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基于TwinCAT和C_的扭矩传感器校准系统

盘式扭矩传感器

盘式扭矩传感器一、工作原理采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。使用于轴向空间比较短的需要测量扭矩转速的场合。二、主要性能指标扭矩示值误差： < 0、5 % F S 灵敏度： 10、2 mv / V 非线性： <0、25 % F S 重复性： <0、2% F S 零点温飘： <0、5 % F S /10℃输出阻抗：1KΩ3Ω 绝缘阻抗： >500MΩ 静态超载：120 % 断裂负载：200 % 使用温度： 0 ～60℃ 储存温度：－20 ～70℃ 电源电压： +15V5%,-15V5%

总消耗电流： <130mA频率信号输出：5KHz—70℃的环境里3、保证数字扭矩仪的循环工作，可以增加内部温度。可以提高仪表的林敏度4、设置温度上下限报警指示灯，当窗口显示上下限温度时该等亮。及时做好应对措施。 5、测量扭矩时，应在转换器上设置保温措施，以免因杂质通过导致转换器接口而发生沉淀。五、功能特点：1、无轴承结构，可高速运转。 2、信号输出可任意选择波形─方波或脉冲波。 3、检测精度高、稳定性好、抗干扰性强。 4、不需反复调零即可；连续测量正反扭矩。 5、即可测量静止扭矩，也可测量动态扭矩六、外形尺寸图：盘式变送器的截面图以圆形呈现，传递信号时与旋转，转速和转向无关。安装时不需要考虑方位，可按具体情况任意方向安装。六、常见故障：1、仪表指示突然变化不正常。多半是由于仪器本身补偿导线断路变送器失灵造成的2、工艺操作发生变化，多半是由于调节器、测控设备损坏引起的。3、硬件环境不满足要求，会直接引起硬件设置的损坏。换件环境的操作系统，办公软件使用不正确，导致变送器的显示范围不正确。4、安装不正确，显示器的屏幕数字不发生变化。正负极接反，会直接烧坏显示仪表。5、扭矩仪表出现快速振动的现象，肯定是由于控制参数调整不当引起的。七、扭矩信号处理形式：扭矩传感器输出的频率信号送到

浅析扭矩校准技术

浅析扭矩校准技术的 1.国内外扭矩校准技术现状 1.1.1扭矩校准体系与方法扭矩校准体系如图1所示，内容包括扭矩国家基准、扭矩计量标准器具以及扭矩计量工作器具。其中标准扭矩仪、扭矩标准装置、扭力扳手检定装置归属计量标准器具；32作扭矩仪、扭转实验机、扭力扳手、扭矩传感器等归属工作计量器具。各国的扭矩校准方法视条件各有差异，但日趋相同，主要包括以下两种校准方法。 (1)对易于携带的扭矩工作计量器具，送到具有高一等级计量标准的计量部门去校准。校准好的器具在运输过程中，避免受到振动、撞击、潮湿和温度的影响，以防丧失原有的准确度。 (2)对不便于运输的扭矩计量标准装置和工作计量器具，高等级计量实验室物色可携式传递标准寄送(或派专员携送)至下级计量技术机构进行仪器校准。 1．2扭矩计量标准器具的校准 (1)标准扭矩仪的校准标准扭矩仪是用于传递扭矩值的便携式仪器，按准确度等级可分为，用于基准扭矩值与标准扭矩值之间传递的标准扭矩仪(I类)和用于标准扭矩值与工作计量器具扭矩值之间传递的标准扭矩仪(Ⅱ类)，前者的准确度等级比后者高一个量级，可用扭矩国家基准进行校准，后者也可用前者进行校准。 (2)扭矩标准装置的校准扭矩标准装置是用于产生标准扭矩并施加于被校扭矩传感器或扭矩仪的装置。它的基本原理是：扭矩值等于力臂L(m)与力F(N)的乘积，即T=L*F，也就是在恒定臂长的杠杆上施加标准砝码(力值砝码)，产生扭矩，并使该扭矩传递到被校扭矩仪／扭矩传感器上。扭矩标准装置的测量原理图如图2所示，扭矩标准装置的校准通常是用工类标准扭矩仪进行校准。 (3)扭力扳手检定装置的校准扭力扳手检定装置主要包括力臂砝码式、力传感器式、扭矩传感器式三种类型，一般采用标准扭矩仪或扭矩标准装置对其进行校准。 1．3扭矩工作计量器具的校准扭矩工作计量器具包括扭转试验机、扭力扳手、工作扭矩仪、平衡类和能量类扭矩测量装置等。扭转试验机主要用于金属等原材料的扭转性能的试验，通常采用相应准确度等级的标准扭矩仪或扭矩标准装置对其进行校准，有些扭转试验机也可用扭矩校准杠杆进行校准。对工作扭矩仪以及各类扭矩测量装置，依据它们的量程和准确度的需要，使用相应的扭矩标准装置或专用校准装置进行校准。扭力扳手和扭矩传感器是工作计量器具中使用较为广泛的两类计量器具，下面将对它们的校准技术进行详细的介绍。 (1)扭力扳手的校准 ①力臂砝码式力臂砝码式扭力扳手校准装置的测量原理是将扭力扳手的一端固定，在扳手的把手上挂上标准砝码，再把固定端与挂砝码端的长度测出，两者相乘，就得到了施加的标准扭矩，再用扳手的示值与标准扭矩进行比较，就可以得出扳手的误差，该方法的特点是简便，不需要复杂的装置，但测量误差很大，只适用对准确度要求很低的场合。 ②力传感器式鉴于力臂砝码式校准装置误差较大、速度慢，同济大学徐劲峰设计了一种力传感

