產(chǎn)品詳情
摘要： 在使用壓力傳感器的時候，對壓力數(shù)據(jù)精確校準必須按照標準的檢定過程進行，其過程如下。 壓力是氣動和流體測量的重要參數(shù)，在風洞實驗和流體測量中大量使用壓力傳感器或壓力變送器。因此如何采用最新虛擬儀器技術(shù)來校準和計量傳感器，保證和改進測量精準度已成為必不可少的一項重要工作。 壓力測試或計量的重要環(huán)節(jié)是壓力數(shù)據(jù)的精確采集。在壓力計量中，規(guī)范了傳感器的靜態(tài)特性測試條件，如環(huán)境溫度，壓力基準，供電電源等。其中檢
在使用壓力傳感器的時候，對壓力數(shù)據(jù)精確校準必須按照標準的檢定過程進行，其過程如下。
壓力是氣動和流體測量的重要參數(shù)，在風洞實驗和流體測量中大量使用壓力傳感器或壓力變送器。因此如何采用最新虛擬儀器技術(shù)來校準和計量傳感器，保證和改進測量精準度已成為必不可少的一項重要工作。 壓力測試或計量的重要環(huán)節(jié)是壓力數(shù)據(jù)的精確采集。在壓力計量中，規(guī)范了傳感器的靜態(tài)特性測試條件，如環(huán)境溫度，壓力基準，供電電源等。其中檢測儀器的基本誤差δ應(yīng)小于傳感器基本誤差的1/5 ~ 1/10，因此當采用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)壓力校準和數(shù)據(jù)自動采集時，應(yīng)注意配置高抗干擾能力的性能優(yōu)良的模數(shù)變換器，例如16位精度的A/D變換器，或者能與計算機實現(xiàn)數(shù)字通信的多位精密數(shù)字電壓表
對于多個壓力傳感器的校準，為提高工作效率，也可以采用多路A/D卡或者配置帶多路程控開關(guān)的數(shù)字電壓表進行數(shù)據(jù)自動測試和紀錄，例如美國Keithely公司提供的2700型6位半（1/2）高性能數(shù)字電壓表/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當插入開關(guān)模塊時，可達到20~40路直至高達80通道的傳感器測試和精密度0.002%的電壓測量。儀器配置的RS232串行通信或IEEE488(GPIB)并行通信接口，增強了數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)功能，在虛擬儀器軟件支持下，如利用數(shù)字濾波，信號處理與分析技術(shù)，會更精密地獲取數(shù)據(jù)。 3傳感器靜態(tài)性能測試 壓力傳感器的靜態(tài)工作特性必須遵照國家標準的檢定過程進行。傳感器的工作特性也常用直線方程表示。即
式中a為截矩；b為斜率；V為對應(yīng)于壓力p的傳感器輸出。 遵照檢定規(guī)程要求，對于傳感器在順序重復(fù)多次循環(huán)加減載后，用計算機獲取的數(shù)據(jù)可用端點平移法或最小二乘法求取直線的特性參數(shù) 
，b，并計算出被檢測傳感器的性能參數(shù)，如量程、重復(fù)性誤差、遲滯、線性誤差和包含有隨機誤差與系統(tǒng)誤差在內(nèi)的傳感器基本誤差（不確定度）。 已經(jīng)研制和編制成功的傳感器靜態(tài)特性測試界面如圖2所示。 
圖2傳感器靜態(tài)特性界面 采用基于C語言的虛擬儀器開發(fā)語言LabWindows/CVI并通過人機交互式編程方法，迅速簡易地建立漢字圖形化界面，實現(xiàn)直接測試或文件方式讀入數(shù)據(jù)后進行處理。這種方式增強了系統(tǒng)的靈活性。虛擬儀器編程語言LabWindows/CVI是美國NI（National Instruments）公司開發(fā)的32位面向計算機測控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺，可以在多種操作系統(tǒng)（Windows98/NT/2000，Mac OS和UNIX）下運行。