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《振弦式传感器的原理及校准方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、检定与校准振弦式传感器的原理及校准方法张勇(广东省计量科学研究院,广州510405)摘要介绍了振弦式传感器的工作原理,建立该类传感器的数学模型表达式,并探讨了传感器的校准方法。关键词振弦式传感器;校准;不确定度励,一个线圈接收。图1是振弦式倾角测量仪的传0引言感器结构图,采用的是单线圈激励方式,当倾角变化振弦式测量仪器采用的是振弦式传感器,这种时,下垂重块发生摆动,振动钢弦内部的应力也发生传感器的优点就在于它的输出是频率而不是电压,了改变,根据式(1)则输出频率也发生了变化,再与不会因为导线电阻的变化、温度波动而引起信号的二次仪表钢弦
2、频率测定仪配合即可读出振动频率明显衰减,因而一直受到工程测量界的注目。特别值。假设下垂重块的摆动角度为φ,角度φ与钢弦是随着现代电子技术、材料及生产工艺的发展,振弦的拉力p之间有转换关系,简化考虑成一次线性关式传感器技术不断发展日益满足工程应用的要求。系,引入系数k,将式(1)变换,得到式(2),其中:f0目前用来测量应变、位移、角度的振弦式传感器已广为初始角对应的频率值。泛用应于桥梁与建筑、水利水电、石油化工等各方面,但对这类传感器还没有专门校准规范,本文在介绍振弦式传感器的基本原理后,再以振弦式倾角传感器为例说明了该类传感器的校准
3、方法。1基本原理根据弹性体振动理论,一根金属弦在一定的拉应力作用下,具有一定的自振频率,当其内部的应力变化时,它的自振频率也随之变化,金属丝振动频率与张力的平方根成正比。通过测量钢丝弦固有频率的变化,就可以测出外界参数的变化,振弦式传感器就是根据这一原理制作而成的,利用这种变换关系可以用来测量多种物理量。钢弦的振动频率与其张力之间的关系为图11pf=(1)2lmφ=k(f2-f2)×103(2)0式中,f为钢弦的自振频率;l为钢弦的长度;m为实际工作中一般是采用频率模数R来处理数单位长度钢弦的质量;p为钢弦的张力。据,R值可由频率测定
4、仪直接读出,其与频率的关振弦式传感器主要有两种工作方式:一种是单系见式(3)。线圈激励方式,另一种为双线圈激励方式。单线圈R=f2×10-3(3)激励方式是其内部的电感线圈接收电缆上的脉冲信则式(2)改写为式(4),B为变换得到的加数。号后产生交变磁场激励振动钢弦,也接收钢弦振动φ=kR+B(4)所产生的激励信号;双线圈激励方式是一个线圈激·54·计量技术20081No6©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://ww
5、w.cnki.net检定与校准如综合考虑多种影响因数,不按线性关系来简量点记录输入参量值和输出值,以上、下两行程为一化,则角度φ与频率模数R之间的关系,可用式(5)个测量循环,一共测3个循环,各测量点取读数的平多项式来表达均值,再采用最小二乘法求解关系式,即得到式(2)2和式(5)中的系数。本文讨论振弦式倾角传感器的φ=C2R+C1R+C0(5)校准,传感器的允许误差为±110%FS,采用数显立卧式手动转台作为标准角度输入,钢弦频率测定仪2校准方法来测量输出信号的频率模数。数显立卧式手动转台校准传感器就是对其进行标定,获得输入与输的分
6、辨力为010001°,最大允许误差为±3″,频率测出的关系式,进而可对传感器的基本误差进行评价。定仪的测量频率模数的分辨力为011。传感器的测校准振弦式传感器一般是采用多点测试,在整个测量范围为-5°～+5°,各测量点与对应的每次循环量范围内,包括上、下限共测量N点,按顺序在各测各点频率模数的平均值见表1。表1转角值频率模数读数基本误差(%FS)(°)第一循环上、下第二循环上、下第三循环上、下三个循环各一次线多项式φi两行程平均值两行程平均值两行程平均值点平均值Ri性拟合拟合510000962014962010962012962012
7、-0110+0101410000915113915018915019915110-0106-0101310000868216868213868213868214-010101002100008212148211198212108212110100-0102110000774311774310774310774310+0104+0101015000750818750816750814750816+0107+0102012500738917738916738912738915+0104-01010100007272137271197271
8、18727210+01040100-012500715510715511715513715511+0106+0102-015000703711703618703615703618+0105+0101-1100006801
