压力传感器与压力变送器的标定

一、实验目的

1．了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法； 2．学习掌握简单的运算放大电路；

3．了解差压变送器测量压力的原理，掌握变送器的标定方法； 4．了解变送器二线制和四线制接线的不同。 二、实验原理

1．扩散硅压阻式压力传感器实质是硅杯压阻传感器。它以N型单晶硅膜片作敏感元件，通过扩散杂质使其形成4个P型电阻，形成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，使电桥有相应输出。

2．仪表的静态特性是衡量仪表品质好坏的的基本指标。它包括仪表的量程、精度、线性度、回差、灵敏度和灵敏限等。根据压力变送器的测量原理，标定出压力变送器的静态特性。

三、实验设备

CSY-2000A实验台、精密压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、加压球（气压源）、CYB-500K差压变送器（量程0～50KPa）、气体连接导管、电信号连接导线。

四、实验步骤与说明

（一）扩散硅压阻式压力传感器的压力标定

（1）连接气体管路：根据图3-1连接气体管路，其中压缩泵、贮气箱、流量计在CSY-2000A实验台内部已经接好。将气体三通连接导管中硬管一端插入主控台上的气源快速插座中。其余两根导管分别与精密压力表的输出端口（左侧）和压阻式压力传感器的气咀接通。

注意：①压阻式压力传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出负时可调换气咀。②精密压力表上有两个旋钮，此部分这两个旋钮都必须拧紧。

图3-1 扩散硅压阻式压力传感器的压力标定气路连接图

（2）连接电路部分：为减少干扰，可将将压阻式压力传感器的四端接头按端口编号接到压力传感器实验模板上，再根据原理图3-2连接电路部分。注意，压阻式压力传感器的3、1端接＋4V稳压电源。

说明：①压阻式压力传感器电路部分为四线制连接，其中3端、1端为传感器电源端（3端为正，1端为负），2端、4端为传感器信号输出端（2端为正，4端为负）。②注意不同电压信号的地端保持一致。

+4V13压阻式2压力传感器4-15VVi+15V数显单元（电压表）压力传感器实验模板Vo（信号放大电路） 图3-2 扩散硅压阻式压力传感器的压力标定电路连接原理图

（3）调整零点：检查接线无误后，打开CSY-2000A实验台上的电源开关，调节压力传感器实验模板上RW2，使数显表显示为零。

说明：压力传感器实验模板上的RW1用于调节放大倍数，RW2用于调节零位。

（4）压力传感器性能测定：打开CSY-2000A实验台上的气源开关，启动压缩泵，可在精密压力表上读出储气箱的压力。轻微转动流量计旋钮，可发现储气箱压力随流量增大而减小。仔细逐步转动流量计旋钮，使储气箱压力在4-12Kpa之间，压力每上升1Kpa时，记录相应数显表的示值，填入表3-1。

表3-1 调校前压力传感器输出数显与输入压力值

P（KPa ） Vo

（5）把此压力测量系统标定成压力计：给压阻式压力传感器输入4Kpa气压，调节RW2使数显表显示0.400V，输入12 Kpa气压，调节RW1使数显表显示1.200V，反复调节RW2、RW1直到达到足够的精度。使储气箱压力在4-12Kpa之间，压力每上升1Kpa时，记录相应数显表的示值，填入表3-2。

表3-2 调校后压力传感器输出数显与输入压力值

P（KPa ） Vo

（6）关闭主控台上的气源开关、关闭主控台上的电源开关，拔下连接导线、导管。

警告：必须用双指按住气源快速接头边缘向内压，才能轻松拔出导管，请勿野蛮操作。

4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12

（二）差压式压力变送器的标定

（1）连接气体管路：将加压球（气压源）上的单向阀门拧松后，用橡皮管与精密压力表的气源端（右侧）相连，压力表的输出端（左侧）用橡皮管与差压变送器的高压咀（+）相连。

注意：①差压变送器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。当高压咀接入正压力时，输出

为正，反之为负，若输出负时可调换气咀。②精密压力表上有两个旋钮，此部分中左侧输出端上的旋钮必须拧紧，右侧气源端上的旋钮必须松开。

（2）连接电路部分：根据图3-3用导线将差压变送器与实验台上的+24V电源、mA表输入口串联起来。

2

＋差压式压力变送器－＋mA－＋24V

图3-3 差压式压力变送器的性能测定电路连接原理图

（3）进行压力标定（

204500.32mA/Kpa）：检查接线无误后，打开实验台电源，拧紧加压球上

的单向阀，重复手按加压球，使台式精密压力表指针指示为0.05Mpa（50KPa）,调节差压变送器的F（满度）电位器，使mA表显示为20.00mA；放松加压球的单向阀，精密压力表指针指示为0，调节差压变送器的Z（零点）电位器，使mA表显示为4.00mA，拧紧加压球单向阀→加压→调F，放松单向阀→调Z，重复以上过程几次，使压力0―50Kpa（0.05MPa）,对应于电流4～20mA。

（4）进行正反行程测量：手按加压球，使台式精密压力表指针指示从0Kpa上升到50Kpa，每隔10Kpa记录一次；逐渐放松加压球的单向阀，使台式精密压力表指针指示从53Kpa下降到0Kpa，从50Kpa起每隔10Kpa记录一次；重复几次，将数据填入表3-3中。

表3-3差压式压力变送器的性能测定记录表

KPa 标准mA 实测mA 实测mA 实测mA 实测mA 实测mA 实测mA 0 4.00 10 7.20 20 10.40 30 13.60 40 16.80 50 20.00 →正向1 ←反向1 →正向2 ←反向2 →正向3 ←反向3 （5）关闭主控台上的电源开关，拔下连接导线、导管。 五、数据分析及思考

（1）根据表1-1的数据计算，未调校时此压力测量系统的灵敏度和线性度。 （2）根据表1-2的数据计算，经过调校后此压力测量系统的灵敏度和线性度。 （3）压阻式压力传感器调校前后的灵敏度和线性度是否发生了变化？为什么？

（4）根据误差理论来计算差压式压力变送器的最大误差、精度、灵敏度、线性度、回差、重复性等静态性能指标。

六、预习和实验报告要求

（1）复习压力检测原理、误差理论以及仪表特性等相关基础知识，详细阅读实验指南做好实验计划和预习报告。

（2）预习报告即为实验报告的前两项，包括实验原理、实验内容、实际计划或者简要的实验步骤。 （3）实验报告采用统一格式手写。

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