压力传感器标定与校准

压力传感器检定： 1. 静态检定 2. 动态检定我们把压力传感器的特性分成两类静态特性和动态特性。压力传感器静态特性的主要指标是灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、温度漂移和零点漂移等等。一般我们校准压力传感器都是校准其静态特性，这是因为我们将压力传感器理想化，认为其固有频率相当大而且本身无阻尼，这时压力传感器的静态特性和动态特性是一样的。然而在被测压力随时间变化的情况下，压力传感器的输出能否追随输入压力的快速变化是一个很重要的问题。有的压力传感器尽管其静态特性非常好，但由于不能很好地追随输入压力的快速变化而导致严重的误差，有时甚至出现高达百分之百的动态误差。所以我们必须要进行压力传感器动态特性的校准，认真分析其动态响应特性。压力传感器动态特性可以用它的上升时间、固有频率、幅频特性、相频特性等参数来描述。线性度eL （非线性误差）：输入输出校准曲线（实际）与选定的拟合直线之间的吻合程度； A x ）00% y^s 重复性eR ：正行程或反行程曲线多次测量时曲线的一致程度; 置信系数 a=2（ 95.4%）或 a=3（ 99.73%）迟滞eH 正行程与反行程之间的曲线的不重合度;

dp =± _ % 线性度、迟滞反映系统误差；重复性反映偶然误差根据检定规程一《压力传感器静态》，在校准精密线性压力传感器时给出的校准曲线有二种最小二乘直线和端点平移线。动态检定： 1. 瞬态激励法（阶跃信号激励） 2. 正弦激励法（正弦信号激励）动态检定指标、参数：频率响应、谐振频率、自振频率、阻尼比、上升时间、建立时间、过冲量、灵敏度。正弦激励法：正弦压力信号输入法是一种间接的检定方法，即被检定的压力传感器和一个“参考”压力传感器相比较，而“参考”压力传感器具有理想的动态性能。正弦压力激励法在高频、高压时，正弦信号往往严重畸变。因此一般只能用于小压力或低频围的检定。 xlOO% 贝塞尔公式误差（三者反应系统总误差）

法兰式扭矩传感器ZJ-A型

产品特点: 1.信号输出可任意选择波形一方波或脉冲波。 2.检测精度高、稳定性好、抗干扰性强。 3.不需反复调零即可连续测量正反扭矩。 4.即可测量静止扭矩，也可测量动态扭矩。 5.体积小、重量轻、易于安装。传感器可脱离二次仪表独立使用，只要按插座针号提供 ±15VDC(200mA)的电源，即可输出阻抗与扭矩成正比的等方波或脉冲波频率信号。 6.测量范围：0-500000Nm标准可选，特殊量程定制。应用范围： 1.电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测； 2.风机、水泵、齿轮箱、扭力扳手的扭矩及功率的检测； 3.铁路机车、汽车、拖拉机、飞机、船泊、矿山机械中的扭矩及功率的检测； 4.可用于污水处理系统中的扭矩及功率的检测； 5.可用于制造粘度计； 6.可用于过程工业和流程工业中；基本原理：转矩的测量：采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。工作过程：将专用的扭矩应变片用应变胶粘帖在被测弹性轴上并组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将扭矩传感器应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环形变压器承担的，因此实现了无接触的能源及信号传递功能。向传感器提供±15VDC电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器的工作电源；由基准电源与双运放组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源及作为电桥电源，有座位放大器即V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传

