地磅傳感器的測(cè)試方法

在工業(yè)應(yīng)用中有各種各樣的傳感器，有些復(fù)雜的傳感器( 如攻角傳感器等) 的測(cè)試需要提供激磁電源、負(fù)載線路、加熱器測(cè)試線路、動(dòng)靜壓模擬量測(cè)試線路、為了滿足以上測(cè)試需求，用常規(guī)的儀器儀表已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本文針對(duì)以上測(cè)試需求，提出了有效的解決常規(guī)地磅無(wú)法測(cè)試一些復(fù)雜傳感器的方案。

一、地磅傳感器的定義和測(cè)試盒的功能簡(jiǎn)介

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB7665 － 87，地磅傳感器的定義是: “能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。地磅傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

為了提供激磁電源、負(fù)載線路、加熱器測(cè)試線路、動(dòng)靜壓模擬量測(cè)試線路，本文提出了測(cè)試盒的概念。測(cè)試盒提供 7VAC、 1800Hz 信號(hào)源、旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器的負(fù)載線路、直流電源( ± 18VDC、± 15VDC、± 7． 5VDC、+ 5VDC ) 、接口電路、加熱器測(cè)試線路、動(dòng)態(tài)特性測(cè)試線路、前面板、后面板等，可同時(shí)測(cè)試兩只傳感器的各種電氣性能參數(shù)。

二、測(cè)試盒可提供的精度指標(biāo)

本測(cè)試盒工作電源為市電( 210 ～ 240VAC) ，工作溫度范圍為: 0℃ ～ 40℃ ，其提供的電源、電阻指標(biāo)如下:

±18VDC，精度: ± 5% ;

±15VDC，精度: ± 1% ;

±7． 5VDC，精度: ± 1% ;

±5VDC，精度: ± 5% ; 負(fù)載電路電阻精度: ± 1% ;

加熱器測(cè)試線路電阻 0． 1Ω，精度: ± 2% 。

三、測(cè)試盒原理

1.17VAC、1800Hz 信號(hào)源7VAC、1800Hz 信號(hào)源是傳感器內(nèi)旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變送器的激磁電源，本電路由 ± 15VDC、± 7． 5VDC 直流電源供電，采用信號(hào)發(fā)生器 ICL8038 產(chǎn)生芯片，經(jīng)放大、濾波、功率輸出，得到 7VAC、1800Hz 的信號(hào)源，波形失真度不大于 0． 3% ，其幅值、頻率可通過(guò)外接的精密電位計(jì)進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，幅值能穩(wěn)定在 7 ± 0． 002V 范圍內(nèi)，頻率能穩(wěn)定在 1800 ± 2Hz 范圍內(nèi)。

2.傳感器內(nèi)旋轉(zhuǎn)差壓變送器的負(fù)載測(cè)試線路要進(jìn)行傳感器的性能測(cè)試，必須接負(fù)載線路。一個(gè)傳感器內(nèi)部有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)差壓變送器。每個(gè)旋轉(zhuǎn)差壓變送器有三個(gè)抽頭，分別命名為 H、L、CT。旋轉(zhuǎn)差壓變送器輸出端與負(fù)載線路輸入端、前面板開(kāi)關(guān)、模擬多路開(kāi)關(guān)相連，H、L 端接負(fù)載線路運(yùn)放LM348，經(jīng)反向后輸出幅值與 UH － L 成正比的電壓信號(hào)，相位與 UH － L 相反，負(fù)載線路差值輸出用于波形監(jiān)測(cè)，H、L、CT 端接負(fù)載線路運(yùn)放 LM348，輸出幅值約為( UH － CT + UL － CT) 的一半，負(fù)載線路和值輸出端結(jié)到后面板，用于故障檢測(cè)。為了提高電路的測(cè)試精度，我選用精度為 ± 1% 的精密電阻。

3.直流電源的制作

在測(cè)試線路中，需要用到 ± 18VDC、± 15VDC、± 7． 5VDC、+ 5VDC等內(nèi)部直流電源。為此，我在測(cè)試盒中加入了電源PCB 板。

通過(guò)雙 18V 變壓器將 AC220V 電轉(zhuǎn)化為 ± 18VDC 再通過(guò)整流橋，三端可調(diào)穩(wěn)壓器 LM317 用來(lái)產(chǎn)生 + 18V、+ 15V、+ 7． 5V 三種正電源，選用三端可調(diào)穩(wěn)壓器 LM337 用來(lái)產(chǎn)生 － 18V、－ 15V、－7．5V 等三種負(fù)直流電源。

通過(guò)單 7． 5V 變壓器將 AC220V 電轉(zhuǎn)化為 7． 5V 再通過(guò)整流橋，電解電容、LM7805 穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生5V 直流電源。

± 18VDC 用于為多路模擬電子開(kāi)關(guān) MX307CPI 供電，±15VDC 用于運(yùn)放電路，± 7． 5VDC 用于正弦波發(fā)生電路，5V 用于顯示電路，用于數(shù)字芯片供電。

為此，所有測(cè)試所需的電流電源全部產(chǎn)生，測(cè)試人員不必再為如何繁多的電流基準(zhǔn)源而苦惱。

4.輸出電壓的測(cè)試

地磅傳感器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)差壓變送器的輸出 H、L、CT、激磁電源都需要進(jìn)行測(cè)試，用于檢驗(yàn)傳感器的性能。當(dāng)將前面板的波段開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)檔時(shí)，利用計(jì)算機(jī)和模擬多路開(kāi)關(guān)( MAX307CPI) 就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。來(lái)自計(jì)算機(jī)并口的八位數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器鎖存后，鎖存器的鎖存位經(jīng)光電隔離后用于選通八選一差分多路開(kāi)關(guān)。八選一多路輸出開(kāi)關(guān)的輸入端分別接旋轉(zhuǎn)差壓變送器的輸出電壓 UH － L、UH－ CT、UL － CT 以及激磁電壓，多路開(kāi)關(guān)輸出端接前面板波段開(kāi)關(guān)自動(dòng)測(cè)試檔，自動(dòng)測(cè)試時(shí)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)并行口輸出代碼選通一路。

5.動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試

地磅傳感器的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試需要提供動(dòng)態(tài)特性測(cè)試線路，通過(guò)合適的整流濾波電路將傳感器負(fù)載輸出的交流信號(hào)解調(diào)成直流電壓，用記錄儀記錄直流電壓的變化曲線，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性( 帶寬、阻尼比、時(shí)間常數(shù)) 的測(cè)試。

6.加熱器測(cè)試線路

本線路與其它線路獨(dú)立，用于加熱器功率測(cè)試，在風(fēng)標(biāo)和殼體加熱器電源回線中各串接一個(gè)0．1Ω，精度為 ± 2% 的小電阻，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試小電阻兩端電壓的方法監(jiān)測(cè)加熱器電流。

四、結(jié)論

地磅傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高科技技術(shù)產(chǎn)業(yè)和朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。隨著時(shí)代進(jìn)步和發(fā)展，地磅傳感器與檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)普及到我們的生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)。目前，傳感器的測(cè)試是檢驗(yàn)傳感器性能和質(zhì)量好壞的重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，有些地磅傳感器單純的依靠數(shù)字萬(wàn)用表、示波器也無(wú)法測(cè)試所有項(xiàng)目。為此，利用模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、運(yùn)放、波形發(fā)生芯片將各種測(cè)試需求集成在一塊電路板上做成測(cè)試盒可有效的解決這個(gè)問(wèn)題。