CN109946020A - 一种快速性压力传感器动态测试和校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校验装置及调试方法。整个系统由动态压力信号发生器，标准压力传感器，待测压力传感器，电磁泄压阀及相应的测试、数据分析和控制系统组成。其中动态压力信号发生器通过控制压电执行器推动密闭容腔一端的柔性铰链膜片式活塞挤压密闭容腔内的流体，在容腔内产生频率和幅值可调的周期性变化的压力，通过标准压力传感器及待测压力传感器分别检测该压力信号，将检测到的结果经相应的测试及数据分析系统后，得到被测压力传感器的幅频和相频特性；通过控制电磁阀的开关状态，完成压力传感器的阶跃性能测试及待测压力传感器更换，实现循环、批量实验。该系统可提供不同频率、不同幅值的正弦压力信号及阶跃压力信号，实现压力传感器动态性能批量、快速、准确校准的目的。

Description

一种快速性压力传感器动态测试和校准装置

技术领域

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校验装置。

背景技术

压力校准装置是与压力传感器相关的一种关键设备，压力传感器的制造需要高精度、高效率的压力传感器校准装置辅助，同时在压力传感器应用中，为了保证系统的准确性及可靠性，也必须借助压力传感器校准装置定期对压力传感器进行校准。长期以来，压力传感器的应用和测试，一般只针对静态压力，而对其动态性能要求不高，随着各行业技术的发展，动态压力测量应用的越来越多。例如，工业生产过程中的压力监测，人体血压、脑压监测，发动机、石油管道的压力及枪炮膛压测试，尤其是现代飞机、导弹等飞行器的研制和使用过程中需要进行大量的非电量测试工作，其中压力测试占总测试量的一半以上，而这些压力绝大部分都是动态压力。动态压力的测量对压力传感器的动态特性提出了更高的要求，压力传感器的动态特性指的是传感器在应用过程中随着时间的不断变化而引起的输入量的响应特性的不断变化。因此，加强对压力传感器动态特性的研究，研制快速、准确的动态压力测试和校验系统具有重要的实际意义。对于压力传感器的测试和校准，其核心在于动态压力信号发生装置。目前国内已有一些成熟装置，例如一种基于激波管的低压动态压力校准装置，通过产生阶跃压力脉冲信号分析压力传感器的动态特性；一种正弦式动态压力校准装置，用于小型压力传感器的动态校准，该装置的动态压力发生器主体由伺服电机控制压力调节盘，通过改变出油口面积调节进入压力腔的油液流量，进而控制其压力，受伺服电机动态响应速度的限制，其动态压力信号频率不高；一种谐振式正弦压力信号发生装置，利用压电叠堆激励管道内的流体介质发生谐振，产生动态正弦压力信号，该装置可产生高频的压力信号，但压力幅值通常不大。综上，目前动态压力信号发生装置总体来说都存在系统结构复杂，控制困难，量程小，精度差，价格高，效率低等不足。

发明内容

本发明针对上述的技术问题采用的技术方案为：一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，包括动态压力发生装置、标准压力传感器、待测压力传感器、电磁控制阀和控制系统，所述动态压力发生装置包括压电执行器、压电执行器固定及调节装置、柔性铰链膜片式活塞、密闭容腔、压力传感器安装孔、进油口和排油口，所述标准压力传感器和待测压力传感器分别安装于密闭容腔两侧，所述进油口和排油口安装电磁控制阀。

作为优选，所述压电执行器，顶端输出杆为球头，与柔性铰链膜片式活塞中间的硬芯部分紧密接触，底面为平面，底端有螺纹孔，底部安装固定在压电执行器固定及调节装置上，所述压电执行器采用压电叠堆式的结构。

作为优选，所述压电执行器固定及调节装置，包括支撑架、支撑底座和位置调节螺栓，所述支撑架底部紧贴在柔性铰链膜片式活塞上，通过螺钉固定安装在密闭容腔一端，所述支撑底座通过螺钉安装在压电支撑架顶端，底座中间有螺纹孔，所述位置调节螺栓穿过支撑底座，固定在压电执行器内部。

作为优选，所述柔性铰链膜片式活塞为有一定厚度的正方体结构，中心为硬芯部分，与压电执行器相接触，外端为固定部分，配合密封圈，利用固定装置，安装在液压密闭容腔的一端，中间连接过渡部分采用柔性铰链结构。

作为优选，所述密闭容腔，底部开放留有密封圈槽及螺纹孔，膜片式活塞压紧于底面上，配合密封圈，两侧有压力传感器安装孔，位置对称，标准压力传感器及待测压力传感器通过安装孔固定安装在密闭容腔壁上，顶端为封闭式结构，上面留有进油口和排油口。

作为优选，所述压力传感器安装孔，为小沉头螺纹孔，沉头处安装密封圈，安装孔共有两个，位于密闭容腔左右两侧对称位置处。

作为优选，所述进油口和排油口采用螺纹孔形式，进油口和排油口均采用电磁开关阀控制。

作为优选，所述电磁控制阀采用锥阀结构的开关阀。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，提出了一种快速性压力传感器动态测试和校准装置，动态压力发生装置可以提供幅值及频率大小可调的周期性正弦压力信号，对待测压力传感器进行测试和校准。同时亦可提供阶跃压力信号辅助测试和校准。结构及控制简单，量程大、精度高，可适用于压力传感器的批量化测试及校准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是系统方案示意图；