温度传感器标定系统设计

我的毕设 1 FPGA 智能传感器 (1) 智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。 (2) 智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输人信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。 (3) 智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介人使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。此外，其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现最佳的工作性能，也能使它们适合于各不相同的工作环境。 (4) 智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息的目的主要是以备事后查询，这一类信息包括设备的历史信息以及有关探测分析结果的索引等。 (5) 智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口可以直接与其所属计算机进行通讯联络和交换信息。此外，智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便，譬如，可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作，也可以将所测的数据发送给远程用户等基于labview 和声卡本系统主要实现温度的检测与控制，使系统的温度始终保持在要求的范围内。系统框图如图I所示。首先将温度信号转换为电信号．然后通过数据采集电路将电信号采集进入计算机，借助LabVIEW软件进行数据分析、处理和显示．最后通过温度控制接口电路对温度进行实时监控。系统中温度检测、采集和控制由硬件实现，信号的分析与处理及后续结果的输出与显示则靠软件完成。由于声卡采集的信号是音频信号，且幅值受到一定限制，同时我们在实验中发现声卡对于信号频率采集的灵敏度远远大于对信号幅度的灵敏度，所以本单元电路包括两部分：通过温度传感器将温度信号转换为电压信号，再利用v，F(压，频)转换电路将电压信号转换为具有一定幅值的频率信号，通过声卡采集频率，然后借助I_abVlEW的信号处理功能对信号进行处理和显示。需要注意的是转换电路的设计既要保证 V腰转换器具有良好的线性度。又要具有合适的频率 (3)加热与降温电路加热与降温电路的作用，就是利用前级双限电压比较器电路的输出信号，控制继电器的通断。使其起到一个开关作用，用以控制加热元件与降温元件的工作。限于学生实验条件，本系统分别采用加热电阻和c叫风扇作为加热和降温元件。由于电路简单，这里不再给出电路图。。

MH-803动态扭矩传感器

MH-803动态扭矩传感器二、基本原理：扭矩的测量：采用应变片电测技术 ,在弹性轴上组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。如图1所示：三、产品特点：

2.将联轴器分别装入各自轴上。 3.调节扭矩传感器与基准面的距离，使它的轴线与原动机和负载的轴线的同轴度小于Φ 0.03mm，固定扭矩传感器在基准面上。 4.紧固联轴器，安装完成。七、信号输出与信号采集： 1、扭矩信号输出基本形式： ?方波信号、脉冲信号。 ?可根据用户需要制成电压模拟信号输出或电流模拟信号输出（单向、静止扭矩测量）。 2、扭矩信号处理形式： ?扭矩传感器输出的频率信号送到频率计或数字表，直接读取与扭矩成正比的频率信号或电压、电流信号。 ?扭矩传感器的扭矩与频率信号送给单片机二次仪表，直接显示实时扭矩值、转速及输出功率值及 RS232通讯信号。 ?直接将扭矩与转速的频率信号送给计算机或 PLD进行处理。八、维护与保养： 1.每隔一年应给扭矩传感器两端轴承加润滑脂。加润滑脂时，仅将两端轴承盖打开，将润滑脂加入轴承，然后装上两端盖。 2.应储存在干燥、无腐蚀、室温为 -20℃——70℃的环境里。九、注意事项： 1.安装时，不能带电操作，切莫直接敲打、碰撞扭矩传感器。 2.联轴器的紧固螺栓应拧紧 ,联轴器的外面应加防护罩，避免人身伤害。 3.信号线输出不得对地 ,对电源短路,输出电流不大于10mA?屏蔽电缆线的屏蔽层必须与 +15V 电源的公共端（电源地）连接。十、安装使用： 1、使用环境：扭矩传感器应安装在环境温度为0℃～ 60℃，相对湿度小于90%，无易燃、易爆品的环境里。不宜安装在强电磁干扰的环境中。 2、安装方式： (1) 水平安装:如图11所示:

扭矩传感器样本

工作原理：传感器扭矩测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。下面为扭矩测量的主要工作原理框图，由于采用了能源与信号的无接触传输，完美的解决了旋转状态下的扭矩测量。电源当测速码盘连续旋转时，通过光电开关输出脉冲信号，根据码盘的齿数和输出信号的频率，即可计算出对应的转速。技术指标： 1.测量范围：0.5N·m--5万N·m（分若干档） 2.非线性度：±0.1%--±0.3%（Ｆ·Ｓ） 3.重复性：±0.1%--±0.2%（Ｆ·Ｓ） 4.精度：±0.2%--±0.5%（Ｆ·Ｓ） 5.环境温度：-40℃--70℃ 6.过载能力：150% 7.频率响应：100 μs 8.输出信号: 频率方波 (标准产品)，也可以为4-20毫安电流或电压信号零扭矩: 10 KHz 正向满量程: 15 KHz 反向满量程: 5 KHz 9.输出电平：5V （可以根据客户的要求作出调整),负载电流<10mA 10.信号插座： (1)0. (2)+12V. (3)-12V. (4)转速. (5)扭矩信号. 11．绝缘电阻：大于200MΩ 12．相对湿度：≤90%RH 量程选择：转矩转速传感器的量程选择应以实际测量的最大转矩来确定，通常情况下应留有一定余量，防止出现过载以至于损坏传感器。计算公式：M=9550*P/N 1

