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-
压力传感器现场静态标定分析
压力传感器现场静态标定分析摘要：本文旨在展示压力传感器的现场静态标定分析方法。
通过介绍不同类型压力传感器以及其原理，分析并讨论了现场静态标定的步骤，并就此提出了相应的解决方案。
最后，强调了正确的静态标定对传感器的重要性。
关键词：压力传感器，现场静态标定，步骤，解决方案正文：1. 绪论本文讨论现场静态标定分析的应用，以压力传感器为例。
首先介绍了不同类型的压力传感器，然后详细介绍了现场静态标定的一般步骤，并使用一个例子来阐述。
最后，提出了解决现场静态标定过程中可能遇到的问题的可行解决方案。
2. 压力传感器及其原理压力传感器是一种通过变化测量压力大小的设备，广泛应用于汽车行业、航空航天行业、制造行业、海洋行业等各个领域。
它通常有两种工作原理：负荷变化压力传感器和电气变化压力传感器。
前者是由流体的负荷变化引起的，当安装在压力容器或管道上时，检测其围界内的压力变化；而后者则是将电气变化与压力变化联系起来的，通过改变元件的物理特性来检测压力变化。
3. 现场静态标定步骤现场静态标定分析是检测压力传感器精度的关键测试环节，一般实施步骤如下：1) 检查传感器：查看传感器尺寸情况，检查安装紧固件是否规范，以确定传感器运行是否正常。
2) 调整零位和满量程：先将零位标定为零，然后将量程标定为上限值。
3) 进行压力曲线测量：根据实际情况，可以进行 10 个或 20个压力点的测量，分别记录传感器读数和实际压力值。
4) 绘制误差曲线：将测量出来的压力点按照压力值排序，绘制出传感器读数与实际压力值之间的误差曲线。
5) 结果分析：检查误差曲线，结合最大允许偏差值，判断标定结果是否满足质量要求。
4. 问题及解决方案在现场静态标定的过程中，会出现一些问题，如精度不高、测量时间过长等。
为了解决这些问题，可采用以下解决方案：1) 采用精度更高的设备，例如压力模拟器，可获得更精确的测量结果；2) 增加标定耗时，确保测量结果的准确性；3) 综合考虑测量场地温度等环境因素，加以考虑，以避免引起测量结果偏差。
传感器实验指导书2023
传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。
二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。
电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。
电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。
压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。
磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。
压力传感器静态标定实验
·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。
实验五 压力传感器静态标定实验
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：0~10MPa）、被标定的压力传感器（型号：AF1800，量程：0~10MPa）、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。
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。
1。
压电式传感器标定实验
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2、量程调节
量程调节
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3、触发方式调节
1.按“Trigger” 键
2.按照要求设 置触发方式
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4、触发电平设置
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判断标准： （1）合适：“Stop”——“Armed”——“Ready”——“Trig’s”——“Stop” （2）噪声触发：“Stop”——“Armed”——“Trig’s”——“Stop”，需增大触发电压 （3）不能触发： “Stop”——“Armed”——“Ready”，需减小触发电压
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❖第三步：实验数据获取
记录曲线及压力跃起时间 打开激波管阀门破膜 示波器“Ready” 放大器置于“工作”
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❖15209882093 ❖小白楼201
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示波器
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1、开机
1.按下“运行/停止”
2.按下“强制触发”
激波管膜片安装
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充气及破膜
1.充气时两个 阀门均需拧紧 2.破膜时拧开 靠墙一端的阀 门，听见破膜 声后拧开另一 个阀门放气
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❖ 第三步：实验数据测量
2.放大器置 于“工作”
1. 砝码 加载
3. 示波器 “运行”， 卸载、触
发
4.放大器“复 位”，光标测
出电压差
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5.改变砝码， 重新测量
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2、动态标定
1.基本概念
Outline 2.实验设备
3.实验内容及步骤
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2.1 基本概念
实验一 压电晶体传感器基本特性静态标定实验
