负荷传感器温度补偿系统研究

发布时间：2017-08-29 14:41

  本文关键词：负荷传感器温度补偿系统研究

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【摘要】：负荷传感器是精确测量受力的装置,分为测力传感器和称重传感器,主要应用于各种测量力值的场合。在实际工作中由于负荷传感器的工作环境温度变化较大,导致其输出容易发生漂移,将会带来很大的测量误差。传统的硬件补偿方法较复杂,效率低,补偿精度不高。因此,为了提高负荷传感器的测量准确性,需要更加简单、高效和高精度的温度补偿方法。本文采用的是一种基于数值拟合的负荷传感器温度补偿方法,论文的主要研究内容如下:(1)分析了负荷传感器各组成部分的温度影响,根据国内外传感器温度补偿的研究现状,进行系统方案设计及系统平台的搭建。在负荷传感器的电阻应变片附近的弹性元件上粘贴PT1000铂电阻温度传感器,用于实时采集弹性元件的温度,选用静重式力标准机为系统提供标准力值,高低温试验箱模拟自然环境的温度,设计和研制了多通道高精度仪表用于数据采集。(2)编写温度补偿软件系统,软件系统实时采集温度和负荷传感器的输出,由此建立载荷、温度和输出的多元变量数据库。软件系统自动调用数据库中的数据,根据所编写的算法拟合温度补偿修正的多次多项式方程,由软件系统进行快速和精确的计算,得到补偿后负荷传感器的输出值并在计算机上实时显示,从而实现对负荷传感器的实时动态、高精度温度补偿。(3)利用所搭建的软硬件系统平台,进行负荷传感器温度特性实验。实验结果表明,负荷传感器的输出是与载荷和温度大小有关的多元曲线,即包含温度不变时的“载荷—输出”曲线和载荷不变时的“温度—输出”曲线。分别采用拟合这两条曲线的方法均能对负荷传感器进行有效的温度补偿。(4)将所研究的负荷传感器温度补偿方法进行实际应用,根据应用后得到的结果对软硬件系统进行改进。经过实验验证,在环境温度从-10℃~40℃变化时,最终将负荷传感器的示值误差范围补偿至±0.019%以内,额定输出温度影响补偿至±0.008%FS/10℃以内,对国内各行各业中数以百万计的负荷传感器的应用十分有利,具有良好的应用前景和推广价值。
【关键词】：应变式 负荷传感器 数值拟合 曲线 温度补偿
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-22
• 1.1 课题研究背景15
• 1.2 负荷传感器的基本特性15-17
• 1.3 国内外研究状况17-20
• 1.3.1 国外研究现状17-18
• 1.3.2 国内研究现状18-19
• 1.3.3 国内外传感器生产厂家的温度补偿19-20
• 1.4 课题研究的目的及意义20-21
• 1.5 论文结构及主要研究内容21
• 1.6 本章小结21-22
• 2 负荷传感器各组成部分及其温度影响22-28
• 2.1 负荷传感器温度影响机理22-23
• 2.2 电阻应变片23-25
• 2.2.1 组成23-24
• 2.2.2 应变片温度特性24-25
• 2.3 弹性体的温度特性25
• 2.4 转换电桥的温度特性25-26
• 2.5 温度影响分类26-27
• 2.6 本章总结27-28
• 3 系统的总体设计28-47
• 3.1 典型的测量系统28-29
• 3.2 温度补偿系统整体设计29-30
• 3.3 温度补偿基本原理30-31
• 3.4 静重式力标准机31-34
• 3.4.1 力标准机现状31-33
• 3.4.2 静重式力标准机的基本原理33-34
• 3.5 高低温试验箱34-35
• 3.6 多通道高精度仪表设计35-42
• 3.6.1 仪表简介35-37
• 3.6.2 整体结构框图37-38
• 3.6.3 硬件电路设计图38-41
• 3.6.4 通道接口连接41-42
• 3.6.5 生产工艺42
• 3.7 软件总体设计42-46
• 3.7.1 最小二乘法的原理42-44
• 3.7.2 最小二乘数据拟合44-45
• 3.7.3 温度补偿系统数学建模45-46
• 3.8 本章总结46-47
• 4 系统软件开发47-55
• 4.1 Visual Basic编程语言47
• 4.2 VB应用程序开发47-48
• 4.3 温度补偿软件系统48-54
• 4.3.1 软件流程图48-50
• 4.3.2 软件界面及功能50-54
• 4.4 本章总结54-55
• 5 实验及应用55-76
• 5.1 温度特性实验及结果分析55-71
• 5.1.1 实验方案设计55-56
• 5.1.2 实验测试56-59
• 5.1.3 温度校准方程59-60
• 5.1.4 标定载荷点拟合60-65
• 5.1.5 标定点拟合温度修正值与施加力值65-69
• 5.1.6 力校准方程69-71
• 5.2 实际应用71-75
• 5.3 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 附录A 多通道高精度仪表电路板PCB图和实物图82-84
• 附录B 负荷传感器温度补偿系统实验图84-85
• 附录C 最小二乘多项式拟合软件算法代码85-89
• 作者简介89

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本文编号：753864