CN114705356B - 一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法，涉及传感器技术领域。该方法包括：对电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值；对电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上，从而完成电阻应变片式测力传感器的校准工作。本校准方法使用校准电阻来代替额定灵敏度，相比单位为mV/V的额定灵敏度，校准电阻是固定不变的，是绝对值，从而可以解决因校准误差引起测量误差的问题。

Description

一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法。
背景技术
电阻应变片式测力传感器，是一种将电阻应变片粘贴在弹性体内测量力值的传感器。当弹性体受力产生应变时，应变传导给电阻应变片使其在工作方向上产生拉伸或压缩，因而改变了电阻应变片的电阻值。根据胡克定理，受力材料在弹性变形范围内，应力与应变的比值是固定值，称为弹性模量，因此，通过测量电阻值的变化就能得到所测量的力值。
通常，电阻应变片组成惠斯顿电桥来测量力值，在激励电压为Vi的情况下，测量电桥输出为电压信号VO，并且VO与所测力值成正比关系。传感器承受额定负载FN时测量电桥输出额定电压VON，将激励电压Vi换算成1V DC，此时测量电桥的输出额定电压VON可以定义为传感器的额定灵敏度K，其单位是mV/V。每一台传感器制造完成后，需要在力标准机上通过试验标定额定灵敏度K，然后在使用中，根据额定灵敏度K整定与传感器配套的仪表，仪表根据数值K校准传感器，换算得出传感器的测量力值数据。实际上，上述的方法，存在现场测量值不准确的问题，究其原因，是因为标定得出的额定灵敏度K，是相对量，由标准仪表标定得出，但是，如果现场使用的仪表其内部基准电压精度不高时，用额定灵敏度K校准就会产生校准误差，导致测量的力值数据不准确；并且现场使用的仪表需要人工输入额定灵敏度K，也会引起测量误差。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法，以解决因电阻应变片式测力传感器的校准误差引起的测量误差问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法，该方法用于电阻应变片式测力传感器的自校准***，该自校准***包括电阻应变片式测力传感器、力标准机以及与电阻应变片式测力传感器配套的仪表，电阻应变片式测力传感器包括由四个电阻应变片构成的惠斯顿电桥，惠斯顿电桥包括第一输出接线端、第二输出接线端、第一电源接线端和第二电源接线端；在第一输出接线端与第一电源接线端之间连接有串联设置的校准开关和校准电阻，在校准开关闭合时，校准电阻与第一电阻应变片并联，在校准开关打开时，校准电阻未接入惠斯顿电桥中，在电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验时，在电阻应变片式测力传感器工作在空载状态的情况下，校准开关闭合，并且校准电阻用于使得电阻应变片式测力传感器的输出等于电阻应变片式测力传感器在承载预设额定力值下的额定灵敏度，自校准方法包括：
对电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值；
对电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上，从而完成电阻应变片式测力传感器的校准工作。
可选地，第一输出接线端为输出正极接线端，第二输出接线端为输出负极接线端，第一电源接线端为电源正极接线端，第二电源接线端为电源负极接线端。
可选地，校准开关的两端分别与第一输出接线端以及校准电阻电连接。
可选地，校准开关设置在与电阻应变片式测力传感器配套的仪表上，电阻应变片式测力传感器还包括校准接线端，校准电阻的一端与第一电源接线端电连接，校准电阻的另一端与校准接线端电连接，校准开关的一端与第一输出接线端连接，校准开关的另一端与校准接线端电连接。
可选地，校准电阻为可变电阻器，在电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验时，调节校准电阻的阻值，以使得电阻应变片式测力传感器的输出等于电阻应变片式测力传感器在承载预设额定力值下的额定灵敏度，然后固定校准电阻的阻值。
可选地，对电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值，包括：
通过与电阻应变片式测力传感器配套的仪表清除电阻应变片式测力传感器的固有零点输出；
