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[原位测试]关于十字板剪切试验精度的讨论 [复制链接]

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离线zzt2001

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只看该作者 24楼 发表于: 2016-07-16
谢谢关注。已经完成改造,暂未进行现场验证。
离线zzt2001

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只看该作者 25楼 发表于: 2016-10-13
十字板探头实物图片:

传感器硬件电路:
普通的十字板探头
HX711芯片,24位AD模数转换器,完成信号放大、数字化转换
DS18BS20芯片,数字温度计,完成温度测量
STC15F104W芯片,单片机,完成控制、采样、数字滤波、数据串口输出
USB+RS485模块及电缆线,实现十字板探头和电脑的接口,供电、数字信号传输

传感器性能:
经过温度和扭矩的非线性校准后,系统在0~40℃范围内的整体稳定性、灵敏度、精度都很出色,输出理想。
采样速率3次/秒,动态测量模式(长睡眠+短工作),功耗非常小,供电电压5V,平均工作电流<10mA,峰值电流25mA。



这个十字板传感器,内部集成了全部测量功能,插入手提电脑USB口即可工作,不需要转换仪器,成本非常低。
离线zzt2001

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只看该作者 26楼 发表于: 2016-10-13
探头的AD转换计数为24位(500万码字以上),稳定的读数达16位(6.5万码字),分辨率设定为0.01kPa,满量程精度可达0.05%±3字,静态时在24小时内读数漂移范围±0.03个字,对稳定性非常满意。
采用非线性温度补偿后,传感器的温漂降低为只有原探头1/10以下,误差减小了近一个量级以上。


离线zzt2001

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只看该作者 27楼 发表于: 2016-10-13
采用动态脉冲测量必要性的说明:
一开始设计方案采用恒压供电:5V供电后,应变片有14mA电流,单片机也一直工作,电流9mA左右,AD芯片大概2mA,总电流为25mA。这样在工作时产生25*5=125mW的功率,可感觉电路板有明显的发热(温升约2℃),这带来了一个比较严重的问题,温度变化引起测量电路的不稳定,读数随温度漂移太大且无规律性。
同时为了能改用无线传输,必须采用电池供电,因此降低功耗是非常必要的。因此采用脉冲测量方案:就是让单片机在需要测量时才开机工作,同时给应变片和AD电路供电进行测量,其他时间系统自动掉电睡眠。在每个测量周期330ms内,测量过程约100ms就完成了,此时的电流为25mA,剩下的230ms就关掉电源休息,此时的电流降到接近0mA,周而复始。这样消耗的平均工作电流减小到大概8mA。
这样,由于降低了工作电流,系统的功耗由原来的125mW减小到40mW。同时工作时的测量系统温升显著降低,电路板温度变化已经用手摸感觉不到了。读数随温度漂移的现象竟然也随之消失。
因此采用动态脉冲测量方式,不但降低耗电,同时提高了测量的稳定性,实际上起到了一箭双雕的作用。

离线zzt2001

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只看该作者 28楼 发表于: 2016-10-13
经过上述改进,系统预热时间相当短,通电后大概在1~2分钟时间就趋于稳定,读数零点漂移也很小。总之,这样的性能已经是相当满意了。
离线zzt2001

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只看该作者 29楼 发表于: 2016-10-13
数字化探头硬件成本:十字板探头,400元;测量传输模块+20cm钻杆加工,200元;50m电缆线,150元。共计750元。
其中核心改进部分:测量传输模块+20cm钻杆加工,只需200元 。

离线zzt2001

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只看该作者 30楼 发表于: 2016-10-13
这套系统还可应用于静力触探探头改造、电子计重称、拉压力传感器、扭矩传感器等电阻应变测量,其基本原理都是一样的。
离线zzt2001

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只看该作者 31楼 发表于: 2016-10-15
数字式十字板传感器的读数稳定性和准确度测试:
在室内环境(室温26~27.2℃)下施加10Nm标准扭矩,连续4小时实测的数据图表如下:

从图中可以看出,4个小时共读取2万次数据,按小数点后两位有效数字计,扭矩读数值为10.01~10.03,平均值为10.02,最大测量误差为0.03/10*100%=0.3%,读数漂移不大于0.03。
24位AD码的跳动范围最大差值为217,不大于256(即8位二进制),稳定的读数可达16位。
离线zzt2001

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只看该作者 32楼 发表于: 2016-10-15
在室外环境中连续4小时实测的数据图表如下:

上图在实测4小时内,室外环境温度变化范围29.9~34.9℃,温差5℃,施加标准扭矩为2Nm,扭矩读数值为1.95~2.07,平均值为2.02,最大测量误差为0.07/2*100%=3.5%,读数漂移了0.12。
在室外条件下,由于温度、风、日照等因素影响,读数漂移比室内环境要大不少。
离线hansj

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只看该作者 33楼 发表于: 2018-03-01
很好的办法,是否已经开始实践

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只看该作者 34楼 发表于: 10-11
楼主加油啊
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