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汽车压力传感器检测系统研究报告

本系统是根据用户技术要求，针对TMAP传感器进行批量生产时出厂检验和试验室性能测试。本检测台可同时进行12个传感器的检验，并自动对每个被检测传感器进行合格判定。

一． 设计依据

用户提出的技术要求

二． 功能描述

检测台专用于生产厂家压力传感器器的自动检验。可同时进行12只传感器的5点压力校验。

计算机精确控制测试回路压力处于依次升高的5个压力点（5个压力点的压力值由用户依据不同产品型号事先设定），并通过高精度标准压力传感器测得每个压力点的实际压力值

测传感器的输出电压V1，V2，……V12。

计算机根据该型号传感器的理想特性线与

的理论标准输出电压值P标准，同时采集12个被P标准计算被测传感器V标准，同时计算12个传感器的当前输出电压V1，V2，……V12与V标准的差值?V1，?V2，……?V12，与设定的允许误差范围

红色显示。

1－10 ?V允许比较，并自动合格判断，不合格参数高亮或

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以上12个传感器的所有测试数据均由计算机软件界面通过数据表格列表显示。

用户通过软件预先设定对应于某型号传感器的5点压力值与输出电压，计算机软件根据设定自动确定理想特性线，并与传感器型号绑定保存，测试时用户只需从列表中选择被测传感器型号即可。

传感器输出信号的允许公差范围可由用户设定，并显示于软件主界面上，对每个传感器进行合格判断时依据此参数。

三． 主要配置与技术指标

1、 真空泵：RS-1A型 / 排量1L/min

2、 气 泵：WY5.2-A型 / 排量13L/min / 105W

3、 真空比例阀：日本CKD EV2100V /0～-101.3 KPa

4、 气压比例阀：日本SMC ITV1090/0-600KPa，双阀控制

5、 电磁阀：日本CKD品牌， 压力范围(0～1.0)MPa

6、 标准压力测量：MPM281型/(0～600)kPa 绝压/0.05级精度

7、 测试压力显示：检测台面板数字显示，显示精度1KPa；

8、 测试端口压力输出：控制范围0-600KPa绝压，控制精度±

2.5Kpa，压力稳定度±0.5KPa；

9、 压力输出端口数量：12个，预留2个

10、 可调稳压电源：电压0-30V可调，最大电流3A；工作电压

检测台面板数字显示，显示精度：0.01V。

11、 数据采集：台湾研华16位（精度1/65525）采集卡，最高

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采样率100K，16个模拟输入端口，16路I/O输入，16路I/O输出。

12、 计算机系统：P4 2.8G/2G内存/250G硬盘，配17寸液晶显

示器，惠普/佳能彩色喷墨打印机

13、 软件基本要求：界面美观、方便操作；被测12个传感器依

据用户需求表格显示，传感器电压显示精度：0.001V；具有数据打印和自动存储功能；能够进行灵活的参数设置与显示，参数设置界面输入密码才能进入。

四． 系统特点

1． 独立操作控制台，配液晶显示、彩色打印机，实现控制、参

数设置、结果显示，并数据保存、查询、打印；

2． 设计有12个压力端口，可同时进行12个产品的测试。

3． 系统由计算机控制，绝大部分测试工作，可根据设置好的参

数自动完成。

4． 用VC++编写的软件功能强大，使用方便，参数设置灵活，

测试曲线计算机自动实时显示。

5． 采取比例阀+反馈控制，实现压力控制的精度与稳定性。

6． 检测台配启动、停止按钮，实现测试流程一键开始与一键停

止功能。

五． 测试原理与方法

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1. 软件主界面与操作步骤：

测试过程计算机实时进行高速数据采集，实时控制并显示测试数据与曲线。软件界面友好，参数可灵活设置。

图1 软件主界面示意图（参考）

此测试界面只作为参考界面设计过程中可根据实际检测内容进行更改

软件界面上根据产品型号自动显示电压—压力计算公式：Vout=Vcc × (0.009P —0.095)；传感器测试台在实际量产时的测试基本不需要人为干预，完全按照软件设定的参数进行自动检测。具体实现步骤如下：

1． 首先需要对软件进行参数设置，比如选择型号、设定其对应的标准输出、允许范围等参数后，使用软件的[开始]按钮或操作台的开始按钮后系统开始运行。

2． 计算机系统自动控制打开真空泵或气泵及相应的电磁阀，通过比例控制器将压力控制在压力点一：15kPa（此压力可根据不同产品型

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中国计量学院精密测控研究所 电话0571－86914563 号而设定），稳压一定时间后，采集第一组数据并显示在软件上，并且自动计算各个被测传感器误差。（气压转换稳定时间约5S，高压力点下稳定时间会增加2-3S。）

