压电晶体传感器根本特性静态标定试验试验一压电晶体传感器根本特性静态标定试验一、试验目的与要求1.1 观看压电晶体传感器的构造，获得有关的感性生疏；1.2 把握YU-6活塞式压力计的工作原理及使用方法；1.3 学会压力计(压电晶体传感器)的校验标定方法；1.4 了解本试验中测量误差的主要来源。图 1二、试验系统原理图三、试验主要设备及仪器仪表本试验共有6套测试装置，每套装置各配：CY-YD 203压电式传感器一只；YU-6活塞式压力计一台；YE5850电荷放大器一台；PZ114型直流数字电压表一台。图 23.1 CY-YD 203压电式传感器该传感器为压电晶体传感器。其作用力方向垂直于受压面，因此受压面本身(传感器的外壳)便是一个电极，位于传感器内部的另一个电极与传感器尾部的内孔相连。将专用接头旋于传感器尾部，便可输出压电晶体两电极间的电位差。CY-YD 203压电式传感器主要技术指标1(pC/bar)(bar)()(kHz)()100-30020040-150150%灵敏度测量范围线性度绝缘电阻自振频率工作温度过载力量3.2 YU-6活塞式压力计活塞式压力计是利用连通器原理工作的，其构造如图3所示：活塞式压力计主要适用于校验低于0.25级精度的周密压力表，亦可用来校验低一级的活塞式压力计、各种工业用压力表或其它各类压力测量仪器。通常用专用砝码对压力表等进展校验，本次试验为便利起见则是利用0. 25级的标准压力表对压电传感器进展静态标定，但这种方法的测量误差会更大些。压力计适合应在环境温度为205，相对湿度不大于80%的条件下工作。当温度超过12205时，应用式p=p(a1+a2)(20-t)进展温度修正。其中a , a为活塞和活塞缸材料的线性膨胀系数。本压力计的活塞杆材料为GC 15滚珠轴承钢，r= 11 .7 10 - 6 (1/)，活塞缸材料a1为铝铁锰青铜， a2= 17 .6 10 - 6 (1/)；t为环境温度()。图 3该压力计的根本参数为：型号：YU-600测量范围：160 MPa活塞公称面积：1(cm)2 承重托盘及活塞公称质量：1.020kg，产生压力：1 MPa专用砝码公称质量：1.02kg4块；5.10kg11块工 作 液 体及 传 压介 质 ： 蓖 麻 油( 酸 值1.6mgKOH/g)压力计重量(连砝码)：80kg 联接螺帽的螺纹：M201.5精度等级：2等。在测量上限的10%100% 范围内，极限误差为0.05%3.3 YE5850电荷放大器YE5850电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的宽带电荷放大器，可配接压电式传感器测量振动、冲击、压力等机械量，广泛用于水利、动力、采矿、交通、建筑、地震、航空、航天、兵器、化爆等部门。由于下限频率极低， 因而特别适合对压电式压力 /力传感器进展准静态标定。3.3.1 前面板说明(如图4)3.3.1.1 传感器灵敏度调整“ pC/Unit” 及“ 10 ”开关图 4调整与之配接的传感器灵敏度用， 由于本次试验配接的传感器灵敏度在110.99pC/Unit，为计算便利，试验时将该值设定为10.00pC/Unit，且“ 10 ”开关置于下方，面板上左边小数点亮；当配接的传感器灵敏度在10109.9pC/Unit时，“ 10 ”开关置于上方，面板上右边小数点亮。3.3.1.2 输出mV/Unit切换开关本试验将mV/Unit切换开关置于1(1)档。3.3.1.3 工作/复位开关仪器在预热、非测量及调零时，应置工作/复位开关于复位档；在测量时将其置于工作档。测试完毕后，仍应置于复位档，以确保MOSFET管的安全。3.3.1.4 上/下限频率开关上/下限频率开关用于选定被测量的频率变化范围。通常，下限频率应置于被测信号中最低频率的0.1倍以下。对于本次的静态标定试验，下限开关可置于“L”档，上限开关置于0.3kHz档。3.3.1.5 输入信号接口电荷输入接“Q”位(本次试验选用此位置)；电压输入接“V”位(YE5850检修标定时， 可将信号发生器输出电压由此接入)。电压输入灵敏度为10.5%pC/mV。3.3.1.6 调零旋钮调整电位器旋钮使输出为零。顺时针调整为正，反之为负。3.3.1.7 过载指示灯过载指示灯指示仪器工作状态3.3.2 使用留意事项3.3.2.1 YE5850电荷放大器使用时必需良好接地；3.3.2.2 使用前应翻开电源开关预热30分钟，电源开关位于后面板上。3.4 PZ114型直流数字电压表PZ114型直流数字电压表是一种 4 12位CMOS大规模集成电路的仪表，其测量结果用六位LED显示。它的低漂移输入放大器承受单片CMOS斩波稳零式集成运算放大器，其零位漂移小于0.1V/，因此整机无需设置零位调整器即可得到稳定的测量结果。可自由选用自动量程转换或手动量程转换。自动量程从200mV200V共分四档，输入端为L/H1，面板量程按钮置于(释放位)。