M：转矩单位（牛.米）P：电机功率单位（千瓦）N：转速单位（转/分钟）如您使用的电机为三相感应电机，转矩量程应选择为额定扭矩的2-3倍，这是由于电动机的启动转矩较大的缘故。型号选择 C系列转速转矩传感器代号类型 4 常规动态测试 5 静态（适用于非旋转场合） 6 小量程（10牛米以下） 4A 为4型换代产品 6A 为6型换代产品 7 可以同时测量轴向力量程测量范围（NM） 0.5 0—0.5 1 0—1 2 0—2 5 0—5 10 1—10 20 2—20 50 5—50 100 10—100 200 20—200 300 30—300 500 50—500 700 70—700 1000 100—1000 2000 200—2000 5000 500—5000 10000 1000—10000 20000 2000—20000 50000 5000—50000 代号输出形式 1 频率输出 2 4-20mA 3 电压输出代号精度等级 A 0.2 B 0.5 2

磁通量传感器索力监测系统设计指南

磁通量传感器索力监测系统设计使用指南柳州欧维姆结构检测技术有限公司

目录前言 (3) 1. 磁通量传感器原理 (4) 2. 磁量传感器的技术特点 (4) 3. 主要技术指标 (5) 4. 磁通量传感器的应用 (5) 5、磁通量传感器索力监测系统 (8) 6. 索力监测系统的配置 (10) 7. 传感器选型与安装 (12) 8. 磁通量传感器监测系统建立过程及注意事项 (14) 9. 主要工程业绩 (15)

前言拉索是缆索支承型桥梁的核心构件之一，素有“生命线”之称，其服役状况直接关系到桥梁的安全运营与使用寿命。因此，对桥梁拉索进行安全监测，及时了解拉索和桥梁的服役状态是十分必要的。拉索的安全监测，主要是通过监测拉索的索力，来判断其使用状况，评定其安全性。一方面，一根拉索的损伤变化会在其本身的索力变化和相邻索力的变化上表现出来，在外部则表现为主梁挠度发生变化；另一方面，主梁或塔的损伤变化也会引起索力的变化。通过对索力的监测，不仅能为总体评价其技术状况提供依据，同时也可以在一定程度上发现拉索锚固系统、防护系统是否完好，也可以更好地理解桥梁结构机理，验证设计理论从而指导设计。索力监测所应用的传感器技术主要有：振动频率法、压力传感器（振弦式、应变片、液压式、光纤光栅）、磁通量传感器（EM sensor）等。各种索力测量方法，各有其特点，振动频率法是通过建立拉索的简化模型，实测拉索的振动频率，经过计算间接得出索力，因为受减震器、拉索实际长度、外护套等影响，其测量精度比较差。压力型传感器是比较传统的传感器技术，需要串接在受力结构中，将传递到传感器上面的力直接测量出来，短期精度高、动态性好，但由于受荷载长期作用、材料徐变、形变传递失真等方面的影响，耐久性和长期精度很难保证，在受力状态下无法重新校准，无法更换，因此压力型的传感器用于长期监测有一定的局限性，只能在桥梁建设或换索时预装。针对传统的传感器技术的局限，磁通量传感器（EM Sensor）较好地解决了这些问题： 1、通过非接触式测量解决传感器受力疲劳影响寿命问题； 2、用模拟标定来实现运营状态的数据校准； 3、可以设计成哈弗式传感器，直接在已受力的拉索上制作及安装，实现运营中桥梁拉索的索力监测。 4、可以实现体内预应力（有粘结）多截面应力监测。

动态扭矩传感器

本产品是通用型数字扭矩传感器，通过弹性或刚性联轴器将传感器安装在动力设备与负载设备之间。转速测量采用光电码盘设计。主要用于航天、航空、汽车、建筑、化工、机械行业等领域： 1、风机、水泵、电动机、发动机、内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率的检测； 2、齿轮箱、扭力板手的扭矩及功率的检测； 3、大型机车、飞机、船舶、矿山机械中的扭矩及功率的检测； 4、可用于制造面粉粘度计；技术特点是： 1.可以测量静态旋转扭矩及动态过程的旋转扭矩。 2. 测量正向，反向扭矩时不需要调零，输出信号为频率信号。 3. 结合电子技术实现非接触电源供电输入与扭矩信号输出。