3． 测试完第一压力点后，计算机系统通过控制器自动将压力控制在第二压力点45kPa（此压力可根据不同产品型号而设定），稳压一定时间后，采集第一组数据并显示在软件上，并且自动计算各个被测传感器误差。

4． 同样的方法与步骤测试第三、四、五压力点。

5． 数据测试结束后，系统根据软件设定好的最大允许误差自动判定产品是否合格并显示在软件上（底色加亮或红色显示）。并根据此次测试结果对测试总数、不合格数及合格率自动计算并调整。

完成本次测试时，面板报警组件会依据合格与否进行指示，不合格会蜂鸣报警。

2. 测试参数设置：

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图2. 参数设置界面示意图

菜单栏上点击“参数设置”按钮，输入密码，进入上述参数界面，界面①区当中显示当前压力传感器型号的参数值，若要选其他压力传感器的型号，可在界面②的列表区当中选择。若要添加一种新的电磁阀型号，按添加按钮，弹出对话框，输入这种型号的电磁阀的需要输入的参数（型号、误差、压力、误差）。若要删除某种传感器型号，在“传感器型号列表”选择某种传感器型号，按删除按钮。若要修改某种传感器型号的参数，在“传感器型号列表”中选择某种传感器型号，点击配置参数，弹出对话框，输入这种型号的电磁阀的需要修改的参数（型号、误差、压力、误差）。其中某种型号压力、电压值的输入后，软件可自动根据输入点的参数，算出这种型号的压力传感器的线性参数，为压力传感器的测量提供依据。

3. 双压力源设计：

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被测传感器品种多，工作压力范围覆盖绝压0~600KPa)，因此压力源设计为双压力源，包括气压与真空各一套压力发生与调节装置。

正压发生装置包括小型低噪音气泵与电气比例阀，真空发生装置为真空泵与真空比例阀。正压与负压共用一压力罐，两种压力源之间通过电磁阀由计算机控制自动切换。

双比例阀设计可使得正压与真空源各自独立控制，控制精度更高。

正压自动压力发生装置主要分为两个部分，即压力发生部件和压力测量部件。其中压力发生采用外置气源（如氮气瓶或小型气泵等）和真空泵。而压力测量部件主要采用高精度压力传感器对管路压力进行测量，并将测试结果显示在仪表上（或发送至计算机）。

4. 测试压力的精确控制：

系统真空压力与正压压力控制采用真空比例阀+电气比例阀+高精度传感器的设计方案，实现测试压力的反馈控制。控制系统根据根据高精度压力传感器测量值与压力设定值相比较，控制调节进气阀和排气阀的动作，从而使测试压力得到精确控制。

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图3 比例阀反馈控制示意图

六． 检测台架构：

1． 控制柜

台架用铝型材配以喷塑面板，构成独立控制柜：内置工控机、液晶显示器与数据采集与控制系统，显示面板布置有电压、电流显示，测试压力显示，报警组件等。(测试气压、供电电压、供电电流均可在测试台面板上以数显方式显示，输出电压值计算机软件界面以数字方式显示。

)

图4 检测台外形图

2． 计算机控制与数据采集处理系统：

计算机系统：P4 2.8G/2G内存/250G硬盘，配17寸液晶显示器，惠普/佳能彩色喷墨打印机。

数据采集系统：采用多功能PCI总线数据采集卡，具有16位 A/D

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中国计量学院精密测控研究所 电话0571－86914563 转换器, 采样速率可达 100kHz，16 路单端模拟量输入。满足了系统高速实时、高精度采样的要求。

开关量输出：数据采集卡通过20芯扁平电缆接口连接到功率继电器输出板,实现系统的开关动作。它带有16个SPST继电器通道,同时拥有最大的额定接触功率(250VAC @5A或30VDC @5A)，可以控制系统中的电磁阀与真空泵等。

I/O输入：数据采集卡通过20芯扁平电缆接口连接到I/O输入接口板,实现启动、停止按钮信号的输入。

图5 数据采集与控制示意图

3． 测试工装：

工装夹具设计充分考虑到不同产品的测试要求，可灵活更换，并进行防腐蚀处理。接口气路板有12个压力接口，可同时进行12个传感器检测。 压力接口与被测传感器设计设计有过渡接口，过渡接口一端通过相应的螺纹接口与被测压力传感器相配合，另外一端靠四个

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中国计量学院精密测控研究所 电话0571－86914563 安装螺丝与接口气路板连接，并靠压紧嵌在接口气路板凹槽内的O形圈来实现密封。

图6 传感器气路接口示意图

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第二篇：压力传感器阅读报告

压力传感器的阅读报告

李海桃 08测控（1）班 32号

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。

1、应变片压力传感器

应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。在了解压阻式力传感器时，首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2）

L——导体的长度（m）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情

2、陶瓷压力传感器

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥 (闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可

以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度 >2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

2、压电压力传感器

压电压力传感器是利用压电效应原理制成的。晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。