它以ANSI C為核心，將功能強大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達等測控專業(yè)工具有機地結(jié)合起來。 4傳感器的實時校準 傳感器采用實時校準方法，即在現(xiàn)場對壓力測量系統(tǒng)所用的傳感器進行即時標定和校準，因此可以消除傳感器的溫度和靈敏度偏移所產(chǎn)生的誤差，進一步提高傳感器測試精度。要實現(xiàn)壓力傳感器的實時校準必須提供一個精密度更高的程控基準源，例如美國780B電子掃描系統(tǒng)或8400系統(tǒng)，采用0.02％精度的壓力基準，可程控給出不同的基準氣壓，此時傳感器的靜態(tài)特性用非線性方程表示，即： 輸入壓力P與傳感器輸出電壓V的靜態(tài)函數(shù)關(guān)系，可用方程式描述為 
稱為壓力傳感器靜態(tài)方程。其中 為截矩，b1，…，bn為系數(shù)。 目前大多數(shù)壓力傳感器的靜態(tài)特性用線性方程模擬，但完全呈現(xiàn)線性關(guān)系的壓力傳感器很難尋求，因此壓力傳感器可用非線性靜態(tài)特征表示為
分別稱為三點方程、四點方程和五點方程。 式中，C0為零點系數(shù)；C1為靈敏度系數(shù)；C2，C3，C4為非線性系數(shù)；Vx為對應(yīng)于輸入壓力Px的電壓值。 在校準時，可根據(jù)精度要求分別給出不同的標準點，從而建立三點、四點、五點線性方程，獲得矩陣，例如五點校準后給出
= 
求解系數(shù)矩陣的一種簡易方法是在LabWindows/CVI環(huán)境中調(diào)用流行的MATLAB功能函數(shù)來實現(xiàn)。LabWindows/CVI與MATLAB二者的結(jié)合，是虛擬儀器在提高其技術(shù)水平上起到推波助瀾的作用。通過這種連接，可以方便地通過逆矩陣的函數(shù)實現(xiàn)對系數(shù)矩陣的求解。 已經(jīng)研制和編制成功的利用MATLAB連接應(yīng)用界面如圖3所示。MATLAB窗口被隱藏。 
圖3傳感器MATLAB與LabWindows/CVI連接計算界面 傳感器的精確度可用符合正態(tài)分布的高斯曲線表示，誤差帶R可由下列公式得到：
式中 
i 為第i個校準點實際值與測量值的偏差；n為校準點的總數(shù)；FS是滿量程。 對于溫度變化比較靈敏的傳感器，例如固態(tài)壓力傳感器，當溫度變化時，傳感器的零點和靈敏度系數(shù)都會發(fā)生變化，此時傳感器的特性應(yīng)增加溫度的影響，即
式中，Ct為溫度修正系數(shù)。 已經(jīng)研制和編制成功的傳感器實時校準測試界面如圖4所示。對一只傳感器用同一組校準數(shù)據(jù)在線性與非線性特征方程中比較后，得出在使用實時校準后改善了計算結(jié)果的精確度，使得壓力傳感器精度更高。 
圖4傳感器實時校準測試界面 5曲線與圖表 Microsoft Excel 是常用的數(shù)據(jù)電子圖表軟件，使用它能夠清晰表示出數(shù)據(jù)的狀態(tài)，并可以執(zhí)行數(shù)據(jù)基本操作如加、減、乘、除、開方等運算，為了完成LabWindows/CVI和Microsoft Excel的連接，使其可以組裝成為一個簡易的應(yīng)用程序， 通過采用DDE動態(tài)連接技術(shù)或者ActiveX自動化技術(shù)設(shè)計程序（后者是一種基于COM和OLE（Object Link and Embedded）對象連接與嵌入技術(shù)），形成兼有圖形、表格、漢字和數(shù)據(jù)的校準測試報告，如圖5表示的。 
圖5生成Excel校準檢定報表界面 6其他