4. 扭矩的测量与旋转速度，方向无关。 5. 数字化处理信号输出，抗干扰能力强，性能稳定可靠，使用寿命长。 6. 扭矩的频率输出的范围：(正反向)。 7. 输入电源极性，幅值保护，输出信号保护。 8. 体积小，重量轻，安装方便。 9. 可测量正反向扭矩，转速及功率。安装注意事项是： 1.使用两组联轴器，将传感器安装在动力设备与负载之间。一端用法兰盘或连接套与被测设备相连，另一端固定或施力 2.分别调整动力设备、负载、传感器的中心高度和同轴度，要求小于0.05mm，然后将其固定，并紧固可靠，不允许有松动，使用小量程或高转速传感器时，更要严格保证连接的中心高和同轴度。否则可能造成测量误差及传感器的损坏。 3.连接时可选用刚性或弹性联轴器，在震动较大或同轴度无法保证安装要求时（大于0.05mm，小于0.2mm），建议选用弹性联轴器（会影响测量精度），

安装同轴度超过0.2mm时，严禁使用。使用中如有疑问请及时与郑州沐宸自动化科技有限公司联系，保修期之内不得自行拆卸，如果传感器不能满足您的要求，传感器本体及外壳没有任何损伤的前提下可以进行更换处理。

传感器的标定与校准

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1-19所示。图1-19 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。 1．7．2 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1-20所示。

压力传感器标定

燃气联试系统在正式工作之前要进行传感器校标；若测试现场环境发生变化，用户更有必要对传感器重新校标。本系统用到的传感器有侧燃压力传感器和燃气压力传感器。 1．传感器校标特征图图5.9 传感器校标特征 2．传感器校标计算公式标定线的各点压强值对应的高度：（此处侧燃n =7，燃气n =8） 0h =4 04030201h h h h +++ 1h = 414131211h h h h +++ … … n h =2 21n n h h + （5-11）定义各点压强对应的实际高度：（此处侧燃n =7，燃气n =8） 1P 时，1h -0h =△1h 2P 时，2h -0h =△2h

… … n P 时，n h -0h =△n h （5-12）计算各标定压强间隔的内插系数：（此处侧燃n =7，燃气n =8） 1k =1 1h △P 2k = 2121 h - h P P -?? … … n k =1 -n n 1h -△h △--n n P P （5-13）标定压强值求法： m P =1-n P +n K (m H -△1-n h ) （5-14）其中，m H 为曲线上m 点至零线的高度； n K 为△1-n h 和△n h 之间的换算内插系数； 1-n P 为对应于△1-n h 的压强标定值； m P 为对应m H 高度求得的压强值。传感器非线性计算公式： △h h △n △h n i n -i ╳100% （5-15）其中，n 为标定线上的最大台阶数； △n h 为最大标定高度； i h △为第i 阶段的标定高度； i 为标定线是任一个阶梯（i =1、2、3…n ）计算各点值，取其最大值表示传感器非线性值。传感器滞后性(迟滞)参数计算公式： i2i1i4i3n 1(h -h h -h ) 4h ??+???╳100% （5-16）

基于MAX1452的压力传感器校准系统

1 绪论 1.1 课题背景及研究意义随着科学技术的不断发展，非电量的测试与控制技术已经越来越广泛的应用。尤其在航天、航海、冶金、能源、生物医学、自动检测与计量等技术领域。而且随着社会的发展，这种技术也逐步渗透到人们的日常生活中。可以说测试技术与自动控制技术水平的高低是衡量科学技术现代化的重要标志之一[1]。传感器是实现测试与自动控制的首要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确可靠的捕获和转换，计算机发展的水平再高，依旧无法进行测试和控制。任何一种传感器在制造、使用时都需要对其设计指标进行一系列实验，以确定传感器的基本性能。硅压阻式传感器是一种广泛应用于工业生产、国防建设和航天测量的基本部件。由于半导体材料组成的硅压阻式传感器普遍存在着：一致性、温漂和非线性等问题，在使用过程中都要进行补偿与非线性矫正。传统的矫正方法是采用温度敏感器件与模拟电路实现。近年来，随着计算机技术日新月异的发展，对于硅压阻式传感器的矫正与补偿都采用微型计算机系统实现，这样的方法具有补偿精度高、工作稳定、体积精巧和传输方便等特点。这种方法组成的传感器信号调理电路也把传感器输出电路与变送器形成一体，即为现今的智能传感变送器。这种智能传感变送器还可以构成网络化测量系统，甚至能很方便的接入Internet网络。据光电行业开发协会(OIDA)做出的最新预测，从2003年到2006年期间，智能传感器的国际市场销售量将以每年20％的高速度增长[2]。对于传统传感器采用模拟方式对信号在模拟域进行处理，校准与补偿采用激光微调薄膜电阻、电位器等“模拟记忆”元件，温度补偿一般采用热敏电阻、二极管等温度敏感元件。所有这些方法存在以下主要缺点： 1、补偿精度受限于传感器的非线性误差和温度特性； 2、补偿器件同样受温度漂移困扰； 3、自动化调理设备价格昂贵； 4、人工调节不但精度不高，而且增加生产成本，不适合批量生产。第1页共38页