通过力标准机对电阻应变片式测力传感器加载预设额定力值，以获得电阻应变片式测力传感器的额定灵敏度；
卸除施加在电阻应变片式测力传感器上的力，以使电阻应变片式测力传感器工作在空载状态；
调整校准电阻的阻值，以使得电阻应变片式测力传感器的输出等于额定灵敏度，从而确定校准电阻的阻值。
可选地，对电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上，从而完成电阻应变片式测力传感器的校准工作，包括：
使电阻应变片式测力传感器工作在空载状态，并且通过与电阻应变片式测力传感器配套的仪表清除电阻应变片式测力传感器的固有零点输出；
使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上；
与电阻应变片式测力传感器配套的仪表自动记录电阻应变片式测力传感器的校准灵敏度，并且将校准灵敏度视为电阻应变片式测力传感器在使用现场的额定灵敏度。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的电阻应变片式测力传感器的自校准方法用于电阻应变片式测力传感器的自校准***，该自校准***包括电阻应变片式测力传感器、力标准机以及与电阻应变片式测力传感器配套的仪表，电阻应变片式测力传感器包括由四个电阻应变片构成的惠斯顿电桥，惠斯顿电桥包括第一输出接线端、第二输出接线端、第一电源接线端和第二电源接线端；在第一输出接线端与第一电源接线端之间连接有串联设置的校准开关和校准电阻，在校准开关闭合时，校准电阻与第一电阻应变片并联，在校准开关打开时，校准电阻未接入惠斯顿电桥中，在电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验时，在电阻应变片式测力传感器工作在空载状态的情况下，校准开关闭合，并且校准电阻用于使得电阻应变片式测力传感器的输出等于电阻应变片式测力传感器在承载预设额定力值下的额定灵敏度，自校准方法包括：对电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值；对电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上，从而完成电阻应变片式测力传感器的校准工作。本校准方法使用校准电阻来代替额定灵敏度，相比单位为mV/V的额定灵敏度K，校准电阻是固定不变的，是绝对值，从而可以解决因校准误差引起测量误差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器自校准***的电气结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器自校准方法的流程图；
图3示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器进行力标准机标定的流程图；
图4示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器进行现场校准的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
传感器在标准实验室标定得出的额定灵敏度K，是单位为mV/V的相对量数值，而根据此相对量数值K校准现场使用仪表，由于现场使用的仪表其内部基准电压存在精度问题，必然会产生校准误差，从而引起测量误差。如果采用绝对比例的校准方法，就可以避免因校准误差引起测量误差的问题。为解决电阻应变片式测力传感器的校准误差，本发明提出一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法，以提高电阻应变片式测力传感器的测量精度。
图1示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器自校准***的电气结构示意图；图2示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器自校准方法的流程图。
本发明实施例提供了一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法，该方法用于电阻应变片式测力传感器的自校准***，该自校准***包括电阻应变片式测力传感器101、力标准机以及与电阻应变片式测力传感器配套的仪表102，电阻应变片式测力传感器101包括由四个电阻应变片(第一电阻应变片111、第二电阻应变片112、第三电阻应变片113、第四电阻应变片114)构成的惠斯顿电桥，惠斯顿电桥包括第一输出接线端121、第二输出接线端122、第一电源接线端131和第二电源接线端132；在第一输出接线端121与第一电源接线端131之间连接有串联设置的校准开关141和校准电阻142，在校准开关141闭合时，校准电阻142与第一电阻应变片111并联，在校准开关141打开时，校准电阻142未接入惠斯顿电桥中，在电阻应变片式测力传感器101在力标准机上进行标定实验时，在电阻应变片式测力传感器101工作在空载状态的情况下，校准开关141闭合，并且校准电阻142用于使得电阻应变片式测力传感器101的输出等于电阻应变片式测力传感器101在承载预设额定力值下的额定灵敏度。
