压力传感器静态标定实验

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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

标定与校准的概念

新研制或生产的传感器需要对其技术性能进行全面的检定，以确定其基本的静、动态特性，包括灵敏度、重复性、非线性、迟滞、精度及固有频率等。

例如，对于一个压电式压力传感器，在受力后将输出电荷信号，即压力信号经传感器转换为电荷信号。但是，究竟多大压力能使传感器产生多少电荷呢？换句话说，我们测出了一定大小的电荷信号，但它所表示的加在传感器上的压力是多大呢？

这个问题只靠传感器本身是无法确定的，必须依靠专用的标准设备来确定传感器的输入――输出转换关系，这个过程就称为标定。简单地说，利用标准器具对传感器进行标度的过程称为标定。具体到压电式压力传感器来说，我们用专用的标定设备，如活塞式压力计，产生一个大小已知的标准力，作用在传感器上，传感器将输出一个相应的电荷信号，这时，再用精度已知的标准检测设备测量这个电荷信号，得到电荷信号的大小，由此得到一组输入――输出关系，这样的一系列过程就是对压电式压力传感器的标定过程，如图1所示。

图1 压电式压力传感器输入――输出关系

校准在某种程度上说也是一种标定，它是指传感器在经过一段时间储存或使用后，需要对其进行复测，以检测传感器的基本性能是否发生变化，判断它是否可以继续使用。因此，校准是指传感器在使用中或存储后进行的性能复测。在校准过程中，传感器的某些指标发生了变化，应对其进行修正。

标定与校准在本质上是相同的，校准实际上就是再次的标定，因此，下面都以标定为例作介绍。

标定的基本方法

标定的基本方法是，利用标准设备产生已知的非电量(如标准力、位移、压力等)，作为输入量输入到待标定的传感器，然后将得到的传感器的输出量与输入的标准量作比较，从而得到一系列的标定数据或曲线。例如，上述的压电式压力传感器，利用标准设备产生已知大小的标准压力，输入传感器后，得到相应的输出信号，这样就可以得到其标定曲线，根据标定曲线确定拟合直线，可作为测量的依据，如图2所示。

有时，输入的标准量是由标准传感器检测而得到的，这时的标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较，如图2所示。输入量发生器产生的输入信号同时作用在标准传感器和待标定传感器上，根据标准传感器的输出信号可确定输入信号的大小，再测出待标定传感器的输出信号，就可得到其标定曲线。

图2 压电式压力传感器的标定曲线与拟合直线图3 用标准传感器进行标定的方法

三、实验设备

活塞式压力计、标准压力表被标定的压力传感器、数字万用表、标准砝码、工作液体（蓖麻油）。

四、实验方法和要求

1．根据要调试的压力仪表量程及准确度等级选择相适应的压力计和压力计所使用传压介质的油液。

2．将压力计放到便于操作和坚固无震的平台上，调整压力计水平调节螺丝，使水平泡的气泡位于中心位置此时压力计处于水平状态。压

力计的工作环境温度为20±10℃，相对湿度80%以下，周围空气不

得含有腐蚀性气体。

3．初使用时，首先用汽油清洗压力计各部分，然后在手摇压力泵和测

量系统的内腔注满传压介质，并将内腔的空气排除。传压介质的油

液必须经过过滤，不许混有杂质和污物。

4．旋转手摇泵的手轮，检查油路是否通畅，若无问题，将要调试检测的压力仪表的压力传感器安装到压力计的测试接口上。

5．通过压力泵手轮将内腔的空气排放干净，避免内腔的气泡对压力测量带来的影响。同时检查测量管道是否漏油，如有,必须解决此问题

后才能进行下一步操作。

6．打开油杯阀门，左旋手轮，使手摇压力泵的油缸充满油液，关闭油杯阀门。

7．配合DC24V稳压电源、高精度万用表既可进行压力仪表的调试及检测工作。打开针形阀，右旋手轮，产生初压，使承重底盘升起，直

到定位指示筒的墨线刻度相齐为止。每个测试点检测时，必须承重

底盘升到定位指示筒的墨线刻度相齐位置。操作时，必须使底盘按

顺时针方向旋转，角速度保持在30-120转/分之间，借以克服磨擦阻

力的影响。记录每点检测结果。零点压力的测量必须打开油杯阀门

使测量管道内的压力与环境大气压相等。

8．检测时根据压力仪表的压力量程范围分为5-10个测试点进行上行程及下行程检测，将检测结果填入相关的检定记录报表内，做好检定

记录报表。

9．测试完成后做好压力室的卫生工作，保证压力室干净整洁。

10．定期做好压力计的维护保养等工作。

五、实验内容

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、加载、卸载，注意数据变化，并记录。

压力表加载、卸载实验记录

压力传感器加载、卸载实验记录

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1MP增加到2MP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2MP降低到1MP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。

3、实验数据应记录清楚、准确；

4、加减压操作时，注意正反行程的含义，不能反复进行调节。