用虛擬儀器和LabWindows/CVI語言開發(fā)的壓力傳感器校準儀器及其數(shù)據(jù)處理方法，綜合目前規(guī)范的壓力校準和實時校準，溫度修正技術(shù)，提供了靈活方便的漢字圖表功能，它簡化了傳感器的校準工作，給流體壓力測量和風洞實驗自動化以及提高傳感器校準精度提供了方便的實現(xiàn)手段。 虛擬儀器語言與MATLAB和ActiveX技術(shù)密切結(jié)合，增強了靈活性和系統(tǒng)功能，具備廣泛的通用性。
壓力是氣動和流體測量的重要參數(shù)，在風洞實驗和流體測量中大量使用壓力傳感器或壓力變送器。因此如何采用最新虛擬儀器技術(shù)來校準和計量傳感器，保證和改進測量精準度已成為必不可少的一項重要工作。 壓力測試或計量的重要環(huán)節(jié)是壓力數(shù)據(jù)的精確采集。在壓力計量中，規(guī)范了傳感器的靜態(tài)特性測試條件，如環(huán)境溫度，壓力基準，供電電源等。其中檢測儀器的基本誤差δ應(yīng)小于傳感器基本誤差的1/5 ~ 1/10，因此當采用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)壓力校準和數(shù)據(jù)自動采集時，應(yīng)注意配置高抗干擾能力的性能優(yōu)良的模數(shù)變換器，例如16位精度的A/D變換器，或者能與計算機實現(xiàn)數(shù)字通信的多位精密數(shù)字電壓表
對于多個壓力傳感器的校準，為提高工作效率，也可以采用多路A/D卡或者配置帶多路程控開關(guān)的數(shù)字電壓表進行數(shù)據(jù)自動測試和紀錄，例如美國Keithely公司提供的2700型6位半（1/2）高性能數(shù)字電壓表/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當插入開關(guān)模塊時，可達到20~40路直至高達80通道的傳感器測試和精密度0.002%的電壓測量。儀器配置的RS232串行通信或IEEE488(GPIB)并行通信接口，增強了數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)功能，在虛擬儀器軟件支持下，如利用數(shù)字濾波，信號處理與分析技術(shù)，會更精密地獲取數(shù)據(jù)。 3傳感器靜態(tài)性能測試 壓力傳感器的靜態(tài)工作特性必須遵照國家標準的檢定過程進行。傳感器的工作特性也常用直線方程表示。即
式中a為截矩；b為斜率；V為對應(yīng)于壓力p的傳感器輸出。 遵照檢定規(guī)程要求，對于傳感器在順序重復(fù)多次循環(huán)加減載后，用計算機獲取的數(shù)據(jù)可用端點平移法或最小二乘法求取直線的特性參數(shù) ，b，并計算出被檢測傳感器的性能參數(shù)，如量程、重復(fù)性誤差、遲滯、線性誤差和包含有隨機誤差與系統(tǒng)誤差在內(nèi)的傳感器基本誤差（不確定度）。 已經(jīng)研制和編制成功的傳感器靜態(tài)特性測試界面如圖2所示。 圖2傳感器靜態(tài)特性界面 采用基于C語言的虛擬儀器開發(fā)語言LabWindows/CVI并通過人機交互式編程方法，迅速簡易地建立漢字圖形化界面，實現(xiàn)直接測試或文件方式讀入數(shù)據(jù)后進行處理。這種方式增強了系統(tǒng)的靈活性。虛擬儀器編程語言LabWindows/CVI是美國NI（National Instruments）公司開發(fā)的32位面向計算機測控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺，可以在多種操作系統(tǒng)（Windows98/NT/2000，Mac OS和UNIX）下運行。它以ANSI C為核心，將功能強大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達等測控專業(yè)工具有機地結(jié)合起來。 