动态扭矩传感器转矩的几种测量方法

动态扭矩传感器转矩的几种测量方法转矩的几种测量方法：其中传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。 1、平衡力类转矩测量装置及平衡力法以均匀速度运转的动力机械或者是制动的机械，是在机体上同时作用着与转矩大小相等，方向相反的平衡力矩。扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压电式扭矩传感器的研究.系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验.从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5％.扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压动态扭矩传感器的研究.系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验.从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5％. （通过测量机体上的力和力臂来确任动力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。）平衡力法转矩测量装置又称作测功器，按照安装在平衡支承上的机器种类，可分为电力测功器、水力测功器等。平衡力测量机构有砝码、游码、摆锤、力传感器等。一般由旋转机、平衡支承和平衡力测量机构组成。平衡支承有滚动支承、双滚动支承、扇形支承、液压支承及气压支承等。平衡力法直接从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩传递问题。但它仅适合测量匀速工作情况下的转

矩，不能测动态转矩。 2、传递法传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变化与转矩的对应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴，故传递法又称扭轴法。根据被测物理参数不同，动态扭矩传感器基于传递法的转矩测量仪器有多种类型。在现代测量中，这类转矩测量仪的应用最为广泛。 3、转换法依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。从方法上讲，能量转换法实际上就是对功率和转速进行测量的方法。能量转换法测转矩一般只在电机和液机方面有较多的应用。

扭矩传感器原理与应用

扭矩传感器原理与应用一．特点 1. 既可以测量静止扭矩，也可以测量旋转转矩; 2.既可以测量静态扭矩，也可以测量动态扭矩； 3. 检测精度高，稳定性好；抗干扰性强; 4. 体积小，重量轻，多种安装结构，易于安装使用； 5. 不需反复调零即可连续测量正反转扭矩; 6.没有导电环等磨损件，可以高转速长时间运行； 7．传感器输出高电平频率信号可直接送计算机处理； 8．测量弹性体强度大可承受100%的过载。二测量原理将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上并组成应变桥,向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号。本系统的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环型变压器承担的,因此实现了无接触的能源及信号传递功能。(虚线内为旋转部分) 三传感器原理结构（０１图）在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着：图五数字式扭矩传感器测量原理图（1)激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路四工作过程向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生４００Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±５V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.５v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动- -静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。本传感器输出的频率信号在零点时为10kHz.正向旋转满量程时为15KHz.反向旋转满量程时为5KHz。即满量程变量为5000个数/每秒。转速测量采用光电齿轮或者磁电齿轮的测量方法，轴每旋转一周可产生60个脉冲，高速或中速采样时可以用测频的方法，低速采样时可以用测周期的方法。本传感器精度可达±0.2%～±0.5%（F·S）。由于传感器输出为频率信号，所以无需AD转换即可直接送至计算机进行数据处理。五应用范围 1. 检测发电机，电动机，内燃机等旋转动力设备输出扭矩及功率。

