排除器

微弱压力变化监测需要注意的问题

发布时间:2025/1/23 18:04:25   
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提到微弱压力变化的监测,大家可能没有概念,毕竟有点专业术语的感觉,我还是举一个生活中的例子来说明把,我家里的沙发在座了一段时间之后,有些部位会发生明显的变形,这个变形的产生不是一蹴而就的,而是随着使用时间的推移一点一点的发生了变化,而这过程中点滴的变化造成的原因就是我们坐上去的压力,分布在沙发相应区域的某些点的压力的细微差别就是微弱压力的变化。看起来是不是简单了很多,没有想象中那么专业?其实对于微弱压力变化的监测是非常困难的,有两点很难做到,一是变化量太小,很可能这样的变化会被噪声以及其他外来影响所淹没;二是通常需要监测的对象本身的材质和应用场景不利于监测设备或传感器的数据采集,例如沙漠中的某些设备管道的变形,老化。我们先从信号的小变化量来入手,为了获取这个微小的变化量首先我们需要对传感器进行选型,灵敏度要高,采集的精度要好,这样才可以实现数据的精确提取,我试验过几种比较常见的传感器,一是压阻传感器、二是压电薄膜、三是微压传感器,从使用的场景来看前两者适合监测具有固定表面的物体压力变化,微压传感器我主要实验的是气压,所以这个更适合监测有气体流量的情况,并且需要把它安装到气路里。以上的传感器只要配合对应的采集电路大都可以实现对应的功能,个人看法如果只是想监测趋势前两种传感器比较适合,价格也很便宜,缺点是随着时间的推移相应的传感器性能会发生漂移,所以不适合精度测量。有了传感器我们接下来看一下信号的放大和采集,对于微弱信号的采集我之前的文章里已经提到了如何进行放大、滤波等具体的步骤,这里就不再详细说明了,有兴趣可以参考一下之前的文章。我想重点提一下如何做电路的补偿和校准,这个也是为了适应不同的使用场景所必须的措施,我们知道很多元器件在不同的温度条件下会发生或大或小的参数变化,这样的变化导致了采集数据的准确性、精度的下降,大多数情况下,这样的变化是不可以忽略的,那么就需要不定时的修正或者引入负反馈的方式解决,这个通常是一个很复杂的调节过程,微弱压力变化采集同样如此。由于前面介绍的三种传感器之中前两者是用于监测变化趋势,只有微压传感器是用来精确测量压力变化的,所以我们接下来围绕着这种传感器来进行分析,先来看一下微压传感器的应用,为了更直观的说明,我们来看一下天然气管道上的压力变送器。一般情况下,很多的气压传感器都会做成二次仪表,输出设置成标准的输出模式以便于和其他设备的对接,微压传感器也不例外,为了装配方便我们通常会把它封装到坚固的金属外壳中,然后加上放大和调理电路,形成成品监测设备,在出厂的时候通常会校准三个点:起始零点、中间点、最大点三个输出数据,主要的校准手段有全自动校准和手动校准两种。由于手动校准比较容易理解,我在这里就不再介绍了,着重谈一下自动校准,最简单的自动校准是开机零点校准,可以这么设计,仪器在开机后第一步关闭测量通道,短接输入至地,采集输出信号是否满足零点输出要求,如果超过标准值,那就把超过标准值的部分作为偏移量修正输出结果,这个对于一般的线性输出的仪表非常有效。那么对于非线性输出的仪表我们该如何校准?首先我们知道非线性输出是指输入和输出的关系是非线性的,所以如果输入和输出的对应关系符合符合标准函数公式或每一段的曲线满足不同的函数关系,我们可以根据不同的函数关系来修正输出,这个也是比较常见的情况,当然也不排除极端情况,没有明显特征函数的对应关系,我们只能采取多点校准的方法,校准点越多,精度越好。其实无论是多点还是单点校准,整个校准过程可以是动态的,作为负反馈方式的其中一个关键部分来修正微弱压力监测的数据,从而更准确地实现数据的采集。总体上来说微弱压力变化的监测的方法很多,使用的场景多种多样,需要根据具体的情况灵活地调整监测手段。

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