实验一 压电晶体传感器基本特性静态标定实验一、实验目的与要求1.1 观察压电晶体传感器的结构，获得有关的感性认识； 1.2 掌握YU-6活塞式压力计的工作原理及使用方法； 1.3 学会压力计(压电晶体传感器)的校验标定方法；1.4了解本实验中测量误差的主要来源。
二、实验系统原理图三、实验主要设备及仪器仪表本实验共有6套测试装置，每套装置各配：CY -YD 203压电式传感器一只；YU-6活塞式压力计一台；YE5850电荷放大器一台；PZ114型直流数字电压表一台。
3.1 CY -YD 203压电式传感器该传感器为压电晶体传感器。
其作用力方向垂直于受压面，因此受压面本身(传感器的外壳)便是一个电极，位于传感器内部的另一个电极与传感器尾部的内孔相连。
将专用接头旋于传感器尾部，便可输出压电晶体两电极间的电位差。
活塞式压力计是利用连通器原理工作的，其结构如图3所示： 活塞式压力计主要适用于校验低于0.25级精度的精密压力表，亦可用来校验低一级的活塞式压力计、各种工业用压力表或其它各类压力测量仪器。
通常用专用砝码对压力表等进行校验，本次实验为方便起见则是利用0. 25级的标准压力表对压电传感器进行静态标定，但这种方法的测量误差会更大些。
压力计适合应在环境温度为20±5℃，相对湿度不大于80%的条件下工作。
当温度超过20±5℃时，应用式Δp =p (a 1+a 2)(20-t )进行温度修正。
其中21,a a 为活塞和活塞缸材料的线性膨胀系数。
本压力计的活塞杆材料为GC r 15滚珠轴承钢，61107.11-⨯=a (1/℃)，活塞缸材料为铝铁锰青铜，62106.17-⨯=a (1/℃)；t 为环境温度(℃)。
图 1图 2该压力计的基本参数为：型号：YU-600 测量范围：1～60 MPa 活塞公称面积：1(cm)2 承重托盘及活塞公称质量：1.020kg ，产生压力：1 MPa专用砝码公称质量：1.02kg4块；5.10kg11块 工作液体及传压介质：蓖麻油(酸值<1.6mgKOH/g)压力计重量(连砝码)：80kg 联接螺帽的螺纹：M20×1.5精度等级：2等。
压力传感器静态标定指导书
用以上数据绘制电荷量-压力曲线.（例）
电荷量(pc)
90
80Biblioteka 706050y=13.5728×x-0.2697 40
30
20
10
0
-10
0
1
2
3
4
5
6
压 力 (bar)
用最小二乘法拟合后的直线是： y = 13.5728 × x − 0.2697
可见, 静标实验测得的石英传感器的电荷灵敏度是 13.5728pc/bar。
注意：活塞式压力计底盘重 0.4 千克力/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。
五、数据处理
目的：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传
（3）放大器灵敏度档置于 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/unit, 下限频率置于 L 档(此时下限频率小 于 0.0001HZ)，上限频率置于 0.3kHz.，输入端选择电荷输入。
注意：将放大器的灵敏度设置在 1-10.99pc/unit 时, 调节下方的×10 档置于 下方, 面板上的左边小数点亮。
三、测试仪器设备
1 记忆示波器 1 台（TDS210）； 2 电荷放大器 YE5850 一台; 3 活塞式压力计 1 台 4 石英压力传感器 CY-YD-205 1 只；
三、实验内容：
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；
四、实验步骤：
1. 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：
压电式传感器实验报告
压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言压电式传感器是一种常见的传感器类型，利用压电效应来测量物理量。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，探索压电式传感器的工作原理和应用。
实验目的1. 了解压电效应的基本原理；2. 掌握压电式传感器的工作原理；3. 学习使用实验仪器和测量设备；4. 分析压电式传感器在不同应用场景下的特点和限制。
实验器材与方法1. 实验器材：压电式传感器、信号放大器、示波器、电源等；2. 实验方法：将压电式传感器与信号放大器和示波器连接，通过施加外力或改变环境条件，观察传感器输出信号的变化。
实验过程与结果1. 实验一：压力测量将压电式传感器连接到信号放大器和示波器，施加不同的压力到传感器上，并记录示波器上的输出信号。
结果显示，当施加压力时，传感器输出的电压信号随之增加，表明压电式传感器能够准确测量外部压力。
2. 实验二：温度测量将压电式传感器暴露在不同温度环境下，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随温度的升高而增加，说明压电式传感器对温度变化敏感，并可用于温度测量。
3. 实验三：振动测量将压电式传感器固定在振动源上，记录示波器上的输出信号。
结果显示，传感器输出的电压信号随振动频率和振幅的变化而变化，表明压电式传感器能够测量振动的特征。
讨论与分析1. 压电效应是压电式传感器工作的基础，其原理是施加压力或改变温度会使压电材料产生电荷分离和极化，进而产生电压信号。
2. 压电式传感器的优点包括高灵敏度、快速响应和广泛的应用领域。
然而，它也存在一些限制，如温度和湿度对传感器性能的影响，以及易受机械冲击和振动的干扰。
3. 在实际应用中，压电式传感器可用于压力、温度、振动等物理量的测量，如工业自动化、医疗设备、环境监测等领域。
结论通过本实验，我们深入了解了压电式传感器的工作原理和应用。
压电式传感器具有广泛的应用前景，但在实际使用中需要考虑其特点和限制。
通过进一步的研究和改进，可以提高压电式传感器的性能和可靠性，推动其在各个领域的应用。
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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
1、计算传感器的电荷灵敬度。
将实验数据和计算后的数据整理如下。
2、用以上数据绘制电荷量•压力曲线:
3、用最小二乘法拟合后得直线方程
y = mx + n
pc / bar。
式中即为石英传感器的电荷灵敏度
六.讨论和实验结论:
对实验中的各种问题进行讨论，欢迎对实验内容和方法提出改进意见。