[原位测试]关于十字板剪切试验精度的讨论 [复制链接]

谢谢关注。已经完成改造，暂未进行现场验证。

十字板探头实物图片：

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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。

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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。

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。

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。

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。

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 。

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。

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：

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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。

在室外环境中连续4小时实测的数据图表如下：

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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。

很好的办法，是否已经开始实践

楼主加油啊