力传感器制作与标定

压力传感器的静态标定实验一、实验目的要求1、了解压力传感器静态标定的原理；2、掌握压力传感器静态标定的方法；3、确定压力传感器静态特性的参数;二、实验基本原理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所示;图1 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;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2所示;有时,输入的标准量是由标准传感器检测而得到的,这时的标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较,如图2所示;输入量发生器产生的输入信号同时作用在标准传感器和待标定传感器上,根据标准传感器的输出信号可确定输入信号的大小,再测出待标定传感器的输出信号,就可得到其标定曲线;图2 压电式压力传感器的标定曲线与拟合直线图3 用标准传感器进行标定的方法三、实验设备活塞式压力计、标准压力表被标定的压力传感器、数字万用表、标准砝码、工作液体蓖麻油;四、实验方法和要求1．根据要调试的压力仪表量程及准确度等级选择相适应的压力计和压力计所使用传压介质的油液;2．将压力计放到便于操作和坚固无震的平台上,调整压力计水平调节螺丝,使水平泡的气泡位于中心位置此时压力计处于水平状态;压力计的工作环境温度为20±10℃,相对湿度80%以下,周围空气不得含有腐蚀性气体;3．初使用时,首先用汽油清洗压力计各部分,然后在手摇压力泵和测量系统的内腔注满传压介质,并将内腔的空气排除;传压介质的油液必须经过过滤,不许混有杂质和污物;4．旋转手摇泵的手轮,检查油路是否通畅,若无问题,将要调试检测的压力仪表的压力传感器安装到压力计的测试接口上;5．通过压力泵手轮将内腔的空气排放干净,避免内腔的气泡对压力测量带来的影响;同时检查测量管道是否漏油,如有,必须解决此问题后才能进行下一步操作;6．打开油杯阀门,左旋手轮,使手摇压力泵的油缸充满油液,关闭油杯阀门;7．配合DC24V稳压电源、高精度万用表既可进行压力仪表的调试及检测工作;打开针形阀,右旋手轮,产生初压,使承重底盘升起,直到定位指示筒的墨线刻度相齐为止;每个测试点检测时,必须承重底盘升到定位指示筒的墨线刻度相齐位置;操作时,必须使底盘按顺时针方向旋转,角速度保持在30-120转/分之间,借以克服磨擦阻力的影响;记录每点检测结果;零点压力的测量必须打开油杯阀门使测量管道内的压力与环境大气压相等;8．检测时根据压力仪表的压力量程范围分为5-10个测试点进行上行程及下行程检测,将检测结果填入相关的检定记录报表内,做好检定记录报表;9．测试完成后做好压力室的卫生工作,保证压力室干净整洁;10．定期做好压力计的维护保养等工作;五、实验内容1、根据实验设备设计实验电路连线图,装配、检查各种仪器、传感器及压力表;2、检查实验电路及油路;3、加载、卸载,注意数据变化,并记录;压力表加载、卸载实验记录压力传感器加载、卸载实验记录4、分析、计算、处理实验数据,作出压力传感器的静态特性图,非线性、迟滞、重复性;5、用方和根法计算系统误差;五、实验注意事项1、每次加砝码时注意一定要放稳；2、在正行程测量时,当压力由1MP增加到2MP需要更换大砝码时,一定要将工作液体的压力值降低到1MP以下后才能进行更换操作；同样在反行程测量时,压力由2MP降低到1MP需要更换小砝码时,也一定要将工作液体的压力降低到1MP以下后才能进行更换操作;3、实验数据应记录清楚、准确；4、加减压操作时,注意正反行程的含义,不能反复进行调节;。

压力传感器校准标定流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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传感器标定实验概述：车辆在行驶的过程中，轮力传感器安装在车轮上，跟车轮一起转动，加上路况的不断变化，使得传感器的工作环境十分恶劣，这就使得在实际工程应用当中，对传感器制作工艺和精度有了很高的要求。

