振弦应变传感器校准装置的设计.pdf

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1、·52·工业仪表与自动化装置2011年第4期振弦应变传感器校准装置的设计张勇，梁平，张玉珍，陈伟琪，黄敏晗(广东省计量科学研究院，广州510405)摘要：基于弹性体振动理论，建立了振弦应变传感器输出频率与应变的数学模型表达式，提出该类传感器的校准方法，设计了校准装置。该装置利用计算机自动采集数据，并与电子表格结合，实现对振弦应变传感器进行可靠校准。关键词：振弦；传感器；应变；校准；不确定度中图分类号：TP212文献标志码：A文章编号：1000—0682(2011)04—0052—04Designofcalibrationdeviceforvibratingwirestraintra

2、nsducerZHANGYong，LIANGPing，ZHANGYuzhen，CHENWeiqi，HUANGMinhan(GuangdongInstituteofMetrology，Guangzhou510405China)Abstract：Basedonthetheoryofelastomervibration，themathmodeloffrequencysignaloutputandstrainforvibratingwiretypetransducerwasestablished．Themethodforcalibratingthesetransducersandmeasu

3、ringinstrumentweredeveloped．AdoptedcomputerdataacquisitionandEXCEL，itisreliabletocalibratevibratingwiretypetransducerbyusethisdevice．Keyword：vibratingwire；transducer；strain；calibration；uncertainty0引言1基本原理振弦式应变传感器输出的是频率信号，具有良振弦式应变传感器的结构示意简图见图1，其好的长期稳定性，适用于恶劣的工作环境，已广泛用中的钢弦在一定的拉应力作用下，具有相应的自振于桥梁与建

4、筑、水利水电、石油化工等各方面。由于频率，当其内部的应力变化时，它的自振频率也随之振弦式应变传感器起到重要的安全监控作用，对其变化，钢弦振动频率与内应力有确定的函数关系，见输出特性进行准确和可靠的校准显得尤其重要。鉴式(1)。通过测量钢弦固有频率的变化，就可以测于目前国内还没有统一的校准规范¨J，该文分析该出外界参数的变化j，振弦应变传感器就是根据这类传感器的基本原理后，根据相关国家标准提出了一原理制作而成的。该类传感器的校准方法。1．固定端；2．外壳；3．线圈保护罩；4．电子部件；5．激励与接收线圈；6．钢弦；7．电缆图1振弦应变传感器结构示意简图一—21，＼／m式中为钢弦的自振

5、频率；f为钢弦的长度；m为单位长度钢弦的质量；p为钢弦的应力。收稿日期：201l一04—11由于钢弦的长度和单位长度的质量是一定作者简介：张勇(1967)，男，湖南长沙人，高工，从事几何量计量的，则式(1)输出频率与应力的平方根成比例关工作。2011年第4期工业仪表与自动化装置·53·系。而对于弹性体，应力与应变成线性关系，E为∑(一)一(-no)∑弹性模量，见式(2)。引入系数k，则应变与输出频∑(R-no)一(-no)∑(Ri—)率的平方之间的关系式可以用式(3)来表达。振弦式应变传感器的其他技术指标如基本误差P=E·(2)=和线性度的校准方法如下：kf(3)．，'1)基本误差

6、的校准方法式中：k为传感器特性系数，k=4Fm。D求出被校准传感器在第i个校准点处的拟合输实际工作中通常是采用频率模数来处理数出值Ri后，根据各点的实际测量的模数值r按式据，频率模数由频率的平方除以1000得到，由频率(6)计算传感器在第次行程中第i个校准点的误读数仪读出频率后经过转化可得到频率模数。设振差取3个循环中绝对值最大的作为第i个校准弦应变传感器取起始位置的频率模数为R。，引入应点上的误差值，取各i点中绝对值最大的来评价传感器的基本误差。变增量A6与模数增量一，则式(3)转化为式(4)，为了区别，式中以k代替了k。x100％(6)△=k(R—R0)(4)式中：为3个循环所

7、测得上限实际输出平均值与下限实际输出平均值的差。2校准方法2)线性度的校准方法振弦应变传感器的应变量是传感器两端产生微求出被校准传感器在第i个校准点处的拟合输出值Ri后，由式(7)计算各校准点的偏差z，取小位移与其原始基本长度的比例值。这种传感器要各i点中绝对值最大的来评价传感器的线性度。在一定拉力或压力的作用下，使钢弦产生变形，即产生应变才能工作，这个力的大小可以不必知道，但两li-1"i-=『Ri×100％(7)端的相对位移必须准确测量。国家标准《岩土工程仪器振弦