基于MAX1452的MEMS压力传感器校准系统的设计

2009年第10期仪表技术与传感器 Instrum ent T echn i que and Sensor 2009 N o 110 收稿日期:2006-08-20 收修改稿日期:2009-05-12 基于MAX1452的M E M S 压力传感器校准系统的设计赵岩,李永红,王恩怀 (中北大学,山西太原 030051) 摘要:为解决飞行器气动参数测试系统中压力测量时的温度漂移问题,设计了一种基于MAX 1452的M E M S 压力传感器校准系统。介绍了系统结构、功能、数据传输及软件实现。利用V is ua l C ++6.0对上位机软件进行编程,实现了对核心补偿器件MAX 1452的可视化操作与控制。通过最小二乘法进行曲线拟合,得到零点及灵敏度温度漂移补偿数据。运行结果表明:系统工作可靠,压力参数测量精度优于015%FS .关键词:M E M S 压力传感器;信号调理;校准;温度补偿中图分类号:TP212 文献标识码:B 文章编号:1002-1841(2009)10-0094-03 Cali bration Syste m ofM E M S Pressure Sensor w ith M AX1452 ZHAO Y an ,L I Y ong -hong ,WANG En -hua i (Nor th Un iversity of Ch i na ,T aiyuan 030051,Ch i na) Abstract :In orde r to so l ve the prob l em of te m perature dr ift i n the pressure testi ng o f the a irc ra ft aerodynam i c para m eters ,a ca li bra ti on syste m ofM E M S pressure sensor based on M AX1452w as presented .The structure ,functi on ,da ta trans m i ssi on and soft w are design o f the syste m w ere i n troduced .It desi gned t he progra m o f the host co m pute r unde r V isua l C ++6.0to i m ple m ent v isual ope ration and control about M AX 1452w hich was the m a i n co m pensation un it .A curve fitting a lgo rith m based on l east square m ethod was adopted to obta i n t he co m pensa ti on data .A ppli cation results show that it i s a re li able syste m w ith good effect ,the precision o f pressure testi ng is be tter t han 0.5%FS . K ey word s :M E M S pressure senso r ;si gna l cond iti oning ;cali brati on ;te m pe rature com pensati on 0 引言随着国防工业的不断发展,飞机、导弹等飞行器的结构无论在外形、受力情况及边界条件等方面均变得十分复杂[1]。因此飞行气动参数的测试显得越发重要。用于飞行器表面压力监测的压力传感器性能要求相对其他应用有所不同,要求尺寸小、厚度薄、灵敏度和分辨率高,故选择M E M S 硅微结构压阻式压力传感器。但由于半导体材料的固有特性,普遍存在着零点输出、热零点漂移、热灵敏度漂移和非线性等问题,影响传感器的精确性[2-3]。因此,必须采取有效措施,减少并补偿这些因素影响带来的误差,提高传感器的准确性。利用低成本精密信号调理器MAX 1452对M E M S 压力传感器做数字补偿,弥补了传统模拟方式补偿精度受限于传感器误差的非线性,且补偿元件同样受温度漂移等缺点。1 系统总体结构111 系统框图设计系统由下位机、上位机以及相应的系统和应用软件构成。下位机主要由C8051F410和M AX 1452智能芯片构成,上位机部分应用V i sua l C++6.0作为开发工具,采用面向对象的方法编制上位机软件。通过R S-485转U SB 适配器实现下位机与计算机(上位机)的通讯,对M E M S 压力传感器进行校准和温度补偿。系统总体框图如图1所示。112 系统工作原理 M AX 1452内部包含可编程传感器激励、16级可编程增益图1 校准系统总体框图放大器(PGA )、768字节(6144位)内部EEPROM 、4个16位DAC 、1个独立的运算放大器以及内部温度传感器[4]。内部温度传感器输出信号经A /D 转换后用其数字量来查询EEPROM 表,从该表中确定一个偏移量校准值。其在-40~+125e 范围内变址精度约为115e .每隔1m s ,内嵌的温度传感器将给出一个在EEPROM 中的查找表的变址,查表结果传至DAC 寄存器[5]。MAX 1452使用了4个16位DA C 寄存器,并由用户将校准系数存于其内部768@8EEPROM (6144位)中。这些内存都以16位字的形式存放,包含以下内容:配置寄存器、偏移量校准系数表、偏移量温度系数寄存器、跨度校准表、跨度温度误差修正系数寄存器。为实现对M AX1452的控制与设置,需将锁定引脚(UN-LOCK )接高电平,使能数字接口D IO (D ig ital Input O ut put)的双向通信功能[6]。在上位机软件中输入温度补偿校准时的精度、失调FSO 等简单参数,并选择要配置的寄存器或者要编辑的

扭矩传感器设计说明书

扭矩测量仪设计说明书

目录一、设计背景 (3) 二、设计题目与设计要求 (3) 三、扭矩测量及应变片的原理 (3) 1、扭矩测量的原理 (4) 2、应变片的原理 (4) 四、总体方案确定 (5) 五、具体方案设计 (5) 1、扭矩传感器的设计 (6) 2、信号的中间变换与传输 (7) 3、试验数据采集系统设计 (10) 六、测量误差分析及数据处理 (11) 七、参考文献 (12) 八、附件 1、CAD图 2、感想

一、设计背景不久前，市场研究机构Darnell Group在一份报告中指出，2010年扭矩测量仪价格预计将与现有模拟产品持平。扭矩测量仪的平均价格已经从几年前的6美元降到了目前的3美元以下，预计2010年将跌破2美元。Darnell表示，随着数字与模拟控制器解决方案价格趋同，更多、更符合具体应用的第二代扭矩测量仪推出，软件开发环境持续改善，以及市场更加了解扭矩测量技术等因素的推动，扭矩测量产品生命周期的“引入”阶段接近结束，扭矩测量仪市场将迎来加速增长。现在，中国已成为全球最大的数字式控制产品应用市场。汽车电子和工业电子成为维持中国数字是控制器市场增长的关键推动因素。此外，监控、马达控制和测量仪器市场的增长也对中国市场有较大贡献，特别是安全系统、马达控制、电力机车、安全与控制以及车载娱乐系统将成为扭矩测量仪的新驱动力。扭矩传感器，分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。二、设计题目与设计要求 1、设计题目：设计一款扭矩仪及扭矩传感器。 2、设计要求： 1）精度高，频响快，可靠性好，寿命长； 2）体积小、质量轻，便于安装使用； 4）没有导电环等磨损件，可以高速长时间运行； 3、使用条件：由于扭矩测量仪一般用在机器之间的传动轴上，振动大，灰尘、油雾、水污比较多，故要求传感器封闭，只留下两个轴端在外面，工作温度在0~60度。三、扭矩测量及应变片的原理 1、扭矩测量的基本原理根据第九章相关内容。（P145~146）扭矩测量的基本原理如下：电阻应变式转矩仪是根据应变原理来测量扭矩的。处于动力机械和负荷之间