如图2所示，电阻应变片式测力传感器的自校准方法包括：步骤201、对电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值；步骤202、对电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上，从而完成电阻应变片式测力传感器的校准工作。
综上所述，本校准方法使用校准电阻R代替额定灵敏度K，相比单位为mV/V的额定灵敏度K，校准电阻是固定不变的，是绝对值，从而可以解决因校准误差引起测量误差的问题。
可选地，第一输出接线端121为输出正极接线端，第二输出接线端122为输出负极接线端，第一电源接线端131为电源正极接线端，第二电源接线端132为电源负极接线端。
可选地，校准开关141的两端分别与第一输出接线端141以及校准电阻142电连接。
可选地，校准开关141设置在与电阻应变片式测力传感器配套的仪表102上，电阻应变片式测力传感器101还包括校准接线端151，校准电阻142的一端与第一电源接线端131电连接，校准电阻142的另一端与校准接线端151电连接，校准开关141的一端与第一输出接线端121连接，校准开关141的另一端与校准接线端151电连接。
可选地，校准电阻142为可变电阻器，在电阻应变片式测力传感器101在力标准机上进行标定实验时，调节校准电阻142的阻值，以使得电阻应变片式测力传感器101的输出等于电阻应变片式测力传感器101在承载预设额定力值下的额定灵敏度，然后固定校准电阻142的阻值。
阻应变片式测力传感器101在进行标定和校准时，都要通过仪表102清除传感器的固有零点输出，即调零操作。使用现场与传感器配套的仪表执行校准操作后，自动记录校准灵敏度，视为额定灵敏度。
在实际操作中，电阻应变片式测力传感器自校准方法改变了惠斯顿电桥的结构，增加了一个校准电阻R(如图1中的校准电阻142)，从而使传感器的连接线从四根增加到五根。在电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验时，使传感器承载额定力值，此时记录下传感器的额定灵敏度K，然后卸掉加载力，让传感器工作在空载状态下，短接校准开关，将校准电阻R并联在“电源+”和“输出+”的桥臂上，使传感器的输出等于额定灵敏度K，到此，电阻应变片式测力传感器在力标准机上的标定实验完成。当传感器在使用现场进行校准时，短接校准开关，此时可以完成电阻应变片式测力传感器的校准工作。
电阻应变片式测力传感器受力时，引起惠斯顿电桥桥臂电阻值的变化，根据此原理，可以人为地改变桥臂阻值，模拟传感器的受力情况。在电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验时，使传感器承载额定力值，此时记录下传感器的额定灵敏度K，然后卸掉加载力，让传感器工作在空载状态下，将惠斯顿电桥中的一个特定桥臂并联校准电阻R，使传感器的输出等于额定灵敏度K，到此，电阻应变片式测力传感器在力标准机上的标定实验完成。当传感器在使用现场进行校准时，将校准电阻R并联在惠斯顿电桥中的特定桥臂上，此时可以完成电阻应变片式测力传感器的校准工作。相比单位为mV/V的额定灵敏度K，校准电阻R是固定不变的，是绝对值，从而可以解决因校准误差引起测量误差的问题。
图3示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器进行力标准机标定的流程图。
可选地，对电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值，包括：步骤301、通过与电阻应变片式测力传感器配套的仪表清除电阻应变片式测力传感器的固有零点输出；步骤302、通过力标准机对电阻应变片式测力传感器加载预设额定力值，以获得电阻应变片式测力传感器的额定灵敏度；步骤303、卸除施加在电阻应变片式测力传感器上的力，以使电阻应变片式测力传感器工作在空载状态；步骤304、调整校准电阻的阻值，以使得电阻应变片式测力传感器的输出等于额定灵敏度，从而确定校准电阻的阻值。
图4示出了本发明实施例提供的电阻应变片式测力传感器进行现场校准的流程图。
