传感器校准系统设计

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本科生毕业论文（设计）

论文（设计）题目： 传感器校准系统设计

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摘 要

本次设计主要是对传感器校准系统的设计 ，该设计中所涉及的传感器主要包括：温度传感器、压力传感器、压差传感器、流量传感器等。所涉及的仪表主要有温度仪表校验仪，压力校验仪，厦门宇电 526型加热制冷双控仪表，变频器，以及执行机构调节阀。

本次设计的传感器校准系统是专为电气相关专业综合实验装置，也可以成为质监部门检测传感器灵敏度的检测装置，或者在工业领域的工业部门，在传感器测试上有特别要求的场合，需要对传感器进行校准的检测装置，完成相关传感器（温度，压力，差压，流量）测试及校验，可以实现对被控对象建模的稳定性性能试验，系统设计，系统分析，系统参数设置，为系统完整性的测试提供更加有利的条件，是传感器在准确度合格的情况下，得到合理的使用。

关键词：传感器 ；测试系统；校准；变频器

Abstract

This paper mainly introduces the design of a sensor testing system, sensors are involved in the design include: temperature sensor, pressure sensor, pressure sensor, flow sensor. The instruments include temperature instrument calibrator, pressure calibrator, Xiamen Yudian type 526 cooling and heating dual control instrument, as well as the actuator control valve.

Sensor testing system of this design is the comprehensive experiment designed specially for specialty of electric device, or the sensitivity of the quality supervision departments detection sensor detection device, or for the industrial sector in the industrial field, occasions with special requirements in sensor testing, detection devices need to calibrate the sensor, typical sensor (complete temperature, pressure, differential pressure, flow) testing and calibration, and can realize the performance test on the stability of the controlled object modeling, system design and system analysis, system parameter setting, system, as the sensor can provide more favorable conditions to complete the measurement index, is the sensor accuracy in qualified cases to obtain the reasonable use.

Keywords : sensor ；test macro；calibration ；Variable-frequency Drive

目 录

摘 要 ................................................... II Abstract ................................................. III 1 绪论 ............................................................... 1

1.1 设计任务和意义 ................................................ 1

1.2 国内外对传感器校准的方法 ...................................... 1

1.3 传感器系统的对比和分析 ........................................ 4 2 传感器校准系统的方案论证 . ....................................... 5

2.1系统的应用范围 ................................................ 5

2.2系统的主要功能 ................................................ 5

2.3系统的组成 .................................................... 6

2.4该套装置的特点 ................................................ 7 3 传感器校准系统的设计 ............................................ 8

3.1概况 .......................................................... 8

3.2压力传感器校准子系统 .......................................... 8

3.2.1压力传感器的结构 .......................................... 8

3.2.2压力传感器校准的原理 ...................................... 9

3.2.3系统的组要参数 ............................................ 9

3．3差压传感器校准子系统 ........................................ 10

3.3.1差压传感器校准的结构 ..................................... 10

3.3.2差压传感器校准的原理 ..................................... 10

3.3.3 系统的组要参数 ........................................... 11

3．4流量传感器校准子系统 ........................................ 11

3.4.1流量传感器校准结构 ....................................... 11

3.4.2流量传感器的校准原理 ..................................... 12

3.4.3系统的组要参数 ........................................... 12

3．5温度传感器校准子系统 ........................................ 12

3.5.1温度校准的结构 ........................................... 12

3.5.2温度传感器校准的原理 ..................................... 13

3.5.3系统的主要参数 ........................................... 14

4 系统的应用 ....................................................... 17

4.1压力传感器校准的实验 ......................................... 17

4.2差压传感器 ................................................... 19

4.3流量传感器的实验 ............................................. 21

4.4温度传感器的实验 ............................................. 23 5 结论 .............................................................. 26 致 谢 ............................................................... 27 参考文献 ............................................................. 30

1 绪论

1.1 设计任务和意义

传感器的准确度受到很多因素的影响，尤其在工业场合，对传感器的要求也很高，这就要求要有相应的校准装置来校准传感器的准确度，让工业生产更加的安全可靠，这次的设计的任务就是设计这样一套校准装置--------传感器系统。

该感器校准系统是由检测装置、系统控制、执行器等组成。为了能够适应的工业的需要，完成典型传感器（温度、差压、压力、流量）测试及校验，通过我们设计的装置进行实验，能够对传感器进行校准，能够得出该传感器的准确度，当然该系统不止可以运用在工业运用场合，也可以用于质监部门对不合格的产品进行控制，还可以用于教学实验，用于传感器的测量，通过对测量数据的分析，对传感器进行进一步的研究，让传感器得到更加准确的应用。