图2是动态压力发生装置示意图；

图3是压电执行器示意图；

图4是压电执行器支撑装置示意图

图5是压电执行器支撑装置底座示意图；

图6是压电执行器位置调节螺栓示意图；

图7是柔性铰链膜片式活塞示意图；

图8是密闭容腔示意图；

图9是密闭容腔安装孔示意图；

以上各图中，1、动态压力发生装置，2、标准压力传感器，3、待测压力传感器，4、电磁控制阀，5、控制系统，11、压电执行器，12、压电执行器固定及调节装置，13、柔性铰链膜片式活塞，14、密闭容腔，15、压力传感器安装孔，16、进油口，17、排油口，121、支撑架，122、支撑底座,123、位置调节螺栓。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例，如图1至图9所示，一种快速性压力传感器动态测试和校准装置包括动态压力发生装置1、标准压力传感器2、待测压力传感器3、电磁控制阀4和控制系统5，所述动态压力发生装置1包括压电执行器11、压电执行器固定及调节装置12、柔性铰链膜片式活塞13、密闭容腔14、压力传感器安装孔15、进油口16和排油口17，所述标准压力传感器2和待测压力传感器3分别安装于密闭容腔14两侧，所述进油口16和排油口17安装电磁控制阀4，各组成部分的位置及连接关系为：控制系统5根据待测压力传感器3的量程及精度等性能参数，提供控制指令，驱动动态压力发生装置1中的压电执行器11推动密闭容腔14底端的柔性铰链膜片式活塞13挤压容腔内的流体，在容腔内产生周期性变化、幅值和频率可调的压力信号，标准压力传感器2及待测压力传感器3对称安装于密闭容腔14两侧，分别检测容腔内产生的动态压力信号，并将检测到的压力信号经相应的测试系统，输送到数据分析系统中，由数据分析系统得到被测压力传感器的幅频和相频特性。所述压电执行器11，顶端输出杆为球头，与柔性铰链膜片式活塞13中间的硬芯部分紧密接触，底面为平面，底端有螺纹孔，底部安装固定在压电执行器固定及调节装置12上，所述压电执行器11采用压电叠堆式的结构，提高其输出位移，同时具有出力大，响应迅速，控制精度高的优点。所述压电执行器固定及调节装置12，包括支撑架121、支撑底座122和位置调节螺栓123，所述支撑架121底部紧贴在柔性铰链膜片式活塞13上，通过螺钉固定安装在密闭容腔14一端，所述支撑底座122通过螺钉安装在压电支撑架121顶端，底座中间有螺纹孔，所述位置调节螺栓123穿过支撑底座122，固定在压电执行器11内部，通过调节位置调节螺栓123，用于对压电执行器11的初始位置进行调节，从而调节容腔内流体的预压力。所述柔性铰链膜片式活塞13为有一定厚度的正方体结构，中心为硬芯部分，与压电执行器11相接触，外端为固定部分，配合密封圈，利用固定装置，安装在液压密闭容腔14的一端，中间连接过渡部分采用柔性铰链结构，柔性铰链结构具有弹性好，无摩擦的优点，同时由于其厚度很薄，质量很小，而其自身的弹性应变又可以与密闭容腔内的预压力相平衡，因此可以大大降低压电陶瓷驱动器的负载，提高系统整体的输出精度和动态特性。所述密闭容腔14，底部开放留有密封圈槽及螺纹孔，柔性铰链膜片式活塞13压紧于底面上，配合密封圈，两侧有压力传感器安装孔15，位置对称，标准压力传感器2及待测压力传感器3通过压力传感器安装孔15固定安装在密闭容腔14壁上，顶端为封闭式结构，上面留有进油口16和排油口17。所述压力传感器安装孔15，为小沉头螺纹孔，沉头处安装密封圈，压力传感器安装孔15共有两个，位于密闭容腔14左右两侧对称位置处，保证动态压力信号产生时，两处位置的压力传感器所测试的压力信号完全一致。所述进油口16和排油口17采用螺纹孔形式，进油口16和排油口17均采用电磁控制阀4控制，系统工作前打开进油口16和排油口17，通过液压系统将密闭容腔14内充满油液，系统工作时，关闭进油口16和排油口17，由压电执行器11推动柔性铰链膜片式活塞13运动，在密闭容腔14内产生周期性的大小和频率可调的正弦压力信号进行动态性能测试及校准；测试完成后，先打开排油口17泄压，产生阶跃变化的压力信号可供传感器动态测试及校准，同时更换被测传感器，为下一次测试做准备。所述电磁控制阀4采用锥阀结构的开关阀，保证阀关闭时，其静态泄漏为零，避免系统工作时，由于密闭容腔14内流体的泄漏导致动态压力信号异常。所述的控制系统5用于提供电压驱动信号，结合标准压力传感器采集的压力反馈信号，闭环控制驱动压电执行器11运动，推动柔性铰链膜片式活塞13在密闭容腔内产生幅值和频率大小连续可调的周期性正弦压力信号，之后通过测试及数据分析采集温度信号、标准压力传感器2和待测压力传感器3上的动态压力信号，然后以标准压力传感器采集的信号为基准，由数据分析系统进行FFT分析，得到待测压力传感器在不同温度下的幅频和相频特性，同理结合得到的阶跃特性曲线，给出待测压力传感器的动态性能指标。

