压力表自动检定系统

压力表自动检定系统

压力表自动检定系统包括压力表检定／校准管理系统和仪表示值自动判读系统两部分。系统的可视化界面使得操作非常简单，操作人员只需输入量程、精度等必要参数，压力表的指针读数即可自动读出。给出的自动判读方法可用于各种仪表精度的自动检测、判读，其精度取决于图像的分辨率和限定的处理时间。本系统可较大地改善压力表人工检定工作的落后状况，在一定程度上提高了检定工作的自动化水平和检定结果的稳定性。

1、压力自动检定系统工作原理：自动检定系统由压力表检定/校准管理系统和自动判读系统两部分组成，被检压力表通过特殊接头固定在检验台上。由标准压力系统产生指定检定点的标准压力，其压力控制指令由主机根据键盘输入参数传递。当系统中压力稳定后，通过摄像装置依次摄取检验台上的表盘图像，并传送给主机。主机中配有图像处理卡与图像处理软件，可实时处理表盘图像，并依次计算各仪表指针示值及其在该检定点的误差。依次进行正反行程的检定。

2、压力表检定/校准管理系统指针式压力表检定/校准管理系统主要包含2个部分：登陆界面，检定/校准界面。

压力表自动检定系统包括压力表检定／校准管理系统和仪表示值自动判读系统两部分。其中压力表检定/校准管理系统主要由压阻式压力传感器组成，实现对压力的检定，将信号传送给控制系统实现对压力的控制和校准。

电阻式传感器是将输入的机械量ε应变转换为电阻值变化的变换元件。电阻变换器

的输入量为应变ε=∆L

L

，即材料的长度相对变化量，它是一个无量纲的相对值。通常ε=

10−6为一个微应变。电阻变换器的输出量为电阻值的相对变化量∆R/R。电阻变换器有金属电阻变换器和半导体电阻变换器两种类型。根据半导体材料的压阻效应∆ρ/ρ=πσ且σ=

Eϵ其中：σ是应力（F

S

)；π是压阻系数。π=（40~80）×10−11m 2/N ，E 是弹性模量，E =

1.67×1011N/m 2所以电阻的相对变化为(∆R

R )≈πEε。要测量其他物理量：如压力，力，加速度等，就需要先将应变片贴在相应的弹性元件上，这些物理量被转换为弹性元件的应变，再经应变片将应变转换为电阻输出量。

图1

1,供电及信号处理电路

供电电路

压 阻 式 传 感 器 可 以 用 恒 压 源 供 电，也 可 用恒流源供电，但恒压源供 电 与 恒 流 源 供 电 相 比存在环境温度影响不能 消 除 的 问 题。如图2所示

图2

假设四个扩散电阻的起始阻值都相等且为R,当有应力时,两个电阻增加,增量为∆R ，另两个电阻阻值减小，减小量为∆R ,由于 温 度影响,使每小电阻值都有∆R T 的变化量。因此，电桥的输出：

恒压是：V

=E

∆R R+∆R T

可以看出输出电压V 与温度有关且为非线性，所以用恒压源供电时，不能消除温度的影响。

恒流时：V =I∆R

可以看出输出电压V 与温度无关，这就消除了温度对传感器输出信号的影响。所以，可以采用如图3所示的恒流源供电电路，它采用双电源供电以避免共模干扰。电流

I 0=2.5/R ，其 稳 定 度 取 决 于 基 准 电 压 源1403和电阻R 的稳定度。

图3

2．处理电路

压 阻 式 传 感 器 的 满 量 程 输 出 信 号 为70～350mV 不 等,其 输 出 阻 抗 很 高这 就 要 求 放大电路须有更高的输入阻 抗,不 从 传 感 器 输 出 端吸收电流,以免破坏传感器的工作状态.这里介绍的放大电路如图4所示。

O

图4

这一电路具有很高的输入阻抗和很高的共模抑制比和开环增益；失调电流、电压、噪声和漂移都很小。图中A1，A2组成第一级同相并联差动放大器.这一级的放大

输出为V0′=V O1−V O2=[1+(R1+R2)

W

]V i;A1,A2输入端不吸收电流,并且电路结构对称,漂移和失调相互抵消,具有抑制共模信号干扰的能力，构成第二级差动放大，提高放大倍数，欲有效地抑制共模信号干扰，须使电路中R3=R4=R,R5=R6=R f 则放大器总输出为：

V O=−(R f

R )V O′=−(R f

R

)[1+R1+R2

W

]V i

调节电位器W,可以改变放大器增益，令R1=R2，则V0=−(R f

R )[1+2R

W

]V i

因为整个系统有6只压力传感器,用到其中一只时才把它连接到系统的传感器接头上，为防止因接错传感器而造成对压力传感器的过载性损害，就需要给传感器带上“身份证”，并通过电路和把接入的传感器识别出来，让单片机进行判断分析。这里考虑给传感器带上短路插头，加上由6只电阻和+15V电源构成的插座，完成传感器的识别。

小结

本次的压力表自动检定系统的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了传感器原理的理解、和对模拟电子设计的认识，使我在设计的实践中获得新知。经过一年理论知识的学习和实践操作，我不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我通过自己的独立动手和同学的耐心指导下，让我学会了分析传感器电路原理、设计电路的步骤等。让我进一步巩固和掌握前面所学的基础知识，加深

对了对模拟电路、传感器电路理解，对元气件的使用更加深刻。

1.《传感器原理及工程应用》(第3版)作者：郁有文，常健，程继红编著

出版：西安电子科大学出版日期：2008年07月

3.《传感器原理及应用》作者：吴建平出版社：机械工业出版日期：2008年11月