压力传感器标定与校准

压力传感器检定： 1.静态检定 2.动态检定我们把压力传感器的特性分成两类静态特性和动态特性。压力传感器静态特性的主要指标是灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、温度漂移和零点漂移等等。一般我们校准压力传感器都是校准其静态特性，这是因为我们将压力传感器理想化，认为其固有频率相当大而且本身无阻尼，这时压力传感器的静态特性和动态特性是一样的。然而在被测压力随时间变化的情况下，压力传感器的输出能否追随输入压力的快速变化是一个很重要的问题。有的压力传感器尽管其静态特性非常好，但由于不能很好地追随输入压力的快速变化而导致严重的误差，有时甚至出现高达百分之百的动态误差。所以我们必须要进行压力传感器动态特性的校准，认真分析其动态响应特性。压力传感器动态特性可以用它的上升时间、固有频率、幅频特性、相频特性等参数来描述。迟滞e H：正行程与反行程之间的曲线的不重合度；线性度e L（非线性误差）：输入输出校准曲线（实际）与选定的拟合直线之间的吻合程度；重复性e R：正行程或反行程曲线多次测量时曲线的一致程度；置信系数a=2（%）或a=3（%）贝塞尔公式线性度、迟滞反映系统误差；重复性反映偶然误差。误差（三者反应系统总误差）e S：e S=±√e H2+e L2+e R2 或e S=e H+e L+e R 根据检定规程一《压力传感器静态》,在校准精密线性压力传感器时给出的校准曲线有二种最小二乘直线和端点平移线。动态检定： 1.瞬态激励法（阶跃信号激励） 2.正弦激励法（正弦信号激励）动态检定指标、参数：频率响应、谐振频率、自振频率、阻尼比、上升时间、建立时间、过冲量、灵敏度。

扭矩传感器

扭矩传感器 1.概述扭矩又叫转矩，是反映转动设备输出力的大小的重要参数。扭矩在物理学中用下面的公式计算。其中：P表示转动设备的输出功率，单位千瓦（k W）；M表示转动设备的输出扭矩，单位牛米（N·m）；N表示转动设备的转速，单位转/分钟（r/min）。从公式可以看出，扭矩是一个与功率和转速相关的物理量，它反映了转动设备输出功率和转速的比值关系。如果知道了转动设备的输出功率和转动速度，就可以利用公式计算出转动设备的扭矩。但实际生产中，功率的测量是不容易的，而扭矩可以利用较简单的装置把扭矩转化为力和磁的测量，对于力和磁这两个物理量的检测，我们有许多成熟工具，这样扭矩的测量就变得相对简单了。 2.常见的扭矩传感器分类常见的扭矩传感器包括电阻应变式、磁电相位差式、光电式、磁弹性式、振 3.几种常见的扭矩传感器原理（1）电磁齿栅式转矩传感器

电磁齿（栅）式转矩传感器的基本原理是通过磁电转换，把被测转矩转换成具有相位差的两路电信号，而这两路电信号的相位差的变化量与被测转矩的大小成正比。经定标并显示，即可得到转矩值。齿（栅）式传感器的工作原理如图1所示。图 1电磁式转矩传感器原理图电磁式转矩传感器在弹性轴两端安装有两只齿轮，在齿轮上方分别有两条磁钢，磁钢上各绕有一组信号线圈。当弹性轴转动时，由于磁钢与齿轮间气隙磁导的变化，信号线圈中分别感应出两个电势。再外加转矩为零时，这两个电势有一个恒定的初始相位差，这个初始相位差只与两只齿轮在轴上安装的相对位置有关。在外加转矩时，弹性轴产生扭转变形，在弹性变形范围内，其扭角与外加转矩成正比。在扭角变化的同时，两个电势的相位差发生相应的变化，这一相位差变化的绝对值与外加转矩的大小成正比。由于这一个电势的频率与转速及齿数的乘积成正比，因为齿数为固定值，所以这个电势的频率与转速成正比。在时间域内，感应信号S1，S2是准正弦信号，每一交变周期的时间历程随转速而变化，测出他们之间的相差Φ即可得到扭矩值。由材料力学可知： Φ 式中Φ——弹性轴的扭转角； ——转矩； ——弹性轴材料的剪切弹性模量； ——弹性轴直径； ——弹性轴工作长度。其中，、、都是常数，令则有 Φ 因此，扭矩的测量就转换成相位差的测量。而S1、S2是准正弦信号，其相位的测量需要用高频脉冲插补法，即用一组高频脉冲来内插进被测信号，然后对高频脉冲计数。