车轮六维力传感器的精度直接影响到六维力的测量是否精确，传感器的精度则需要经过实验来对它进行标定。

轮力传感器标定分为静特性标定和动特性标定，相应的稱合系数矩阵也有静态和动态之分。

传感器标定的原理及意义：传感器的标定，是指通过实验的方法，通过加载输入量来测得输出量，并以此来寻找二者之间的关系和规律同时确定不同使用条件下的误差。

六维力传感器的标定原理：用实验的方法，对六维力传感器加载标准的广义力，即输入已知量，同时记录六维力传感器的各个桥路的输出电压，即得到输出量，然后按照一定的方法对记录的数据进行处理，便可以得到输入量和输出量之间的关系，这就是我们需要的结构影响系数矩阵，即标定矩阵。

（个人观点：这个输入的是一个力，然后输出的是一个电压，实际上输出的是一个以应变有关系的量，但是这个量呢不能直接体现，而需要通过这个电压来体现。

然后我们需要一定的方法去模仿或者计算它这个输入输出的关系，这就是我们需要的一个系数矩阵，就是标定矩阵。

）传感器在出厂使用之前，必须要经过标定试验，并进行严格的性能及各项指标测试。

六维力传感器是个多输入多输出的复杂系统，由于弹性体的结构设计与电阻应变片布片方案和工艺等等因素的影响，实际各维输出信号之间存在一定程度的耦合，即维间耦合，各维力力矩间的耦合关系比较复杂，通常采用物理实验的方法来对它进行标定，其标定精度对传感器的测量精度有着重要的影响，因此，在标定实验中，必须采用比传感器量级更高的标定系统。

（个人观点：多维力传感器的输出信号之间存在着一定程度的耦合是必然现象，这是为什么呢，因为弹性体在产生应力应变的时候是一是一体的，不是分开的。

）传感器标定实验的具体步驟：进行标定实验前，首先要对实验中要用的设备进行外观检查，包括标定系统、被标定的传感器及其它实验工具，检查它们的外观和受载情况，然后把传感器安装到标定系统的标定试验台的相应位置上。

传感器实验报告1 实验任务（1）设计实现一个测力传感器，输入为力、输出为应变仪的电压，量程20kg；（2）进行标定实验，通过标准力传感器加载，线性回归获得标定系数(k=V/kg)；（3）估算误差，即实测信号和标定信号之差的±3σ。

2 实验器材测力环应变仪（两个通道）数据采集计算机标准力传感器加载装置，台钳3 实验原理3.1 固体力学固体力学是力学中研究固体机械性质的学科，连续介质力学组成部分之一，主要研究固体介质在外力，温度和形变的作用下的表现，是连续介质力学的一个分支。

固体力学广泛的应用张量来描述应力，应变和它们之间的关系。

固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。

3.2 应力物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。

在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。

同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。

3.3 有限元法有限元法是一种有效解决数学问题的解题方法。

其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，单元上所作用的力等效到节点上，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，就是用叉值函数来近似代替，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。