当仪表数超过19999时，仪表的量程自动上升一档；当仪表的读数低于1800时，仪表的量程自动降低一档量程(本次试验选用自动量程转换)。手动量程为1000V一档，输入端为L、H2，面板量程按钮置于(按下位)。量程测量范围灵敏度基 本 误 差3.4.1 技术数据200mV0199.99mV10uV0.04%读数+0.015%满度2V01.9999V10uV0.03%读数+0.01%满度20V019.999V1mV0.04%读数+0.015%满度200V0199.99V10mV0.04%读数+0.01%满度1000V01000.0V100mV0.04%读数+0.01%满度3.4.2 使用说明3.4.2.1 测量前须接通电源预热1h。假设仪表经过猛烈的环境条件变化或长期未使用，则须在测量前通电预热34h。3.4.2.2 在测量过程中，应留意量程掌握按钮位置及输入端不要搞错。输入电压不要超过仪表所允许的过载值。四、试验前的预备工作4.1 依据试验系统及各仪器的要求连接系统；4.2 对PZ114型直流数字电压表进展1h预热；4.3 将YE5850电荷放大器的工作/复位开关置复位，翻开电源开关预热30分钟；4.4 校准活塞式压力计的水平，即利用水平调整螺丝使水平泡的气泡位于中心；4.5 用枯燥箱枯燥CY-YD203压电式传感器，然后用ZC36型高阻仪测得其绝缘阻抗值。五、试验步骤与记录5.1 检查活塞式压力计的油路是否通畅并排尽内部空气。其操作步骤为：(1) 关闭针形阀、，翻开油杯上的进油阀，逆时针旋转压力泵手轮，使压力计内部布满油液；(2) 来回缓慢摇动压力泵手轮，赶出油杯四周管道内的空气；(3) 关闭进油阀，翻开针形阀，来回缓慢摇动压力泵手轮，赶出该段管道内的空气。排尽空气后，应使节流孔上方有少量集油。5.2 安装标准压力表及压电传感器，应留意不要漏装密封铜垫。5.3 旋接压电传感器输出接头。5.4 检查确认电荷放大器及直流数字电压表的各旋钮开关在正确位置：“ 10 ”开关置于下方；mV/Unit切换开关置于1(1)档；下限开关可置于“ L”档， 上限开关置于0.3kHz档；工作/复位开关置于复位档；直流数字电压表的面板量程按钮置于(释放位)。5.5 记录大气压力、环境温度及湿度。应在测量开头前及完毕后各纪录一次，取其平均值作为试验环境参数。5.6 对测试系统调零。5.7 调零完毕后，应马上开头测试及记录工作：摇动活塞式压力计的压力泵手轮，记录不同压力所对应的电压值。试验中应留意：(1) 对各选定压力点，必需分别测量上行(升压)及下行(降压)两个方向的输出电压值。在上行及下行中，当压力接近选定压力值时应平稳缓慢进展，不行使指针超过该点，万一超过，则应将压力泵手轮略微退回一些，然后连续沿原方向进展；(2) 试验至少应进展三个循环。两个循环之间应将工作/复位开关置复位档对系统重调零，以消退零漂；(3) 为了减小各仪表因漂移所产生的误差，读取每个测量点电压表读数的加压时间应尽可能一样。压电晶体传感器根本特性静态标定试验试验记录表试验台号:传感器出厂序号:电压读数( y)压力p(MPa)均值(mV)(x )0.5510152024.5工程上行1 下行1 上行2 下行2 上行3下行3ix12.5各压力点电压值平均yi理论值y偏差y=yi-yy =六、试验数据处理6.1 试验完毕后，必需准时对试验数据进展分析，舍去那些明显由于不正确的测试而得到的结果，然后对记录中每一个压力的电压表读数取平均值。6.2 用最小二乘法对试验结果进展线性回归分析，确定拟合直线y= a +a x的回归系数a011和a 。进而求出相关系数以及线性度(非线性误差)L .0nnnn n5( y )( x 2 ) - ( xiii) ( xiy ) i a=i =1i =1i =1i =120n nxii =1- ( ni =1x ) 2in na=i =1( x yii) - ( ni =1x )( ny )iii =11n ni =1x- ( n2ii =1x ) 2in( xii =1n( x- x )i2 n( y - y ) 2 i =1 ii =1r =- x )( yi- y )L= ( D yn/ ym a xf s) 1 0 0%其中： D y仪器输出的平均值与拟合直线之间的最大偏差;maxyf s仪器满量程时的理论输出值。6.3 灵敏度： K= a1 ( mV/MPa) 10 ( pC/Unit) = a( pC/bar )Q10(bar/MPa) 1(mV/Unit)1七、试验报告要求试验报告要求如下：7.1 试验目的及要求；7.2 试验中所用仪器与装置的名称、型号、规格与编号等；7.3 试验装置原理图；7.4 试验方法与操作步骤的简要说明；7.5 原始数据及环境条件记录；7.6 整理数据，用方格纸绘出测点及拟合直线坐标图；7.7 思考题7.7.1 试验为什么要按上行及下行反复进展几次？7.7.2 本试验中迟滞误差的主要来源有哪些？7.7.3 本试验压力测点选取时为什么未选0MPa及满刻度25MPa？