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压力传感器动态标定实验报告

发布日期:2020-07-04 00:17

  压电式压力传感器的动态标定实验报告杨文超 SA09005018 一、实验目的: 1、熟悉记忆示波器和电荷放大器使用方法; 2、用标定激波管标定传感器的动态参数; 3、计算压力传感器的动态特性。 二、实验所涉及的一些基本原理: 1、理想二阶系统:(见讲义) 2、幅频特性和相频特性。 三、测试仪器设备 1、记忆示波器1 台(TDS210); 2、电荷放大器KD5002 一台,电荷放大器YE5850 一台; 3、石英压力传感器CY-YD-205 只;压电陶瓷传感器CY-YD-203T 4、标定激波管1套(含压气机) 三、实验内容: 1、用标定激波管标定传感器的动态参数; 2、计算传感器幅频特性和相频特性。 四、实验步骤: 1、熟悉记忆示波器,看清各个调节旋钮的位置,对照说明书了解: 2、熟悉电荷放大器,看清面板上各种按钮的位置 打开示波器左边的一个KD5002电荷放大器(开关在背面), 并且将 其上限频率置于 100kHZ,灵敏度设在 10pc/unit。把石英传感器安装 在激波管端壁上,并将石英传感器电缆接到电荷放大器KD5002 然后将KD5002的输出端电缆接到示波器ch2 的输入端。 把侧壁的压电陶瓷传感器接到电荷放大器YE5820的输入端,并将 放大器的输出接到示波器 通道。将YE5820 的上限截至频率设在 100kHZ, 开关档置在”复位”。示波器ch1 垂直标尺置于500mv/div, ch2 的垂直标尺置于20mv/div。 采样频率的设定:考虑到传感器的固有频率约为120kHz,由采样定律F =500kS/s,即0.5ms/cm。也就是说水平标尺调节到500微妙/div 触发信源选ch1,上升沿单次触发, 触发电平可调大一些, 几十mv 不成问题。 激波管安装膜片,给气压机充气在4bar左右后, 打开压气机阀门, 将放大器置于“工作”,示波器”Ready”后, 打开激波管充气阀门,破膜,记录下 曲线。 注意:做此动态试验时, 要关掉计算机, 以免影响曲线的频响特性。 按下”CURSOR”,类型选择”时间”, 用光标先读出1和2通道压力跃 起的时间差t; 测量激波管端部石英传感器与侧壁压电陶瓷传感器之间的距 记录下室内温度,由此计算出激波速度和激波马赫数Ms。 读出ch2 波形的电压增量, 按下列公式计算试验得到传感输入阶 跃实验值p。 (mv) (10pc bar)(10 barmv unit 电压增量放大器的灵敏度传感器的灵敏度实验输出 此处传感器的灵敏度选用静标时传感器的电荷灵敏度。 将示波器2通道数据输入计算机。打开计算机桌面上的TDS-210 数据处理程序, 点击acquire 图标, 计算机读取数据, 用文件中的export 命令保存 数据, 待处理。示波器数据为电压值(mv),需按下式转换为压力值。 压力(unit mv mv bar unit 五、数据处理由于示波器导出文件的格式问题,无法使用第一次实验的数据,因而采用其 他小组的数据进行处理,请谅解。 计算的压力突跃值激波管端壁传感器与侧壁传感器之间的距离是 30cm;激波传过此段距离经历的时间是 0.00069 所以,激波传播的速度是 432.61 室温t=26,由此算出声速为 1.4 287 (273.15 1.4287 (273.15 26) 346.70 所以,实验的激波马赫数为 432.61 1.25 346.70 由下式计算出5区压力 51 和传感器输入阶跃理论值p。bar MsMs Ms MsMs Ms 1001 测量的压力突跃值用下式计算测量的压力突跃值(传感器灵敏度系数用静标的结果) (mv) (10pc bar)(10 barmv unit 电压增量放大器的灵敏度传感器的灵敏度实验输出 221.25 10 1.79 123.4 10 bar 二者的比较(误差)相对误差为 1.79 1.67 0.072 7.2% 1.67 误差的来源主要有两个:一个是激波马赫数的计算,由于51 对于激波马赫数极为敏感,马赫数的较小误差会导致压力突跃值得较大误差;另一个是 测量到得激波管端部阶跃信号夹杂了许多扰动使得测量值存在误差。 0.0010.002 0.003 0.004 0.0010.002 0.003 0.004 0.050.1 0.15 0.2 0.25 0.3 求传感器的幅频特性和相频特性输入的阶跃信号及测量得到的信号 图表 输入的阶跃信号及测量得到的信号其中采样频率为500000Hz,采样时间为0.005s,总计采样2500个数据点,阶 跃信号选择在第0.001674s产生阶跃,阶跃值为1.67bar。对阶跃信号和测量信号 在第0到2000个数据点进行FFT变换,再得到传递函数,传递函数的幅频特性和 相频特性分别如下图所示: 图表 到2000数据点FFT 变换传递函数的幅频特性 图表 到2000数据点FFT 变换传递函数的相频特性 可得两个最大幅值点的频率分别为 114kHz 到1500个数据点进行FFT 变换得到的结果如下两图所示。 图表 到1500数据点FFT 变换传递函数的幅频特性 图表 到1500数据点FFT 变换传递函数的相频特性 可得最大幅值点的频率为167kHz,再改变窗口大小即对第0 到1000 个数据 点进行FFT 变换得到的结果如下两图所示。 图表 到1000数据点FFT 变换传递函数的幅频特性 图表 到1000数据点FFT 变换传递函数的相频特性 可得最大幅值点的频率为 114kHz,由以上几次 FFT 变换可知传感器的固有 频率为57kHz 及其的倍频,测量信号的频率应远远低于此频率。 由波形图直接得到上升时间为 4.46 微秒;建立时间为 874.33 微秒;过冲量 为85mV。 附FFT 的MATLAB 源程序 %%%%%%%%%%%%导入数据生成阶梯函数 X=0:0.000002:0.004998; %采样频率500000Hz,采样时间0.005s INPUT(1:837)=0; INPUT(838:2500)=1.67; %生成阶梯函数 plot(X,INPUT) %绘制阶梯函数 OUTPUT=INPUT; OUTPUT(1:2500)=(x1015CH2(:,2)*1000)/123.4; %生成测量信号 %%%%%%%%%%%%进行FFT 变换 FFTNUM=1000; %对前FFTNUM点做FFT 变换 FFT_INPUT=fft(INPUT,FFTNUM); FFT_OUT=fft(OUTPUT,FFTNUM); i=1:FFTNUMH(i)=FFT_OUT(i)/FFT_INPUT(i); %求得传递函数 end Amplitude=H.*conj(H)/FFTNUM; %生成幅频特性 f=500000*(0:FFTNUM/2)/FFTNUM; %设置频率轴(横轴)坐标 plot(f,Amplitude(1:(FFTNUM/2)+1)) %绘制幅频特性 FFT_Angle=angle(H)*180/pi; %生成相频特性 plot(f,FFT_Angle(1:(FFTNUM/2)+1)) %绘制相频特性

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