图1 有限元模拟有限元分析，是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

力传感器标定系统的设计-设计内容及要求随着科技的不断进步，力传感器在工业领域的应用越来越广泛。

然而，力传感器的准确度和稳定性对于其应用效果起着至关重要的作用。

为了确保力传感器的准确度和稳定性，需要对其进行定期的标定。

而为了提高标定的效率和精度，设计一个高质量的力传感器标定系统显得至关重要。

1. 标定系统的结构设计力传感器标定系统包括但不限于以下部分：1.1 传感器支撑结构：用于支撑和固定力传感器，确保标定过程中力传感器的稳定性和精度。

1.2 标定装置：用于在不同力值下对力传感器进行标定。

标定装置应该能够模拟不同的力值范围，并且具有高精度和可调节性。

1.3 采集系统：用于实时采集力传感器的输出信号，以便进行数据分析和处理。

1.4 控制系统：用于控制标定装置的运行状态，保证标定过程的稳定性和一致性。

1.5 数据处理系统：用于对采集到的数据进行分析和处理，计算力传感器的准确度和稳定性。

2. 标定系统的技术要求2.1 精度要求：标定系统的精度应该高于标定对象，以确保标定结果的可靠性。

2.2 稳定性要求：标定系统应具有良好的稳定性，不受外界因素的影响。

2.3 自动化要求：标定系统应该具有一定的自动化程度，能够自动进行标定过程并输出标定结果。

2.4 可靠性要求：标定系统的设计应考虑到各种意外情况，并具有相应的应对措施，确保系统的可靠性和安全性。

3. 标定系统的其他设计考虑3.1 界面设计：标定系统的界面设计应直观友好，操作简便。

3.2 数据记录与管理：标定系统应能够记录和管理每次标定过程的数据，以便后续的数据分析和对比。

3.3 维护和保养：标定系统的设计应考虑到维护和保养的便利性，能够方便进行系统的维护和保养工作。

4. 总结在力传感器的应用领域，一个高质量的标定系统对于保证力传感器的准确度和稳定性至关重要。

在设计力传感器标定系统时，需要考虑到结构设计、技术要求以及其他设计考虑，确保系统能够满足实际应用的需求，并具有高精度、高稳定性和高可靠性。

压力传感器
一点标定法：这种标定方法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差，这类标定方法通常称为自动归零。

偏移量标定通常在零压力下进行，特别是在差动传感器中，因为在标称条件下差动压力通常为0。

选择标定压力：标定压力的选取决定其获取最佳精度的压力范围，标定点必须根据目标压力范围加以选择，而压力范围可以不与工作范围相一致。

而灵敏度标定在数学模型中通常采用单点标定法进行。

三点标定法：线性误差通常都具有一致的形式，它可以通过计算典型实例的平均线性误差，确定多项式函数（a×2+bx+c）的参数而得到。

确定了a、b和c 后得到的模型对于相同类型的传感器都是有效的。

该方法能在无需第3个标定点的情况下有效地补偿线性误差。

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压力传感器的标定实验为了确保测试仪器的精确度和灵敏度，保证测试仪器测量数据的误差不超出规定的范围，应进行测试仪器示值与标准值校对工作，这一工作过程称为对测试仪器的标定(或称为率定)。

测试仪器的标定分为强制性检验和经常性自检。

标定的方法可分为对单件测试仪器进行标定和对整个测试系统进行标定。

一、实验目的学习结构试验常用力传感器原理、使用方法并掌握力传感器的标定。

二、实验仪器及设备1 静态应变仪一台2 空心圆管一个3.电阻应变片，万用表，电烙铁，焊锡，游标卡尺等工具一套三、实验原理圆筒式力传感器应变片粘贴在弹性体外壁应力均匀的中间部分，并均匀对称地粘贴多片。

因为弹性元件的高度对传感器的精度和动态特性有影响。

所以对空心圆柱一般取H≥D－d＋l，式中H为圆柱体高度，D为圆柱外径，d为空心圆柱内径，l 为应变片基长。

贴片在圆柱面上的展开位置及其在桥路中的连接，如图2－20所示，其特点是R1、R3串联，R2、R4串联并置于相对位置的臂上，以减少弯矩的影响。

横向贴片作温度补偿用。

柱式力传感器的结构简单，可以测量大的拉压力，最大可达107N。

（1）打座、清洗：试件表面处理，为了使应变片牢固地粘贴在试件表面上，必须将要贴片处的表面部分打磨，使之平整光洁。

清洗使之无油污、氧化层、锈斑等。

（2）定位划线（3）贴片：粘贴应变片，并压合，使粘合剂的厚度尽量减薄（4）焊线：引线的焊接处固定以及防护与屏蔽处理等（5）接桥路（6）封装(7)标定结论:力与ε是呈线性关系的,使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度（精度）进行检测是符合标准的.通过这次试验我了解到了一些有关传感器的知识，并且动手做了一个电测试验的力学传感器，我们八人合作共同完成了八个应变片的定位焊接工作。