因为正常的传感器随着时间的推移以及温度的变化，传感器就会产生零点漂移，严重影响测量的准确度，这就要求对传感器进行校准，对传感器的性能在使用或存储测量后的重新检测，我们把这叫传感器校准，校准是使其使用更加精确，在工业领域的应用越来越重要，只有达到标准的传感器才能运用到各个场合，所用，所用的传感器在运用的时候必须进行校准，对不合格的应严格控制其进入运用场合，所以，我们应该拥有这样一套校准装置，对不同的传感器在不同的应用场合，有不同的精度要求，制定相应的标准，严格校准并且填写相应的表格,说明已达到工业和实验要求。

1.2 国内外对传感器校准的方法

下面我们将对我们设计中所用的四种传感器进行分析：

（1）温度传感器的校准方法：

A.传统的标准实验。将温度传感器迅速的插入处在平衡温度下的不同的环境中，来测量不同的温度，将产生一个阶跃温度，我们需要写下热电偶的输出。------温度校验仪，温度检定系统。做法是将被校准的温度传感器快速插入水槽或恒温油槽中，继而会有一个阶跃温度的激励，缺点是这种方法只可对付较小的温度阶跃，在现场进行动态校准时候不能满足相应的要求，而且，如果一个温度传感器的时间常数很小时，也不能满足要求。

B.热电偶瞬时加热法，把热电偶放在测量环境中，在环境的温度达到平衡的时候，热电偶加热是利用电流的热效应，由于热电偶自身的电阻的存在，使热端温度瞬时抬高。

C．激波管法。激波管是一种实验研究装置，能够发出阶跃压力，通过对激波管内气体活动特征的研修我们可以看出：入射激波波阵面后有一个温度阶跃平台，于是也能够用激波管来做相关研究，时间常数可有被校准传感器的阶跃响应特性曲线确定。但是也有相应的缺点，在温度传感器的输出达到稳定值时，温度阶跃平台已经开始跃动，这样测得可靠而又确定的时间常数。

D.激光法，把激光脉冲打到待测得传感器的表面上，这时候传感器温度会瞬时升高，当撤走激光后，温度传感器会在飞流中产生一个负的温度阶跃，这产生温度的延迟时间短，频率和激励信号可以完全覆盖所有模态的校准系统，而且热电偶瞬时加热方法的缺点也同样存在。

E．热风洞法，这种方法需将高温气流和常温气流混合起来，高温气流由风洞和加热器产生，常温气流由混合风洞产生，将温度传感器放入通过弹射装置弹出的气流中，从而产生温度阶跃信号，该方法可以满足一般的温度传感器和温度传感器性能的要求，在实际使用条件下的实验条件，这是其他方法不能有一点。

（2）压力传感器的校准方法：

A．手动校准法，我们通过制造标准的压力计在进行校准，1860年制造的活塞压力计，获得了普遍的认可和利用，随着科学技术和机械加工技术的发展，不断改善着活塞压力计的精度测量，测量测量范围的不断扩大，0.002级精度，活塞式压力计的测量范围2.5GPa，后来出现了气体活塞式压力计，其介质为气体，中压范围压力传感器的校准大多使用这种方法。

B．活塞式压力计基于该方法的自动校准方法。是基于活塞压力计的，自动检测出活塞的位置，还可以自动加卸砝码。1984年，Thcta Pncumatics公司出产的标准压力源，是标准压力产生自动化实现的标志，它选用线性差动变压器标定活塞的所处的地方，自动加砝码，造压范围达到500MPa。剑桥大学1987年在原有的基础上，选用电极拖动螺旋压力机的自主加压方法，该方法提高系统的精确度采用的是位移传感器进行闭环控制的方法，系统中的压力还用砝码质量和活塞的有效面积确定，这种方法的有点是造压准确度高，范围大。

C．利用数字造压计的校准方法

1978年，日本研制出了T/2656型标准压力发生器，使得标准压力自动化能够实现，使用电机用过螺杆拖动阀针动作的原理，调节阀座中气流流出孔的面积，从而改变压力的范围，1989年，英国出产的GPC-II 型智能压力校准装置，内部包括很多的精密压力变送器，它们可以来观测确定压力和监测系统内的压力，压力的控制是通过两个测量电磁阀电磁阀动作完成后，由计算机控制，创造的压力范围0-10mpa。英国DRUCK 公司研制的DPI519型的压力检定仪，误差0.025%FS，范围在-0.1-21MPa的压力标准压力，在4s 内就可以达到压力设定的值，并且没有超调。

（3）流量传感器的校准方法：

流量传感器的校准方式可以分两种：流量计和流速计的方法。 流量计法是针对装置的范围广，概括起来有测量所用的头，插入所用的杆，管道等等，这些设备都需要校准，方法与满管式流量计差不多。在大口径的测量场合，我们通常使用电流速计型插入式流量计，但是，该方法最大的缺点是费用很高，所用该方法不是常用的检测方法，只有在某些特定的场合在会用到该方法，比如像仪表测试结果的仲裁等。点插入式流量传感器是我们普遍使用的，也有许多的有点，我们应该主要介绍一下该型的流量计。

