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采用虚拟仪器对传感器静态特性进行测试和分析研究

时间:2020-11-27 10:35:26

传感器的工作特性通过其静、动态特性直接反映出来,静态特性是表示传感器在被测输入量的各个值处于稳定状态时的输入—输出关系,更能突出反映传感器的各项指标,传感器静态特性主要指线性度、迟后性、重复性和静态误差。以往对传感器静态特性的测试、分析需要多种仪器来共同完成,且输入、输出信号的测量、记录、特性指标的计算都需人工完成,工作量大、效率低、可靠性差。基于虚拟仪器的传感器特性分析数据处理能力强,效率高,灵活性及一致性好,显示内容丰富,打印输出方便,具有极高性价比,已被广泛地应用。

传感器进行静态工作特性的测量及计算

虚拟测试仪由计算机系统组成,对传感器的静态特性进行分析,具有快速、准确、灵活、可靠的特点。

对于我们一个传感器技术特性进行循环试验,在取5个校准点时,测量点的分布情况见表1。

为保证测量的可靠性,应重复至少3个周期的实验,取5个校准点,共25个测量值。 一般采用5个周期的重复实验和7个校准点,共有61个测量值。 从这些测量结果中计算了传感器的线性、迟滞、重复性和静态误差。

基于PC的虚拟仪器

虚拟仪器的硬件

表1 测量点分布表

采用虚拟仪器对传感器静态特性进行测试和分析研究

由分析可知,若想测量传感器的特性指标,则必需在各校准点给传感器输入校准信号,同时测量传感器的标准输出信号值,传感器的标准输出信号一般为4~20mA 或1~5V,而电流信号经采样电阻可转变为电压信号。传统的测量方法是用万用表测量并记录每次传感器的输出信号值,如今采用PC机加A/D扩展板卡来测量和记录传感器的输出信号,则可大大提高测量精度和测量速度,而且PC机具有极强的运算能力,可方便、灵活地计算和分析传感器的各项特性指标,具有极高的性价比。

目前,PC机都具有3个以上PCI扩展插槽,而且可以基于PCI总线的工业级模拟控制信号进行采集板卡种类数量繁多,大多可采集-10~+10V 范围内实现信号,而且通过采样数据精度从12位到16位、采样处理速度从每秒几万次到上百万次不等,作为中国工业企业产品其工作的稳定性和可靠性已得到社会共识,现已在我国工业生产监控领域中得到了一个广泛发展应用。

针对不同传感器进行测试结果精度高的特点,一般可以要求学生测试分析仪器设备精度应达到5×10-4。虚拟实验仪器公司采用一个普通PC计算机,扩展了台湾研华基于PCI总线的PCI-816模拟量数据采集板卡,板卡主要管理功能有:16路模拟控制信号差分输入、分辨率为16位、最大采样处理速度为100kHz/s、信号采样时间范围宽且可软件开发编程模型设定、支持企业软硬件触发、可编程选择没有中断等级和DMA 传送通道,另外,还具有16路数字量输入、输出。

虚拟仪器的软件

虚拟仪器的硬件 相对软件较简单,而仪器的操作方便与否、功能是否齐全、显示画面是否丰富、是否可打印输出各种分析报表等,则完全由软件设计水平来决定。软件采用VC++6.0在Windows环境下编制,程序功能结构框图如图1所示,可在WindowsNT/98/2000/XP 操作系统下运行,具有画面显示直观,操作方便、灵活等特点。

图1程序功能结构图

在虚拟仪器软件运行后,您可以通过下拉菜单或工具栏按钮完成数据采集或输入,修改,计算,显示屏幕切换和结果打印输出。为了便于输入,修改各种数据,使用更高的集成集成,修改对话框窗口,其中可以直接输入传感器名称,型号和循环测试,并且传感器每个校准点设定值和测量值测量的值可以在新的和修改的转换输入中设置测试。例如,您需要连续输入每个校准点的设定值,然后在操作方法(测量数据的操作)中选择[校准输入或测试数据]复选框,然后选择[连续操作]框,如如图2所示,您可以连续。或者,可以通过在[插入],[添加]和[删除]中选择不同的铵按钮来设置当前下标(笔划号)数据的不同操作。这可以进行对话窗口中整个数据的收集和修改,大大提高了数据的运行效率。虽然每个步骤,所有参数的当前数据都可以显示在程序窗口中。

图2 数据进行输入、修改自己对话窗口

校准点数量和所需测量值数量由程序按输入校准点数和循环使用次数可以自动分析计算。程序设计自动检验结果输入校准点数量(M)与测量值数量(N)是否能够满足式(1),如不满足则计算菜单项和工具栏中计算按钮无效,直至两者不能满足式(1)关系。在检查企业确认相关数据正确性后即可完成计算温度传感器以及各项静态评价指标。

测试数据的显示和打印

对于输入或测量数据和计算结果,程序可以在不同的弹出窗口中以不同的形式,如表格、曲线、直方图等,存储不同的打印报表格式。通过选择不同的菜单项或按钮,您可以选择不同的方式来显示和打印输出。

打印技术输出报表分析提供了二次系统设计主要功能,即可通过学习软件中的绘图和字符串编辑功能,自行设计打印输出报表格式。

应用实例

虚拟仪器已在实际传感器测试中应用。表2是对1个压力传感器(量程:1MPa),采用5个校准点,重复循环试验3次所测量计算的部分数据(置信系数α=3) 。

表2 压力传感器测量计算的部分数据

结束语

文中我们虽然未对用此虚拟实验仪器来测量、分析以及传感器的动态发展特性作介绍,但可参照对静态特性的分析研究方法来进行分析不同传感器的动态管理特性,利用网络虚拟仪器技术具有中国快速A/D转换的功能,在传感器数据输入量发生阶跃或连续不断变化的同时,对输出量作连续的A/D 采样,通过对采样调查结果的分析,即可得出传感器对随时间成本变化的输入量的响应特性。

责任编辑:gt


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