并且在老师的指导下完成了标定工作，而在这一过程中我们还是遇到了很多麻烦，例如贴片后线路太复杂，导致与承载体接触，标定时始终无法调零成功，这说明我们的动手能力还有待提高。

实验二 力传感器标定及称重实验
一.实验目的：
通过本实验让学生了解用应变片测力环制作电子秤进行物品称重，掌握对称重实验台进行定标和测量误差修正的方法。

二.实验内容和原理：
DRCZ ——A 型称重台由应变式传感器、底座、支架和托盘构成。

其中，力传感器由测力环和4个应变片构成的全桥电路组成。

当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，通过电桥放大后产生电压输出。

由于本称重实验台中采用的测力元件的非线性和惠斯通全桥放大电路的误差，加载的物料重量与输出的电压不能保证严格的线性关系。

为提高测量精度，称重实验台使用前可用标准砝码对其进行标定，得到物料重量与输出电压的关系曲线。

实际使用时将测量电压按该曲线反求出实际重量就可以了。

力传感器工作原理简介
电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。

测量电路普遍采用惠斯通电桥。

三.实验仪器和设备
1. DRVI 可重组虚拟实验开发平台
1套 2. 蓝津数据采集仪（DRDAQ-EPP2）
1套 3. 开关电源（DRDY-A ）
1套 4. 称重台（DRCZ-A ）
1个
四.实验报告要求
,bx b y o +=
,xx xy
l l b =
(),122x n
x l xx ∑-
∑= ()();1y x n
xy l xy ∑∑-∑= ,1x n
x ∑= ,1y n y ∑= .x b y b o -=。

六维力传感器的解耦标定算法
六维力传感器的解耦标定算法是用于将传感器测量的力和力矩分解为六个独立的力和力矩分量的过程。

以下是一种常见的六维力传感器解耦标定算法：
1. 收集标定数据：使用已知大小和方向的力和力矩施加在传感器上，记录传感器输出的原始数据。

这些数据将用于后续的解耦标定算法。

2. 确定传感器的灵敏度矩阵：将传感器输出的原始数据与施加的已知力和力矩进行线性回归，得到传感器的灵敏度矩阵。

该矩阵描述了传感器输出与施加的力和力矩之间的关系。

3. 解耦标定算法：利用灵敏度矩阵对传感器输出进行解耦，将其分解为六个独立的力和力矩分量。

解耦的方法可以是将灵敏度矩阵进行逆运算，或使用其他解耦算法，如主成分分析（PCA）等。

4. 验证解耦结果：使用已知大小和方向的力和力矩施加在传感器上，将解耦后的力和力矩分量与已知值进行比较，验证解耦结果的准确性。

5. 修正灵敏度矩阵：根据验证结果，进行必要的调整和修正，以提高解耦结果的准确性。

6. 重复步骤3至步骤5，直到达到满意的解耦精度。

需要注意的是，六维力传感器的解耦标定算法可能因传感器的设计
和特性而有所不同。

上述算法仅为一种常见的解耦标定算法，并不能适用于所有情况。

在实际应用中，建议参考传感器厂商提供的文档和指导，或与专业的传感器标定服务提供商合作，以获取更准确的解耦标定算法。

实验一(应变力传感器标定及称重实验)报告内容
第_____组成员名单：
1. 单臂电桥性能实验
1.1 单臂电桥测量时输出电压与对应砝码质量值
质量（g）
输出电压
（mV）
1.2 通过数据拟合,求出单臂电桥测量时输入输出特性曲线方程
2. 双臂电桥性能实验
2.1 双臂电桥测量时输出电压与对应砝码质量值
质量（g）
输出电压
（mV）
2.2 通过数据拟合,求出双臂电桥测量时输入输出特性曲线方程
3. 四臂全桥性能实验
3.1 四臂全桥测量时输出电压与对应砝码质量值
质量（g）
输出电压
（mV）
3.2 通过数据拟合,求出四臂全桥测量时输入输出特性曲线方程
性曲线。

