泽天传感压力传感器检验标定系统设计方案
任何一种压力传感器在装配完后都必须按设计指标进行全面严格的性能鉴定。使用一段时间后（中国计量法规定一般为一年）或经过修理，也必须对主要技术指标进行校准试验，以便确保传感器的各项性能指标达到要求。压力传感器标定就是利用精度高一级的标准器具对传感器进行定度的过程，从而确立传感器输出量和输入量之间的对应关系。同时也确定不同使用条件下的误差关系。为了保证各种被测量量值的一致性和准确性，很多国家都建立了一系列计量器具（包括传感器）检定的组织、规程和管理办法。我国由国家计量局、中国计量科学研究院和部、省、市计量部门以及一些企业的计量站进行制定和实施。国家计量局（89年后由国家技术监督局）制定和发布了力值、长度、压力、温度等一系列计量器具规程，并于85年9月公布了“中华人民共和国计量法”。
工程测量中传感器的标定，应在与其使用条件相似的环境下进行。为获得高的标定精度，应将传感器及其配用的电缆（尤其像电容式、压电式传感器等）、放大器等测试系统一起标定。根据系统的用途，输入可以是静态的也可以是动态的。因此传感器的标定有静态和动态标定二种。静态标定的目的是确定传感器静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。动态标定的目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。有时，根据需要也要对横向灵敏度、温度响应、环境影响等进行标定。
1 传感器静态特性标定
传感器的静态特性是在静态标准条件下进行标定的。所谓静态标准是指没有加速度、振动、冲击（除非这些参数本身就是被测物理量）及环境温度一般为室温（20±5℃）、相对湿度不大于85％，大气压力为101±8kPa的情况。对传感器进行标定，是根据试验数据确定传感器的各项性能指标，实际上也是确定传感器的测量精度。所以在标定传感器时，所用的测量仪器的精度至少要比被标定的传感器的精度高一个等级。这样，通过标定确定的传感器的静态性能指标才是可靠的，所确定的精度才是可信的。对传感器进行静态特性标定，首先是创造一个静态标准条件。其次是选择与被标定传感器的精度要求相适应一定等级的标定用的仪器设备。然后才能开始对传感器进行静态特性标定。
标定过程步骤如下：
1）将传感器全量程（测量范围）分成若干等间距点；
2）根据传感器量程分点情况，由小到大逐渐一点一点的输入标准量值，并记录下与个输入值相对应的输出值；
3）将输入值由大到小一点一点的减少下来，同时记录下与各输入值相对应的输出值；
4）按（2）、（3）所述过程，对传感器进行正、反行程往复循环多次测试，将得到的输出－输入测试数据用表格列出或画成曲线；
5）对测试数据进行必要的处理，根据处理结果就可以确定传感器的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。
2 传感器的动态特性标定
一些传感器除了静态特性必须满足要求外，其动态特性也需要满足要求。因此在进行静态校准和标定后还需要进行动态标定，以便确定它们的动态灵敏度、固有频率和频响范围等。传感器进行动态标定时，需有一标准信号对它激励，常用的标准信号有二类：一是周期函数，如正弦波等；另一是瞬变函数，如阶跃波等。用标准信号激励后得到传感器的输出信号，经分析计算、数据处理、便可决定其频率特性，即幅频特性、阻尼和动态灵敏度等。动态标定要解决两个问题：①要获得一个令人满意的周期或阶跃的压力源；②要可靠地确定上述压力源所产生的真实的压力－时间关系。
动态压力源的分类如下：
1）稳态周期性压力源 活塞与缸筒；凸轮控制喷嘴；声谐振器；验音盘等。
2）非稳态压力源 快速卸荷阀；脉冲膜片；闭式爆炸器；激波管等。
2.1 稳态标定法
常见的活塞和缸筒装置就是一种简单的稳态周期性校准压力源。如果活塞行程固定不变，压力振幅可通过调整缸筒体积来改变，它可以获得70kg/cm2的峰值压力，而频率可达到100Hz。上述常用的稳态标定法只提供了可变的压力源，它们本身没有提供确定数值或时间特性的方法。但这些方特别适用于将未知特性的传感器与已知特性的传感器进行比较。
