压力。关闭压力表处的阀门，打开连接舷码盘

的阀门，在誌码盘上加琏码，关闭油杯阀门。向右旋转活塞手轮，磁码盘抬起(注

意：不要与上方金属环接触)。改变码重量，即可改变加载压力。

(3)突然打开油杯阀门，接通大气。此时传感器上卸载。

四.实验步骤

(1)打开示波器电源开关(开关在示波器上表面)，将电荷放大器YE5850的

开关档置于“复位X将放大器地线良好接地，然后打开放大器的电源开关(开关

在背面面板上)。

(2)将传感器电缆接到放大器电荷输入端，放大器输出电缆接到示波器2

通道输入端。

(3 )放大器灵敬度档置于10.0 pc/unit(即将灵敏度左边档置于10,中间和右边档置

于0),输出置于10 mv/unitr下限频率置于L档(此时下限频率

小于0.0001HZ),上限频率置于03kHz,输入端选择电荷输入。

注意将放大器的灵敏度设置在M0.99pc/unit时，调节下方的xlO档置于下方，面板上的左边小数点亮。

(4)旋转示波器2通道的垂直电压调节旋钮，将垂直标尺定在20mv/div,旋

转水平位置的秒/刻度旋钮，将水平标尺(主时基)定在500ms/div・按

下'TRIGGER-钮，显示区右边会显示触发菜单，将触发类型选在边沿触发,

触发方式选在单次触发，信源选ch2,耦合方式选交流，斜率选下降沿，然后

按下“HORIZONTAL”钮，在菜单中选择电平，旋转“电平”旋钮•设置触发

电平。

注意触发电平一般选在所测电压峰•峰值的一半左右，基本原则是保证噪

声不会引起触发，信号能够引起触发。这里给出一个参考值：当加压至3干克力 /平方厘米时，触发电平可设置在20mv左右。

(5)在活塞式压力计上对传感器加载后，将放大器置到“工作m将示波器面

板右上端“执行/停止”按下，当显示区上方中间显示位“Ready” ，快速打开油杯阀

门，使示波器触发。

注意，试验者可能由于触发电平设置太低、而使噪声引起触发，或者设

置过高，使得信号不能触发。另外，在每次测量后，将放大器置于“复位m使里面的残余电荷放掉。

(6)用光标读出电压值。按下菜单栏里的“CURSOR”钮，显示区将显示

光标的菜单，类型选择“电压”，信源选ch2,用垂直处的波形位移钮移动光标1 和光标2,菜单栏里的增量处，将显示两光标间的电压差值。山此读出触发前后的电压差。

注意，如果发现显示区波形被截断，需要调大垂直标尺，重新测量。

用下列公式计算出电荷量：

电荷量(以)-实际电压

(切)X灵敏度(iOpc/tinit')

实际输( iOniv/itnit)

(7)改变舷码重量，从0.7千克力/平方厘米开始，每次增加0.5千克力/平

方厘米，直到磁码总压达到5千克力/平方厘米时，重复上述试验过程。

注童，活塞式压力计底盘重0・4干克力/平方厘米，不要漏掉。另外,

由于噪声的影响，使得最小压力值受到限制，试验者可以试着把可以测量的最小压力值找出来，这里的0.7千克力/平方厘米，只是一个参考值。

用所得数据绘制电荷量pc -压力bar曲线，并用最小二乘法求出灵敬度系数。(lkgf7cm2 = 0・98bar)。

五.数据处理