3.5 简单说明各电位器在电路中所起作用。

4. 直流全桥的应用——称重实验
4.1称重实验中输出电压与对应砝码质量值
质量（g）
输出电压（mV）
4.2 将上表数据与拟合曲线对比，分析产生误差的原因,并计算误差与非线性误差。

力传感器标定方法
1. 嘿，你知道力传感器标定方法里的标准砝码法吗？就像你称体重一样，用标准的砝码来确定力传感器的准确性。

想象一下，要是砝码不准确了，那得出的结果不就乱套啦！
2. 还有啊，比较校准法呢！这不就跟你和朋友比身高，通过和已知准确的作对比来确定嘛！你说这方法是不是很巧妙呢？
3. 哇哦，说到力传感器标定方法，那应变片校准法也不能不提呀！就如同给力传感器穿上一件特别的“衣服”，来检测它的反应，是不是很神奇呢！例子嘛，就像你给宠物穿上小衣服，看看它的样子有啥变化呀。

4. 力反馈法也挺有意思的哟！就好像你打游戏时，根据反馈来调整操作，力传感器也是这样通过反馈来精确校准的呢！就好比你开车时根据路况来调整速度一样变通。

5. 然后就是替换法啦！这不就是像你换衣服一样嘛，把不准确的换下来，换上准确的，让力传感器变得精准无比！就像你扔掉旧鞋子换上新鞋子一样干脆。

6. 零点调整法呢，是不是感觉很特别？就像你调整手表的时间，让它从零开始准确走起来。

比如你要开始一项新任务，从零开始调整状态呀。

7. 满量程校准法也很重要哦！就好像你跑马拉松要知道全程有多远一样，力传感器也要清楚自己的满量程呀。

想想那种全力冲刺的感觉，力传感器也在努力做到最好呢！
8. 最后，线性度校准法能让力传感器的表现更加出色哦！这就像是让一条线变得更直，让力传感器的输出更加可靠。

比如你画一条直线，总是希望它笔直笔直的嘛！
总之，力传感器标定方法多种多样，每个方法都有它独特的魅力和作用，我们可得好好掌握呀！。

力传感器的标定方法嘿，咱今天就聊聊力传感器的标定方法。

这力传感器啊，就像个小侦探，能准确地感知力的大小。

可要是没标定好，那可就不靠谱啦，就像没瞄准的枪，打不准目标。

一、准备工作1.1 选好标准器具。

这就像挑武器一样，得选个靠谱的。

标准砝码那是常用的，要选质量准确、精度高的，不能有“缺斤少两”的情况。

就像上战场得有把好枪，咱标定力传感器也得有好的标准器具。

1.2 搭建稳定平台。

得找个稳当的地方，把力传感器放好。

不能摇摇晃晃的，不然就像在风浪里的小船，定不了向。

平台要牢固，就像一座坚固的城堡，给力传感器一个安稳的“家”。

二、标定步骤2.1 安装力传感器。

把力传感器小心地安装在平台上，就像给小侦探找个合适的岗位。

安装要牢固，不能有松动，不然就像没扎好根的树，容易倒。

2.2 加载标准砝码。

一个一个地加上标准砝码，就像给小侦探增加任务。

要慢慢地加，不能着急，就像走楼梯一样，一步一步来。

看着力传感器的读数变化，心里要有数。

2.3 记录数据。

把每次加载砝码后的力传感器读数都记下来，这就像记账一样，得清楚明白。

不能马虎，不然就像糊涂账，没法算清楚。

三、数据分析3.1 对比数据。

把力传感器的读数和标准砝码的实际值进行对比，看看有没有偏差。

要是有偏差，就像走路走歪了，得赶紧调整。

3.2 调整校准。

根据偏差情况，进行调整校准。

可以通过调整参数或者更换部件等方法，让力传感器更准确。

就像给小侦探纠正错误，让它更能干。

总之，力传感器的标定可不能马虎。

要像对待宝贝一样，精心准备，认真操作。

只有这样，才能让力传感器发挥出它的最大作用，为我们的工作和生活提供准确可靠的力值数据。