和流量计法校准不同的是，流速计校准的方法只是校准传感器的测量头，在这个实验中，我们就是把测量的头来当做一台流速计来校准。校准的环节以下：1、通过实验测出流速仪表的系数，2、依据当时的流体来确定修正系数，包括流体速度分布系数、阻滞系数和干扰系数等，三仪表系统则依据管道横截面积来得出，该方法的重要优点：

1)校准的设备很容易就可以解决，只需要有限的2-4种小口径的测量头，而且作为厂家，该方法的校准费用也是非常的符合，在日常的校准过程中，就可以慢慢的积累经验资料，就可以实现标准化，日后再次校准的时候，就不需要整个的都校准，只需要校准测量头就可以确定流量传感器的一标系数，大大简化了校准的时间和费用。

2)通过查阅参考资料，我们可以得到很多关于流速计法修正系统的经验，这些都是这个方面的工作者，或者有经验的人在大量的实验之后总结出来的，这在之前还是很缺少的，可以看出，这种方法的进步是非常的明显的。

（4）差压传感器的校验方法：

差压传感器的校准在很大的程度上与压力传感器的校准是有很大的相似之处，我们可以从压力传感器的校准上得出对差压传感器校准的方法。在对差压传感器校准时，先把正负伐门关上，依次再开启均衡伐门，再拧松排气阀，排液阀或者旋开塞子放空，把正压室的排气，排液阀或者旋转塞用自己制作的接头来替代，负压室持续与大气想连通。把压力源和自己制作的接头连接起来，关上均衡阀门，并仔细检测气路是否密封的完好，最后把电流表（电压表）手操器接入变送器输出电路中，通电预热后我们再进行校准。

1.3 传感器系统的对比和分析

根据上面的国内外对传感器系统的校准方法，我们可以看出，传感器的校准大概可以分为两个方法，一个是对比法，用一个标准的传感器作为参照，把待校准的传感器与标准传感器去测量同一个参数，看看两者之前的对比，就可以得出该传感器的准确度，还有一个就是制造一个标准源，它是一个确定的而且准确的参数，用待校准的传感器来检测该标准源所对应的参数，把待测传感器测出的数据与标准源对比，看看与标准源的误差，从而校准该传感器，这两种方法都可以准确的校准传感器的准确度，但是，我在校准传感器的准确度的时候，需要考虑很多的问题，包括性能，可行性，经济性等问题，但是，国内外的一些方法有的在工业场合不适合，而且成本很高，我们需要设计一个在工业，教学实验中很方面使用，而且成本不是很高的系统，来满足我们的需求 。

2 传感器校准系统的方案论证

2.1系统的应用范围

在工业场合，传感器的种类有几十甚至几百中，这些传感器在工业运用场合都发挥着不可替代的作用，没有传感器在工业场合检测各种各样的参数，就不能很好的来实现控制的作用，从某些方面来说，当今社会就是传感器的时代，在使用信息的过程中，首先要解决的就是要获取确切而又牢靠的信息，而传感器是获得天然和生产领域中信息的重要路径与方法，因此传感器在不管在什么场合就是无法替代的，因此对于它的校准就显得非常的重要。

但是，传感器有那么多的种类，我们在这里不能都设计到，只能选取其中具有代表的传感器进行校准，在这次的设计中，我们选取了压力传感器，差压传感器，温度传感器和流量传感器作为设计对象，其它的传感器可以依照类似的设计方法来进行校准，在日后的生活和学习中再进行研究和设计。

2.2系统的主要功能

用我们自己设计的校准装置，通过准确的校验仪的测量，以及温度传感器、压力传感器、流量传感器、差压传感器对待测传感器的测量转换成4～20mA的电流信号输出。压力传感器能够测出表压：0-200Pa-600MPa,绝压：-35KPa-3500Kpa的压力，差压传感器能够测量范围在0.5-10KPa,1-100KPa,5-500KPa,0.14-14Kpa的差压，流量传感器能够测量范围（m3/h）0.8～8的流量，温度传感器能够测量温度范围-40°-750°间的温度，利用比较分析法，用标准的校验仪来检测同样的发射源，在用待校准的传感器来检测同一个发射源，把两者得到的结果进行比较重分析，通过结果和准确值的比对来的到该传感器的灵敏度或者合格率，通过实验的结果得出该传感器的一般的测量状况和测量准确度，当然，我们还可以用于教学实验中，用来测量相应的传感器的读数，完成相应传感器的功能测试，我们可以通过在平时的教学实验中来得出一些传感器的参数，影响传感器性能的因素等等，通过这些实验，我们可以更加深刻的认识这些传感器。