2.2 非稳态标定法
采用稳态周期性压力源来确定压力传感器的动态特性时，往往受到所能产生的振幅和频率的限制。高的振幅和稳态频率很难同时获得。为此，在较高振幅范围内，为了确定压力传感器的高频响应特性，必须借助于阶跃函数理论。可采用各种方法来产生所需要的脉冲。最简单的一种方法是在液压源与传感器之间适用一个快速卸荷阀，从0上升到90％FS的时间为10ms。采用脉冲膜片也可获得阶跃压力。用薄塑料膜片或塑料薄板把两个空腔隔开，由撞针或尖刀使膜片产生机械损坏。由此发现，降压而不是升压，可以产生一个更接近理想的阶跃函数。降压时间约为0.25ms。还有一种阶跃函数压力源是闭式爆炸器。在该爆炸器中，它的压力发生跃变，例如烈性硝甘炸药雷管发生爆炸。通过有效体积来控制峰值压力。可以得到在0.3ms内的压力阶跃高达54kg/cm2。激波管的结构十分简单，它是一根两端封闭的长管，用膜片分成两个独立空腔。它能产生非常接近的瞬态“标准”压力，具有压力幅度范围宽、频率范围广、便于分析研究和数据处理等特点，因而是目前压力传感器动态标定的最常用方法。
3 几种常用的压力传感器标定检验系统
3.1 全自动压力计智能标定系统
全自动压力计智能标定系统是上海某单位生产的设备，它的关键技术是砝码搬运子系统。它通过计算机控制伺服电机旋转，驱动砝码上下移动，完成砝码的加卸工作，从而实现了砝码搬运过程的自动化。系统主要组成部分包括砝码搬运、压力生成系统、控制台、恒温箱、工业控制计算机及数据采集控制、激光打印机和供电系统等。标定参数通过计算机软件人机界面设定后，由标定软件自动完成标定工作。标定全部数据经计算机处理后由打印机输出。
主要技术指标 压力精度等级：0.02级；压力测量范围：1-60MPa，步长1MPa；砝码预置时间：≤10s/6MPa；通讯端口：10个（其中4个同时提供压力计电源）；可同时标定1-4支压力计；提供标准直流电源：0-24V DC，100mA（四组可调）。
3.2 全自动压力计检定装置
全自动压力计检定装置湖北某单位生产的设备，是由全自动活塞压力计、全自动恒温装置、造压系统及控制部分组成。该仪器可满足现有各类压力测试仪的手动、半自动和全自动标定；同时可适用于压力传感器的标定。可实现预压、加压、恒压、减压、卸压归零、循环工作等全过程自动化；通过计算机实时数据采集、处理和控制，完成对压力、温度的自动调节。恒温装置有油浴、空气浴等多种规格可供选择。
3.3 全自动压力检定系统
全自动压力检定系统是杭州某单位生产的设备，它可以作为企业计量室的全自动压力检定/标定装置（企业的压力标准装置）使用。它由单通道或双通道的全自动压力校验台和校验软件构成。本装置由变速电机驱动传动机构带动活塞泵，压缩水或变压器油或空气产生压力，不需要高压气瓶。只能稳压器控制变速电机进行稳压，智能控制器控制变速电机进行加压或卸压操作。本装置内置多个量程的进口压力传感器，量程压缩比可达到8-10倍，在全量程范围内都可以达到0.1或0.05级；也可以采用内置标准或外接标准，精度可达0.025级。本装置完全按中国的压力检定规程进行设计，上行程时，从下到上向检定点逼近；下行程时，从上到下向检定点逼近。在校量程点的回程时，先把压力升高量程的1％，再从上向下逼近。本装置设置了过压保护，当压力超过所选量程的110％时，报警并闭锁升压，保护标准表和被校准表的安全。
主要技术特点 真正的全自动压力校验加压泵，只要一按启动键就能自动完成加压、稳压、数据记录、误差分析等所有工作；国内唯一不采用高压气瓶就能提供高压稳定压力源的全自动加压泵；内置压力传感器，精度达0.1级；采用1台双通道APSL校验台，1个检定员日检定仪表50台成为现实；手动设置压力定值，自动加压。手动选择量程，自动根据所选量程的校验点进行上行程和下行程的自动加压。可以预制10种压力量程的校验点，实现全自动校验。具有完整保护功能，过压（如果超过量程的110%则会发出报警）、泄漏、传感器故障等报警。本文源自泽天传感，版权所有转载请保留！