所述的测试12及数据分析系统13用于采集温度信号、标准压力传感器和待测压力传感器上的动态压力信号，然后以标准压力传感器采集的信号为基准，由数据分析系统进行FFT分析，得到待测压力传感器在不同温度下的幅频和相频特性，同理结合得到的阶跃特性曲线，给出待测压力传感器的动态性能指标。

工作前首先完成系统的安装和装配，柔性铰链膜片式活塞13、支撑架121通过螺栓固定安装在密闭容腔14的底端；然后将压电执行器11装入支撑架121内，通过支撑底座122固定，将位置调节螺栓123通过支撑底座122旋入压电执行器11底端螺纹孔内；在密闭容腔14两侧对称位置的压力传感器安装孔15上安装标准压力传感器2和待测压力传感器3。

充油：密闭容腔14底面朝下，顶面朝上，打开进油口16和排油口17，通过进油口16向密闭容腔14内充油，充油过程中轻微晃动避免内部存在气泡，充满油后，关闭进油口16和排油口17。

调零：根据待测压力传感器的量程，可先调节压电执行器11底端的位置调节螺栓123，挤压柔性铰链膜片式活塞13，使密闭容腔14内具有一定的预压力。

测试：控制系统5根据待测压力传感器的量程及精度等性能参数，参考标准压力传感器反馈的压力信号完成闭环控制，发出控制指令驱动压电执行器11运动，推动柔性铰链膜片式活塞13挤压密闭容腔14内的流体，在密闭容腔14内产生幅值及频率大小可调的周期性正弦压力信号；数据采集、分析系统采集标准压力传感器2和待测压力传感器3的压力信号后，通过FFT分析得到待测压力传感器的幅频和相频特性，完成基于周期性动态压力信号的测试和校准周期性动态压力。

关闭压电执行器，打开排油口17电磁控制阀4，密闭容腔14内压力会迅速降低，通过标准压力传感器2和待测压力传感器3测试压力衰减的过程，从而得到压力传感器的阶跃响应曲线，可用于压力传感器动态测试及校准。

更换待测压力传感器，从头开始，充油-调零-测试。

本发明的动态压力信号发生器可以提供幅值及频率在较大范围内大小可调的周期性正弦压力信号，对待测压力传感器进行测试和校准。同时亦可提供阶跃压力信号辅助测试和校准。整体结构及控制简单，量程大、精度高，响应迅速。同时其更换、安装及测试过程简单，可适用于压力传感器的批量化测试及校准。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，包括动态压力发生装置、标准压力传感器、待测压力传感器、电磁控制阀和控制系统，所述动态压力发生装置包括压电执行器、压电执行器固定及调节装置、柔性铰链膜片式活塞、密闭容腔、压力传感器安装孔、进油口和排油口，所述标准压力传感器和待测压力传感器分别安装于密闭容腔两侧，所述进油口和排油口安装电磁控制阀。

2.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述压电执行器，顶端输出杆为球头，与柔性铰链膜片式活塞中间的硬芯部分紧密接触，底面为平面，底端有螺纹孔，底部安装固定在压电执行器固定及调节装置上，所述压电执行器采用压电叠堆式的结构。

3.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述压电执行器固定及调节装置，包括支撑架、支撑底座和位置调节螺栓，所述支撑架底部紧贴在柔性铰链膜片式活塞上，通过螺钉固定安装在密闭容腔一端，所述支撑底座通过螺钉安装在压电支撑架顶端，底座中间有螺纹孔，所述位置调节螺栓穿过支撑底座，固定在压电执行器内部。

4.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述柔性铰链膜片式活塞为有一定厚度的正方体结构，中心为硬芯部分，与压电执行器相接触，外端为固定部分，配合密封圈，利用固定装置，安装在液压密闭容腔的一端，中间连接过渡部分采用柔性铰链结构。

5.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述密闭容腔，底部开放留有密封圈槽及螺纹孔，膜片式活塞压紧于底面上，配合密封圈，两侧有压力传感器安装孔，位置对称，标准压力传感器及待测压力传感器通过安装孔固定安装在密闭容腔壁上，顶端为封闭式结构，上面留有进油口和排油口。

6.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述压力传感器安装孔，为小沉头螺纹孔，沉头处安装密封圈，安装孔共有两个，位于密闭容腔左右两侧对称位置处。

7.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述进油口和排油口采用螺纹孔形式，进油口和排油口均采用电磁开关阀控制。

8.根据权利要求1所述的一种小型快速性压力传感器动态性能测试和校准装置，其特征在于，所述电磁控制阀采用锥阀结构的开关阀。