2.3系统的组成

在之前的分析中，我们可以看出，有些校准的方法不适合在某些场合应用，比如在工业场合，有些校准的装置太过庞大，或者说有些校准的装置太过昂贵，在我们的教学实验中也是一样的，这些校准的方法在学校的教学实验中不方便，不能够使学生充分发挥自己的能动性，这就要求我们设计者能够设计一套符合这些场合的校准系统，使的系统不过于大，而且经济成本也适中的一套校准装置，本次设计就是设计这样一套简易，实用的校准装置。

简易装置的组成如下：

压力传感器：

图2-1 压力传感器图

差压传感器：

图2-2 差压传感器

流量传感器：

图2-3 流量传感器图

温度传感器：

图2-4 温度传感器

2.4该套装置的特点

上面我们说到，有些装置在某些场合不适用，这套装置的最大的特点就是简易而且实用，不需要占用太大的空间，尤其在工业应用中，非常的方面，而且在教学实验中，由于经济成本低，占用的空间小，这样就可以多引进这种装置，使的学生动手的机会大大增加。

该装置还具有很强的灵活性，每个仪器与管道的联接都有活结，可以在仪器有损坏的情况下，不需要进行整体的拆卸，只需要拧动相应仪器的活结就可以进行拆卸及换一个好的仪器，而我们在检测的时候也不可能只检测一个传感器，而是多个传感器，使用活结，就可以方便的进行拆卸换装，在温度传感器的实验中，我们使用搅拌电机进行搅拌，可以使加热更加的均匀，使测量更加的准确，而且温度传感器实验，我们还可以使温度能够递减，使测量更加的具有说服力，实验中，我们所用的仪器较少，使能够准确校准的同时，又能够减少成本。

还有实验中我们引入了变频器控制泵的开度，通过变频器变频来控制泵电机的转速，从而达到泵的开度的调节，这样能够减少人为的调节泵的开度带来的一些误差，使得校准更加的准确。

3 传感器校准系统的设计

3.1 概况

设计系统的时候，我们需要考虑很多的因素，因为压力，差压传感器的检测的方法大体上是一样的，只不过多了一个空气的大气压，因此可以设计在同一个通路上来检测，由于压力和差压所使用的是压力泵，而流量传感器的检测使用的是普通的泵，因此我们不能把它们都设计在同一个通路上，但是，我们可以考虑设计的合理性，让它们用同一个油箱，于是，在同一个油箱上，我们可以设计两条通路，这就降低了设计的成本，而温度，我们就只能单独的设计一套检测的系统，因为温度需考虑的因素更加的多，具体的设计结构下面将做详细的介绍。

3.2压力传感器校准子系统

3.2.1压力传感器的结构

包括压力传感器，压力校验仪，压力泵，伐门和油箱，以及管道和相应的连接个器材的活结，把它们按照校准的需要练成一套整的装置，连接图如下

3-1。

图3-1 压力传感器结构图

为了能够提高校准的效率，也提高校准的自动化，使校准的准确度大大的提高，我们在实验中使用变频器来控制各个泵的开度，通过变频器输出不同的频率，来使的泵电机的转速进行不同的改变，从而使泵的开度也相应的改变，输出不同的测量环境，使得测量的结果更加的准确。变频器控制电机转速的接线图。

图 3-2 变频器控制泵电机的接线图

3.2.2压力传感器校准的原理

实验前，应在油箱中加入适量的油，并且检查油箱是否有漏油的现象，并且还需要检查各个仪器与管道的连通性，以及活结是否连接正常，确保在实验中没有空气的进入干扰校准的准确度，以及确保实验过程中没有其它外界因素的影响，打开1号和2号伐门，给相应的需要数字显示仪器供电，打开压力泵，压力泵从油箱中吸油从而打出空气，打出的气压就是我们所需要测量的压力，为了保证校准的准确度，我们实验时，分梯度调节压力泵的开度，使的压力泵所打出的压力梯度不会太大，也不会太少，实验中，我们用变频器输出不同的电压来调节泵的开度，大大的减少人为的调节带来的影响，这样才能使测量更加的准确，当压力泵打出的压力稳定的时候，记录下压力传感器所显示的数值，再比对，压力校验仪所显示的压力值，得出相应的误差，误差率，最后得出该传感器是否合格。

3.2.3系统的组要参数

压力传感器：800AGG4EKA1IM3X型，精度0.1%FS，输出信号：4-20mADC，带指示表：0-100%指针式数字显示表,测量范围：表压：0-200Pa-600MPa,绝压：

-35KPa-3500Kpa。

压力校验仪；YBS-C系列精密数字压力表，测量范围：-98kPa～60Mpa。

压力泵：XY-YFY-60型压力泵造压范围：0～60Mpa，油介质，体积：50×70×220 ，重量：约1Kg ，金属软管快速连接，牢固可靠。

阀门：J41W不锈钢截止阀，不锈钢截止阀公称通径：20MM，不锈钢截止阀使用压力：1.6MPA -6.4MPA，不锈钢截止阀连接方式：法兰连接，不锈钢截止阀形式：手动。

管道：YB234-63型，管道的联接均采用法兰式联接，管道口径20mm。

3．3差压传感器校准子系统

3.3.1差压传感器校准的结构

包括差压传感器，压力校验仪，压力泵，伐门和油箱，以及管道和相应的连接个器材的活结，把它们按照校准的需要练成一套整的装置，连接图如下3-2。

图3-3 差压传感器结构图

变频器调节压力泵开度的接线图，见上图3-2

3.3.2差压传感器校准的原理 差压传感器是一种用来检测两个压力之间差值的传感器，日常用于测量某一设备或部件前后两端的压差。差压传感器与压力传感器的校准相似，其测量也与压力传感器相似，只要知道当时的空气的大气压，实验前，应在油箱中加入适量的油，并且检查油箱是否有漏油的现象，并且还需要检查各个仪器与管道的连通性，以及活结是否连接正常，确保实验过程中没有外界因素的影响，打开1号和2号伐门，给相应的需要数字显示仪器供电，打开压力泵，与压力校准一样，我们既需要测得打出的压力，我们还需要测得此时的大气压，再用压力校准仪测得的压力减去大气压，就能得到准确的差压值，同样，为了校准的准确度，实验中我们需要分梯度调节压力泵的开度，使的压力泵所打出的压力梯度不会太大，也不会太少，这样才能使测量更加的准确，

实验中，我们用变频器输出不同的电压来调节泵的开度，大大的减少人为的调节带来的影响，我们把得到的差压传感器的数值，与当时的大气压，和压力校验仪所得的数据处理就可以等到误差，误差率，以及合格率等指标。

3.3.3 系统的组要参数

差压传感器：EJA110A 系列，输出信号：4-20mADC ，测量范围0.5-10KPa,1-100KPa,5-500KPa,0.14-14KPa,可以带有数字表头，精度0.1%FS。

压力校验仪；YBS-C系列精密数字压力表，测量范围：-98kPa～60Mpa。

压力泵：XY-YFY-60型压力泵造压范围：0～60Mpa，油介质，体积：50×70×220 ，重量：约1Kg ，金属软管快速连接，牢固可靠

阀门：J41W不锈钢截止阀，不锈钢截止阀公称通径：15MM-400MM，不锈钢截止阀使用压力：1.6MPA -6.4MPA，不锈钢截止阀连接方式：法兰连接，不锈钢截止阀形式：手动。

管道：YB234-63型，管道的联接均采用法兰式联接，管道口径20mm。

3．4流量传感器校准子系统

3.4.1流量传感器校准结构

包括流量传感器，标准流量计，伐门和油箱，以及管道和相应的连接个器材的活结，把它们按照校准的需要练成一套整的装置，连接图如下

3-3。

图3-4 流量传感器结构图

变频器控制水泵的开度，与上面控制压力泵开度的原理是一样的，都是通过控制泵电机的转速来控制的，所以相应的接线图也是一样的，见上图3-2.

3.4.2流量传感器的校准原理

实验前，应在油箱中加入适量的油，并且检查油箱是否有漏油的现象，并且还需要检查各个仪器与管道的连通性，以及活结是否连接正常，确保实验过程中没有外界因素的影响打开1号和3号和5号及4号伐门，给相应的需要显示和工作的仪器供电，打开泵，是泵从油箱中吸油，然后打出的有在这条回路中流动，当流动趋于稳定的时候，开始记下相应的读数，为了测量的准确度，我们实验时也需要分梯度调节泵的开度，泵的开度调节不宜过小，也不宜过大，这样才能使测量的结果更加的准确，实验中，我们用变频器输出不同的电压来调节泵的开度，大大的减少人为的调节带来的影响，把流量传感器所测得的数据与流量计所得的数据进行比对，得到该流量传感器的误差，误差率，以及合格率等指标。

3.4.3系统的组要参数

流量传感器：HMLWGY-20-N10SSNN 型，精度等级：±1%R、±0.5%R，扩展流量范围（m3/h）0.45～9，正常流量范围（m3/h）0.8～8。

流量计： LWGY-□C型，高精确度，一般可达±1%R、±0.5%R，高精度型可达±0.2%R。

泵：J4M-690/20流量690L/h，扬程20M，进出口20MM，转速2900r/min，功率

2.2，效率39。

阀门：J41W不锈钢截止阀，不锈钢截止阀公称通径：20MM，不锈钢截止阀使用压力：1.6MPA -6.4MPA，不锈钢截止阀连接方式：法兰连接，不锈钢截止阀形式：手动。

管道：YB234-63型，管道的联接均采用法兰式联接，管道口径20mm。

注：以上三个实验我们把它们合成在一组装置上，所用所用的图是一样的。

3．5温度传感器校准子系统

3.5.1温度校准的结构

主要包括温度传感器，温度校验仪，搅拌电机，控制器，加热器，加热器，油箱等构成，把它们按照校准的需要练成一套整的装置，连接图如下3-4。

图3-5 温度传感器结构图

3.5.2温度传感器校准的原理

实验前，把油箱中加入适量的油，使之能够满足实验的需求，检查电机的转动情况，检查温度传感器和温度校验仪是否固定好，把相应的需要供电的仪器进行供电处理，检查加热设备与控制器是否连接得当，给加热设备供电，使之开始加热，加热的同时打开搅拌电机，使加热能够均匀，加热可以以时间为梯度，我们等加热一段时间后，使之稳定为一个温度，然后读取温度传感器的读书，与温度校验仪的读数相比较，为了保证实验的准确性，我们可以通过厦门宇电526型加热制冷双控仪表，加热制冷是指在OUTP和AUX都装输出模块 然后把PID计算范围扩大为-100%到100% ，当算出正值的时候 OUTP输出 负值的时候AUX输出使温度从高往低进行往返的测量，把得到的结果进行分析，得出该传感器的误差，误差率以及合格率等指标。

控制框图如下3-6：

3.5.3系统的主要参数

温度传感器：WRFN2-31I型，自带有温度仪表，带有固定的螺纹，防水接线盒，保护外径20MM，精度等级一级，测温范围-40°-750°，允许误差+-0.5或者+-0.4%。

温度校验仪：美控MX824-J系列温度校验仪功能， 测量，测量，输出直流电压 DCmV 0～100mV 0～100mV 0～100mV，热电偶 J，K，T，E，B，R,S,N.

搅拌电机：实验室搅拌机--JXS-200J工作电源：220V±10V 50Hz，电机功率：200W，调速范围： 50～2000Rpm，调速方式 ，触摸键无级调速，转速显示 ：液晶显示搅拌头形式：标配四叶桨叶式三叶式，最大处理量：25L。

控制器：厦门宇电526型加热制冷双控仪表，宇电AI-526人工智能温控器具备标准PID、AI人工智能调节等多种调节方式，其优点是，可以自己整定，学习，无超调，也没有欠调，亦可使用位式控制(ON-OFF)功能，双组独立参数PID可支持加热/冷却双输出功能。

加热器：油桶加热器，用于对油桶的加热和保温，电压/功率220v2000w(220v3000w) ，调温范围 -20-250℃，控温精度 ±1℃，油桶的尺寸和测量所需要的各种指标根据我们的需要自行设计。

实验所需要的器材清单：

表 3-1

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4

系统的应用

4.1 压力传感器校准的实验

一．实验目的 （1）压力传感器的原理 （2）学会检测压力传感器的一般方法。 （3）压力传感器的测量受到哪些发面的影响 二．实验的原理 传感器的准确度由于各种的原因，需要对传感器进行校准，才能准确的使用，把 待检的压力传感器和标准的压力校验仪所测量的数值进行比较，进而得出，待检压力 传感器的合格率。 三．实验所需的器材 （1）压力传感器 一个 （3）压力泵 一个 （5）管道和活结 四．实验内容 （1）实验的图见上图 3-1 （2）实验的步骤：实验开始前需要对器材进行全面的检查，检查各个管道与器材之 间的连通性，检查活结是否关紧，还有油箱的液位是否符合实验的标准，打开伐门 1 和 2，给压力传感器通电，能够有 4-20mADC 的显示，然后给打开压力泵，慢慢的调 节压力泵的开度，每一个开度都会对应的有一个压力，和一个标准压力，通过得到的 数值填写下面的表格，为了保证实验的准确性，我们必须多次测量，看看多次测量的 结果， 从而更加准确的来判断该传感器是不是符合相应的标准， 实验中， 我们实验中， 我们用变频器输出不同的电压来调节泵的开度，大大的减少人为的调节带来的影响， 等平稳后方可进行测量，记录数据，填写下面的表格，实验结束后，应该对实验台和 实验设备进行清理，以便后续的检测或实验。 （2）压力校验仪一个 （4）阀门 2 个 （6）油箱

17

压力传感器校准表 4-1：

校验对象 准确度 供电电源 量程 制造商家 计量标准器 名称 准确度 型号 制造商 校验用主要标准器具 规格型号 测量范围 出厂编号

名称

准确度

测量范围

测量计算 次数 待测传感器的值 标准值 误差 误差率

误差允许范围 校验员

合格率 校准时间

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五．实验报告的要求： 认真负责的完成上面的表格，对所用涉及该传感器的各种指标都必须如实的填 写，在完成对上述表格的填写完毕后，应该给出该传感器的合格率，以便确定该传感 器是否能够流入工业场合。 六．思考题 （1）还可以采用什么方法来校准压力传感器。 （2）压力传感器的准确度受到哪些方面的影响。 （3）我们还可以通过 PLC 来控制泵的开度，试着去尝试该实验。

4.2 差压传感器

一．实验的目的 （1）差压传感器的原理 （2）学会本实验所采用的校准差压传感器方法 （3）通过实验想想实验可不可以继续改进 （4）与压力传感器的校准进行对比，得出相同点与不同点 二．实验的原理 传感器的准确度由于各种的原因，需要对传感器进行校准，才能准确的使用， 把待检的差压传感器得出的数值，压力校验仪的数值，还有当时的大气压，我们用压 力校验仪的值减去大气压，就能得到差压传感器的准确值，然后把待检的差压传感器 值与之相比，得到该传感器的合格率，达到校准的目的。 三．实验器材 （1）压力传感器 一个 （3）压力泵 一个 （5）管道和活结 四．实验内容 （1）实验的图见上图 3-3 （2）实验的步骤：实验开始前需要对器材进行全面的检查，检查各个管道与器材之 间的连通性，检查活结是否关紧，还有油箱的液位是否符合实验的标准，打开伐门 1 和 2，给差压传感器通电，能够有 4-20mADC 的显示，然后给打开压力泵，慢慢的调 节压力泵的开度，每一个开度都会对应的有一个压力，和一个标准压力，必须知道当 （2）压力校验仪一个 （4）阀门 2 个 （6）油箱

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时的空气的大气压，通过得到的数值天下下面的表格，为了保证实验的准确性，我们 必须多次测量，看看多次测量的结果，从而更加准确的来判断该传感器是不是符合相 应的标准， ，实验中，实验中，我们用变频器输出不同的电压来调节泵的开度，大大 的减少人为的调节带来的影响，等平稳后方可进行测量。记录下面的表格，实验结束 后，应该对实验台和实验设备进行清理，以便后续的检测或实验。 差压传感器校准:4-2：

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五．实验报告的要求： 负责的完成上面的表格，对所用涉及该传感器的各种指标都必须如实的填写，在 完成对上述表格的填写完毕后，应该给出该传感器的合格率，以便确定该传感器是否 能够流入工业场合 六．思考题 （1）其他校准差压传感器的方法。 （2）思考一下，在不同的场合，由于大气压的不同，对差压传感器的测量准确度有 没有影响。 （3）差压传感器和压力传感器的区别，在工业上可不可以用压力传感器代替差压传 感器。

4.3 流量传感器的实验

一．目的 （1）掌握流量传感器的原理 （2）学会本实验校准流量传感器的方法 （3）通过实验，思考该实验还有没有可以改进的地方，或者，可以自己想出其他的 校准方法。 二．原理 当被测液体流过传感器时，被检测的传感器和标准的流量传感器都会有相应的 4-20mA 显示出来。 ，通过对比的方法，来确定该传感器的准确度，对比法也是我们在 日常的生活中只用的最多的校准传感器的方法， 。 三．实验器材 （1）流量传感器 （3）泵 （5）阀门 四，实验内容 实验的图见上图 3-4 实验的步骤： 实验前， 应该仔细的检查实验装置的完整性， 以及各个器材的好坏， 对于不好的器材应该及时的换装，还需要检查管道以及活结的连通性，以保障实验的 准确性，然后打开泵，实验中，我们用变频器输出不同的电压来调节泵的开度，大大 （2）流量计 （4）水箱 （6）管道及活结

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的减少人为的调节带来的影响，等流量稳定后方可读数，然后把流量计所测得结果和 流量传感器所测得的结果填入下面的表格，进行分析，实验结束后，应该对实验台和 实验设备进行清理，以便后续的检测或实验。 流量传感器校准表 4-3：

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五．实验报告的要求： 负责的完成上面的表格，对所用涉及该传感器的各种指标都必须如实的填写，在 完成对上述表格的填写完毕后，应该给出该传感器的合格率，以便确定该传感器是否 能够流入工业场合 六．思考题 （1）实验中我们人为的调节泵的开度，想一下如何使用变频技术 （2）思考一下哪些因素会影响校准的准确度 （3）在测量不同的液体的时候，流量传感器之间有什么样的差别

4.4 温度传感器的实验

一．实验目的 （1）掌握温度传感器的原理 （2）学会本实验校准温度传感器的方法 （3）了解各种类型的温度传感器 （4）了解厦门宇电 526 型加热制冷双控仪表 二．实验原理 利用对比校准的方法，是这次设计的重要思想，利用宇电 526 型仪表加热制冷 双控仪表进行加热制冷，利用搅拌电机使其加热均匀，在把待检测的温度传感器和温 度校准仪同时插入油箱中，读出相应的读数，利用多次测量并且进行对比，从而达到 校准的目标。 三．实验设备 （1）温度传感器 （3）搅拌电机 （5）温度校验仪 （7）固定传感器所用螺丝 四．实验内容 （1）实验图见上图 3-5 （2）实验步骤：实验前应该对实验的装置进行仔细的检查，实验所用的搅拌电机应 该做好保护的工作， 以防加热过程中损坏电机， 实验中， 加热的同时， 打开搅拌电机， 加热的过程可以用时间段来分开，等加热一定的时间之后来测量，还可以从高温往低 （2）厦门宇电 526 型加热制冷双控仪表 （4）水箱 （6）电机支架

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温降低，多次测量，以保证实验的准确度，把测得的实验数据填入下面的表格，实验 结束后，应该对实验台和实验设备进行清理，以便后续的检测或实验。 温度传感器校准表 4-4：

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五．实验报告的要求： 认真负责的完成上面的表格，对所用涉及该传感器的各种指标都必须如实的填 写，在完成对上述表格的填写完毕后，应该给出该传感器的合格率，以便确定该传感 器是否能够流入工业场合 六．思考题： （1）实验中我们用搅拌电机搅拌的理由是什么 （2）实验中会有哪些因素影响实验的结果 （3）实验中需要改进的地方，或者有更加优秀的方案

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5 结论

通过上述的设计，我们掌握了校准传感器的一种方法，虽然检测的方法大都是在人为干预的情况，但是，只要我们在操作的时候主要操作的步骤及方法还是很准确的，在有些工业现场，电子设备在这些场合在使用的时候会有很大的影响，所用，在这些场合，我们本实验所介绍的校准方法是很使用的，在教学实验中也是有很大的帮助，由于没有太多的电子设备，这样就大大增加了学生动手的机会，而且，在设计中，每个仪器都是通过活结连在管道上，对于检测来说非常的方便，能够多次检测不同的传感器，或者可以检测一系列的同一传感器，在工业场合，尤其是化工业场合，需要大量的控制，而控制首先需要采取信号，这就需要大量的传感器，所用，就必须保证传感器的准确度，因此这样一套装置，可以很灵活的检测传感器的准确度，这样大大节约了时间和成本，提高了工作效益。

在这次设计的过程中，还是遇到了很多的问题，要考虑设计的经济性，一开始我们只能每一个传感器设计一个对应的检测系统，还有在温度传感器校准中，温度我们只能往上升，这是有很大的缺陷等等，这些问题都是我们需要解决的问题，这些经过自己的思考和老师的帮助，慢慢的把遇到的问题都解决了。

总的来说这次的设计还是成功的，但是，还是有不足的地方，泵开度的调节，人为的调节，每次的调节总会有点误差，还有在温度校准的实验中，我们不能保证温度在加热到一定程度的时候保温的能力还是不强等等，由于我们采用的是比较分析法，所用，只要我们用的是同一发射源，我们就可以保证测量的准确性，但是，这些误差，我们还是尽量的避免，这就是我需要改进的地方，当然，在使用者使用的过程中也会发现一些问题，可以反馈给我，这样可以使装置更加的符合工业和校准，以及在教学实验中的应用，还希望大家积极的提出修改意见，在后续的学习和生活中我也会积极思考更加优秀的检测方法。

致 谢

经过近3个月的毕业设计，自己的毕业设计终于完成了，通过这次的毕业设计，自己的能力有了很大的提升，使自己在分析问题，解决问题等方面有了很大的进步，这将为我以后的学习和工作生活提供了很大的帮助。

在设计期间，我要特别感谢我的指导老师张兴奎老师对我的悉心指导，在我的设计及论文写作过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案，还有就是感谢所有的大学老师，无论是专业课还是公共课老师，他们无论在知识和精神方面都给了我很大的帮助，还有同学们给我的帮助，在自己无助的时候，都会得到同学们的支持和帮助，这些都是我论文能够顺利完成的动力。

四年的大学生活转眼就要过去了，即将走进工作岗位，希望能够把自己所学的专业知识运用到自己的工作中去，不辜负大学的所学知识，更加不辜负老师的谆谆教诲。

最后再次感谢本次毕业设计对我帮助的人！

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参考文献

[1]JG 860-94 压力传感器（静态），北京；中国计量出版社，1994；

[2]JG624-89压力传感器动态校准，国家技术监督局，1989；

[3]压力传感器校准和测控系统设计，王刚，沈景鹏，国防科技报告，中国空气动力中心设备设计及测试技术研究所，四川绵阳，2004；

[4]低温温度计及温度传感器校准装置研究，蔡静，王莉，吴方，韩义中，杨永军，计量技术，2008-10-10；

[5]高精度差压传感器的一种简易校正方法，王晔 卢致续; 董玉荣，传感器技术，2005-06-15；

[6]小量程差压传感器的一种校正方法，左光远，朱连章，仪器仪表用户，2003-10-08；

[7] 液体微小流量计量方法和标准装置的研究，滕鹏飞，中国计量学院，2013-06-01；

[8] 流量计现场在线计量校准方法初探, 刘竹琴; 白泽生; 白宗文, 仪表技术与传感器,2011-11-15.