4傳感器的實時校準 傳感器采用實時校準方法，即在現(xiàn)場對壓力測量系統(tǒng)所用的傳感器進行即時標定和校準，因此可以消除傳感器的溫度和靈敏度偏移所產(chǎn)生的誤差，進一步提高傳感器測試精度。要實現(xiàn)壓力傳感器的實時校準必須提供一個精密度更高的程控基準源，例如美國780B電子掃描系統(tǒng)或8400系統(tǒng)，采用0.02％精度的壓力基準，可程控給出不同的基準氣壓，此時傳感器的靜態(tài)特性用非線性方程表示，即： 輸入壓力P與傳感器輸出電壓V的靜態(tài)函數(shù)關(guān)系，可用方程式描述為 稱為壓力傳感器靜態(tài)方程。其中 為截矩，b1，…，bn為系數(shù)。 目前大多數(shù)壓力傳感器的靜態(tài)特性用線性方程模擬，但完全呈現(xiàn)線性關(guān)系的壓力傳感器很難尋求，因此壓力傳感器可用非線性靜態(tài)特征表示為分別稱為三點方程、四點方程和五點方程。 式中，C0為零點系數(shù)；C1為靈敏度系數(shù)；C2，C3，C4為非線性系數(shù)；Vx為對應(yīng)于輸入壓力Px的電壓值。 在校準時，可根據(jù)精度要求分別給出不同的標準點，從而建立三點、四點、五點線性方程，獲得矩陣，例如五點校準后給出
= 求解系數(shù)矩陣的一種簡易方法是在LabWindows/CVI環(huán)境中調(diào)用流行的MATLAB功能函數(shù)來實現(xiàn)。LabWindows/CVI與MATLAB二者的結(jié)合，是虛擬儀器在提高其技術(shù)水平上起到推波助瀾的作用。通過這種連接，可以方便地通過逆矩陣的函數(shù)實現(xiàn)對系數(shù)矩陣的求解。 已經(jīng)研制和編制成功的利用MATLAB連接應(yīng)用界面如圖3所示。MATLAB窗口被隱藏。 圖3傳感器MATLAB與LabWindows/CVI連接計算界面 傳感器的精確度可用符合正態(tài)分布的高斯曲線表示，誤差帶R可由下列公式得到：
式中 i 為第i個校準點實際值與測量值的偏差；n為校準點的總數(shù)；FS是滿量程。 對于溫度變化比較靈敏的傳感器，例如固態(tài)壓力傳感器，當溫度變化時，傳感器的零點和靈敏度系數(shù)都會發(fā)生變化，此時傳感器的特性應(yīng)增加溫度的影響，即式中，Ct為溫度修正系數(shù)。 已經(jīng)研制和編制成功的傳感器實時校準測試界面如圖4所示。對一只傳感器用同一組校準數(shù)據(jù)在線性與非線性特征方程中比較后，得出在使用實時校準后改善了計算結(jié)果的精確度，使得壓力傳感器精度更高。 圖4傳感器實時校準測試界面 5曲線與圖表 Microsoft Excel 是常用的數(shù)據(jù)電子圖表軟件，使用它能夠清晰表示出數(shù)據(jù)的狀態(tài)，并可以執(zhí)行數(shù)據(jù)基本操作如加、減、乘、除、開方等運算，為了完成LabWindows/CVI和Microsoft Excel的連接，使其可以組裝成為一個簡易的應(yīng)用程序， 通過采用DDE動態(tài)連接技術(shù)或者ActiveX自動化技術(shù)設(shè)計程序（后者是一種基于COM和OLE（Object Link and Embedded）對象連接與嵌入技術(shù)），形成兼有圖形、表格、漢字和數(shù)據(jù)的校準測試報告，如圖5表示的。 圖5生成Excel校準檢定報表界面 6其他用虛擬儀器和LabWindows/CVI語言開發(fā)的壓力傳感器校準儀器及其數(shù)據(jù)處理方法，綜合目前規(guī)范的壓力校準和實時校準，溫度修正技術(shù)，提供了靈活方便的漢字圖表功能，它簡化了傳感器的校準工作，給流體壓力測量和風洞實驗自動化以及提高傳感器校準精度提供了方便的實現(xiàn)手段。 虛擬儀器語言與MATLAB和ActiveX技術(shù)密切結(jié)合，增強了靈活性和系統(tǒng)功能，具備廣泛的通用性。
