[发明专利]压力传感器校准用力传感器及其校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试计量传感器设备领域，特别是涉及压力传感器校准用力传感器及其校准方法。

背景技术

压电式压力传感器的动态特性较好，但是其低频特性较差，当用静态标定的方法对其进行校准时，会产生静电泄露等问题，导致获得的灵敏度特性不能反映传感器的真实情况；此外，在静态校准时，每个标定点的压力加载时间较长，严重影响了传感器的使用寿命。动态校准是解决该问题的有效途径，常用的校准方法有激波管法和落锤法，激波管能校准的上限频率很高，但由于其所产生的阶跃压力平台持续时间较短，无法对压电式压力电测系统的低频特性，尤其是零频特性进行校准；此外，激波管压力幅值较低，无法实现高压传感器的动态校准。因此，常采用落锤液压动标装置对压电式压力传感器进行准静态校准，所谓准静态校准，就是利用类似于被测压力波形，即已知峰值和脉宽的半正弦压力脉冲对压电式压力传感器进行校准。该标定方法介于静态和动态之间，因此称之为准静态校准。用这种校准方法给出的压力传感器灵敏度较静标而言更加科学准确，可有效地减小测量系统的动态误差。

落锤装置的校准压力是通过锤头撞击活塞杆在造压油缸内产生的，该压力是一个类似半正弦的压力脉冲，其峰值和脉宽的大小与落锤装置的工作参数(重锤落高、重锤质量、活塞杆面积、传压介质、油缸初始容积等)有关。如何精确地获取半正弦压力脉冲的峰值是有效利用落锤装置对压力传感器进行准静态校准的关键，目前常用的方法是比对式校准方法，即在油缸的四周安装多个高精度标准压力传感器，将标准传感器测得的压力平均值作为校准压力峰值。该方法校准压力的精度由标准传感器的性能决定，可实现不确定度≤0.5％的测量值，然而适用的高性能标准压力传感器价格高昂，导致试验成本较高。针对现有的基于落锤装置的压力校准方法存在的不足，文献提出了一种基于落锤装置的力监测压力动态校准方法，即根据重锤撞击活塞杆的力(撞击力)和压力峰值之间的内在联系，在重锤锤头上安装力传感器对撞击力进行监测，从而求出相应的校准压力峰值。该方法直接根据压力的定义进行校准，更符合绝对校准的定义，且从现有同类传感器产品看来，力传感器的价格和性能均优于压力传感器，因此，可有效提高动态压力校准精度。

然而在实际使用时，力传感器常采用螺栓进行固定并通过专用的过渡件固连在锤体和锤头之间，在重锤撞击活塞杆的过程中，力值的测量会受到螺栓预紧力和过渡件惯性力的影响。在实际校准试验中，当采用螺栓连接的方式将力传感器固定在两个过渡件上时，螺栓预紧力会对传感器的测量精度产生影响，导致测量值比实际值偏低，此外，在锤头撞击活塞杆的过程中，力传感器还会受到下过渡件、锤头以及活塞杆惯性力的影响，导致力传感器的测量值无法真正反映撞击力的大小。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种压力传感器校准用力传感器及其校准方法，该力传感器不仅能有效地消除螺纹预紧力的影响，而且能够有效地降低惯性力对撞击力测量的影响，为达此目的，本发明提供压力传感器校准用力传感器，所述应变式力传感器设置在落锤装置的锤头结构件内，所述应变式力传感器包括工作应变片R1、补偿应变片R2、工作应变片R3和补偿应变片R4，所述锤头结构件中间位置对称地掏出两个 O型孔，两个O型孔之间留有受力薄壁，所述受力薄壁的两侧各粘贴两个互相垂直的工作应变片和补偿应变片，所述受力薄壁一侧的工作应变片和补偿应变片为工作应变片R1 和补偿应变片R2，所述受力薄壁另一侧的工作应变片和补偿应变片为工作应变片R3和补偿应变片R4，所述工作应变片R1、补偿应变片R2、工作应变片R3和补偿应变片R4 组成全桥惠斯通测量电路，所述锤头结构件上部设置有引线孔，所述引线孔通过锤头结构件内通道将全桥惠斯通测量电路的引线引出。

本发明的进一步改进，所述受力薄壁厚10mm。

本发明的进一步改进，所述引线孔直径为3mm。

本发明的进一步改进，所述全桥惠斯通测量电路的引线测量时外接10～20V的直流激励电压。

本发明的进一步改进，所述落锤装置的锤头结构件为弹性敏感元件。

本发明的进一步改进，所述锤头结构件材料为40CrNiMoA合金结构钢，屈服强度高于835MPa。

本发明基于力传感器的压电式压力传感器电测系统的准静态校准方法，具体步骤如下：

1)将被校压电式压力传感器安装在造压油缸上，将应变式力传感器安装在锤架结构上，设置好下落高度，使力传感器撞击造压油缸的活塞杆，在造压油缸内产生压力；