比率测量及数字化校准技术在力学测量中的应用

　　一、前言

　　随着科学技术的发展和生产要求的不断提高,测量仪表的发展主要体现如下特点:(l)以数字技术代替模拟技术;(2)从仪表测量的自动化向测量、校准、识别、分析等全方位的智能化发展。

　　目前,新材料、新工艺和焊接技术的突破以及微处理器的广泛应用使得以传感器为核心的电子化测量技术在力学量的测量应用中已成为主流,并逐渐代替 了以机械及机电结合形式为核心的测量方法。在测量系统中需要配以相应的测量仪表(二次仪表)。国内外已经出现了一些高精度的测量仪表,如DK38、 DMP39等类型,但其价格昂贵,不适应在国内推广。因而,如何能够研制出一种既经济又能满足绝大多数测量要求的二次仪表已成为当务之急。

　　二、比率测t技术原理

　　在以应变式传感器为核心的电桥测量线路中,由于供桥电压的不稳定以及它本身的温漂、零漂,将使测量结果产生误差。

　　针对上述问题,利用传感器的输出信号与供桥电压成正比这一原理,将传感器的供桥电压同时用作测量仪表的基准信号,即比率测量,可以有效地解决这一问题,其原理如图1、图2所示。

　　图2中(a)为载荷N1不变,但由于供桥电压引起输入电压变化时,显示值N₂仍不变;(b)为供桥电压不变,但由于载荷变化引起输入信号变化时,显示值发生相应的变化,即AB//A'B',N₂>N₂(c)为载荷与供桥电压同时发生变化时,显示值也发生变化,但是能自动消除供桥激励电压变化带入的影响。

　　采用该技术后,仪表所显示测量出的结果不是传感器桥路的输出值,而是它与供桥信号的比值,从而消除了供桥信号的波动对测量结果的影响。

　　三、数字化校准技术

　　1.特点

　　与数字化校准技术相比,传统电位计校准技术存在以下缺点:(1)不稳定、易受潮及环境温度等因素的影响;(2)调节精度低;(3)零点调整与满 量程调整相互影响,校准过程复杂、繁琐。而数字化校准技术的出现弥补了上述不足,并具有如下特点:(l)用软件方法实现校准过程,从而消除了环境等因素的 影响;(2)简单、易行且成本低;(3)校准精度高。

　　2.数字化校准原理

　　根据仪表的线性特点,进行校准时主要是确定线性系数K与仪表的初始量值点处的内码C_o,并将其存储在仪表内。

　　初始量值处在内码C_o是由校准设备在初始量值D_o点进行校准的,即在初始量值D_o处用校准设备来校准仪器的内码,亦即C_o。而仪表的线性系数K是在满度情况下确定的,可由下式确定: