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摘要: 在使用壓力傳感器的時候,對壓力數(shù)據(jù)精確校準(zhǔn)必須按照標(biāo)準(zhǔn)的檢定過程進(jìn)行,其過程如下。 壓力是氣動和流體測量的重要參數(shù),在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)和計量傳感器,保證和改進(jìn)測量精準(zhǔn)度已成為必不可少的一項(xiàng)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(zhǔn),供電電源等。其中檢
壓力是氣動和流體測量的重要參數(shù),在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)和計量傳感器,保證和改進(jìn)測量精準(zhǔn)度已成為必不可少的一項(xiàng)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(zhǔn),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(dāng)采用計算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)壓力校準(zhǔn)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(jī)實(shí)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(zhǔn),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(jìn)行數(shù)據(jù)自動測試和紀(jì)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(dāng)插入開關(guān)模塊時,可達(dá)到20~40路直至高達(dá)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的檢定過程進(jìn)行。傳感器的工作特性也常用直線方程表示。即
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(jī)交互式編程方法,迅速簡易地建立漢字圖形化界面,實(shí)現(xiàn)直接測試或文件方式讀入數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理。這種方式增強(qiáng)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(jī)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(yùn)行。它以ANSI C為核心,將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)等測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。 4傳感器的實(shí)時校準(zhǔn) 傳感器采用實(shí)時校準(zhǔn)方法,即在現(xiàn)場對壓力測量系統(tǒng)所用的傳感器進(jìn)行即時標(biāo)定和校準(zhǔn),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(jìn)一步提高傳感器測試精度。要實(shí)現(xiàn)壓力傳感器的實(shí)時校準(zhǔn)必須提供一個精密度更高的程控基準(zhǔn)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(zhǔn),可程控給出不同的基準(zhǔn)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 
分別稱為三點(diǎn)方程、四點(diǎn)方程和五點(diǎn)方程。 式中,C0為零點(diǎn)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(zhǔn)時,可根據(jù)精度要求分別給出不同的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn),從而建立三點(diǎn)、四點(diǎn)、五點(diǎn)線性方程,獲得矩陣,例如五點(diǎn)校準(zhǔn)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(shí)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(shí)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
圖4傳感器實(shí)時校準(zhǔn)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(yùn)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(zhǔn)測試報告,如圖5表示的。
圖5生成Excel校準(zhǔn)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(zhǔn)儀器及其數(shù)據(jù)處理方法,綜合目前規(guī)范的壓力校準(zhǔn)和實(shí)時校準(zhǔn),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(zhǔn)工作,給流體壓力測量和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)自動化以及提高傳感器校準(zhǔn)精度提供了方便的實(shí)現(xiàn)手段。 虛擬儀器語言與MATLAB和ActiveX技術(shù)密切結(jié)合,增強(qiáng)了靈活性和系統(tǒng)功能,具備廣泛的通用性。


