** 公司研发部应市场需求开发一款基于应变片原理电子秤,要求电子秤的测量范围 2kg 、分辨力为 1g 、测量精度为 0.5%RD 1 字。 请制定电子秤开发计划,并在完成开发后进行标定和校准。 1. 任务内容要求: ( 1 )请按照传感器产品总体方案要求(目录如下),编写一份基于应变片的电子秤开发总体方案。 1. 概述 ( 1 )设计背景 ( 2 )设计目标 2. 电子秤构成 ( 1 )敏感元件 ( 2 )信号检测处理电路 ( 3 ) A/D 转换电路 ( 4 )微处理器 ( 5 )输出方式 3. 开发步骤 4. 开发分工 5. 经费预算 ( 2 )电子秤的标定和校准 1 确定 5 个标定和校准点及其相对应的精确的砝码,从小到大、再从大到小改变该电子秤输入量,取得 5 组数据(已测量给出),求出每个标定点的平均值(平均质量)。 标定点( kg ) 1 组实际测量值( kg ) 2 组实际测量值( kg ) 3 组实际测量值( kg ) 4 组实际测量值( kg )) 5 组实际测量值( kg )) 平均值 ( kg ) 0.000 0.001 0.002 0.000 0.001 0.003 0.500 0.505 0.507 0.506 0.504 0.505 1.000 1.008 1.010 1.009 1.010 1.011 1.500 1.515 1.519 1.520 1.513 1.512 2.000 2.021 2.023 2.025 2.019 2.017 2 通过 5 个标定点的平均值建立线性校准函数。 线性校准函数 3 填写下表,实际测量平均值为 1 题表中的平均值;算法处理后值为 2 题线性校准函数的输出值,其中平均值为线性方程的输入值;误差为算法处理后值与真实值之间的误差。 真实值( kg ) 实际测量平均值( kg ) 算法处理后值( kg ) 误差( kg ) 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2 、任务开展要求: ( 1 )分组讨论完成,每组 6 人; ( 2 )课内提供所需资料。 3 、 任务提交资料: ( 1 )任务计划报告:包括但不限于任务目标、任务内容、分工计划; 1、 传感器产品的总体方案? 2、 传感器产品单元模块的设计要求? 3、 传感器的标定和校准方法? 4、 传感器校准数据分析? 一、 传感器标定和校准的基本步骤: 1 、将传感器测量范围分成若干等间距点; 2 、根据传感器量程分点情况,输入量由小到大逐渐变化,并记录个输入 / 输出值; 3 、再将输入量由大到小逐渐减少,同时记录个输入 / 输出值; 4 、重复上述两步,对传感器进行正反行程多次重复测量,将得到的测量数据用表格列出或绘制曲线; 5 、进行测量数据处理,根据处理结果确定传感器的线性度、灵敏度、滞后、重复性等静态特性指标。 二、 传感器标定和校准方法: 下面以低浓度甲烷传感器为例,演示传感器的标定和校准过程。 低浓度甲烷传感器的测量范围为: 0.00 ~ 4.00%CH 4 ,基本误差应符合 表 1. 3 的规定,进行甲烷传感器标定和校准。 表 1. 3 基本误差 单位为 %CH 4 测量范围 基本误差 0.00 ~ 1.00 ±0.10 1.00 ~ 3.00 真值的 ±10% 3.00 ~ 4.00 ±0.30 一般传感器标定点或者说校准点的选取为传感器量程的 0% 、 25% 、 50% 、 75% 和 100% 这 5 个点,但在实际情况下为了被测样品方便购买,也可以作一些小的变化。所以低浓度甲烷传感器的标定样品浓度(标定点)分别为: 0.00%CH 4 ( 一般选取纯氮气 ) 、 0.50%CH 4 、 1.00%CH 4 、 2.00%CH 4 、 3.50%CH 4 这五个校准点。 传感器开机预热后,按规定流量 250ml/min ,用清洁空气和 1.00 %CH 4 的标准气样校准传感器的零点和线性参数 K 值,在以后的测定中不得再次校准。传感器零点(纯氮气)在清洁空气中稳定后,按规定流量分别向传感器依次通入( 0.50 、 1.00 、 2.00 、 3.50 ) %CH 4 4 种标准气样各 1 min (在空气中恢复时间不小于 1 min ),记录传感器的显示值。重复测定 5 次,取其 5 次的算术平均值。然后用该算数平均值 5 个点建立线性校准函数,这就是标定的全过程。 用装配好的低浓度甲烷传感器测试这个 5 个被测样品浓度值,输入值由小到大和由大到小依次变化,多次测量,测出的实际值如 表 1. 4 所示: 表 1. 4 低浓度甲烷传感器所测数据 标定点( %CH4 ) 1 组实际测量值( %CH4 ) 2 组实际测量值( %CH4 ) 3 组实际测量值( %CH4 ) 4 组实际测量值( %CH4 ) 5 组实际测量值( %CH4 ) 平均值 ( %CH4 ) 0.00 0.02 0.03 0.02 0.03 0.02 0.024 0.50 0.49 0.48 0.52 0.48 0.47 0.488 1.00 0.97 1.05 1.03 1.07 1.08 1.04 2.00 1.95 1.97 1.94 1.93 1.95 1.948 3.50 3.57 3.61 3.60 3.65 3.69 3.624 线性校准函数 y=0.9743*x+0.01175 经过多次试验得到标定 5 个点的平均值后,需要将它们进行一次线性化,这里输入值为 x= ( 0.024,0.488,1.04,1.948,3.624 ),输出值为 y= ( 0.00,0.50,1.00,2.00,3.50 )可以求得数学一次线性公式,最乘法。所求得的一次线性公式即为标定校准函数公式。 一、自我总结 1. 请总结你在整个任务完成过程中做得好的是什么?还有什么不足?有何打算? 2. 你在整个任务完成过程中出现了哪些问题?你是如何解决的?你还有什么问题不能解决? 二、拓展提高 1 、了解传感器的数学模型。 2 、了解传感器的动态热性。