可选地，对电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上，从而完成电阻应变片式测力传感器的校准工作，包括：步骤401、使电阻应变片式测力传感器工作在空载状态，并且通过与电阻应变片式测力传感器配套的仪表清除电阻应变片式测力传感器的固有零点输出；步骤402、使校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在惠斯顿电桥上；步骤403、与电阻应变片式测力传感器配套的仪表自动记录电阻应变片式测力传感器的校准灵敏度，并且将校准灵敏度视为电阻应变片式测力传感器在使用现场的额定灵敏度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法，其特征在于，所述方法用于电阻应变片式测力传感器的自校准***，
所述自校准***包括电阻应变片式测力传感器、力标准机以及与所述电阻应变片式测力传感器配套的仪表，所述电阻应变片式测力传感器包括由四个电阻应变片构成的惠斯顿电桥，所述四个电阻应变片包括第一电阻应变片、第二电阻应变片、第三电阻应变片和第四电阻应变片，所述惠斯顿电桥包括第一输出接线端、第二输出接线端、第一电源接线端和第二电源接线端；在所述第一输出接线端与所述第一电源接线端之间连接有串联设置的校准开关和校准电阻，在所述校准开关闭合时，所述校准电阻与所述第一电阻应变片并联；在所述校准开关打开时，所述校准电阻未接入所述惠斯顿电桥中；在所述电阻应变片式测力传感器在所述力标准机上进行标定实验时，在所述电阻应变片式测力传感器工作在空载状态的情况下，所述校准开关闭合，并且所述校准电阻用于使得所述电阻应变片式测力传感器的输出等于所述电阻应变片式测力传感器在承载预设额定力值下的额定灵敏度；
所述自校准方法包括：
对所述电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定所述校准电阻的阻值；
对所述电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使所述校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在所述惠斯顿电桥上，从而完成所述电阻应变片式测力传感器的校准工作，
所述对所述电阻应变片式测力传感器在力标准机上进行标定实验，以根据额定灵敏度来确定校准电阻的阻值，包括：
通过与所述电阻应变片式测力传感器配套的仪表清除所述电阻应变片式测力传感器的固有零点输出；
通过所述力标准机对所述电阻应变片式测力传感器加载预设额定力值，以获得所述电阻应变片式测力传感器的额定灵敏度；
卸除施加在所述电阻应变片式测力传感器上的力，以使所述电阻应变片式测力传感器工作在空载状态；
调整所述校准电阻的阻值，以使得所述电阻应变片式测力传感器的输出等于所述额定灵敏度，从而确定所述校准电阻的阻值，
所述对所述电阻应变片式测力传感器在使用现场进行校准时，使所述校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在所述惠斯顿电桥上，从而完成所述电阻应变片式测力传感器的校准工作，包括：
使所述电阻应变片式测力传感器工作在空载状态，并且通过与所述电阻应变片式测力传感器配套的仪表清除所述电阻应变片式测力传感器的固有零点输出；
使所述校准开关闭合，以将所确定的校准电阻并联在所述惠斯顿电桥上；
与所述电阻应变片式测力传感器配套的仪表自动记录所述电阻应变片式测力传感器的校准灵敏度，并且将所述校准灵敏度视为所述电阻应变片式测力传感器在使用现场的额定灵敏度。
2.根据权利要求1所述的电阻应变片式测力传感器的自校准方法，其特征在于，所述第一输出接线端为输出正极接线端，所述第二输出接线端为输出负极接线端，所述第一电源接线端为电源正极接线端，所述第二电源接线端为电源负极接线端。
3.根据权利要求2所述的电阻应变片式测力传感器的自校准方法，其特征在于，所述校准开关的两端分别与所述第一输出接线端以及所述校准电阻电连接。
4.根据权利要求3所述的电阻应变片式测力传感器的自校准方法，其特征在于，所述校准开关设置在与所述电阻应变片式测力传感器配套的仪表上，所述电阻应变片式测力传感器还包括校准接线端，所述校准电阻的一端与所述第一电源接线端电连接，所述校准电阻的另一端与所述校准接线端电连接，所述校准开关的一端与所述第一输出接线端连接，所述校准开关的另一端与所述校准接线端电连接。
5.根据权利要求1所述的电阻应变片式测力传感器的自校准方法，其特征在于，所述校准电阻为可变电阻器，在所述电阻应变片式测力传感器在所述力标准机上进行标定实验时，调节所述校准电阻的阻值，以使得所述电阻应变片式测力传感器的输出等于所述电阻应变片式测力传感器在承载预设额定力值下的额定灵敏度，然后固定所述校准电阻的阻值。
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