硅压阻传感器标定及飞行参数解算实验报告

硅压阻传感器标定及飞行参数解算1实验目的：了解压力传感器的原理。了解压力测量系统的组成。掌握压力传感器静态校准实验和静态校准数据处理的一般方法。掌握飞行参数计算的原理。掌握飞行参数计算系统的组成。掌握飞行参数计算的一般方法。2系统组成：3实验原理：（1）标定实验：静态特性校准（静态标定）：在一定的标准条件下，采用一定等级的标定设备对测试系统进行多次往复测试的过程。通过对系统的静态测试得到输出量与输入量的函数关系。压力传感器：利用单晶硅材料的压阻效应制造而成，在应力场作用下其电阻值发生变化。在实验中，以标准压力传感器作为基准，对待标定传感器进行标定。通过压力泵、真空泵、电磁阀等设备，将气路中的气压控制在不同的气压值上，记录标准传感器的压力值和待标定传感器的电压值。对记录的数据进行整理计算，得出待标定传感器的特性曲线以及性能指标。（2）解算实验：服务器通过数据采集卡采集传感器输出的电压值，通过网络将得到的电压信号传给所有客户端，同时通过程序计算出相应的飞行高度、真空速和指示空速，也通过网络传给客户端。客户端利用电压信号解算出飞行参数，并且与从网络得到的飞行参数进行比较。4实验步骤：（1）标定实验服务器端：1.打开计算机电源；打开压力泵，加压至气动控制箱压力表指示0.5；2.打开真空泵电源；打开全静压模拟器电源；3.打开压力变送器箱电源；打开气动控制箱电源；4.服务器计算机运行压力标定服务器软件，单击“静压常减小”按钮，使标准压力减小到10kPa以下；5.单击服务器软件的“静压增大”按钮（时间为6ms），记录标准压力(kPa)及待标定压力(mV)，反复此步骤，直至标准压力为250kPa；6.单击服务器软件的“静压减小”按钮（时间需根据情况改变），记录标准压力(kPa)及待标定压力(mV)，反复此步骤，直至标准压力为10kPa以下；客户端：1.客户端计算机打开标定软件客户端程序，在“服务器的计算机名或IP地址”栏中输入“192.168.1.16”，在“port”栏中输入“60XX”，XX代表计算机号（贴在主机箱面板上）；2.记录3组数据；3.从所记录的每组数据中筛选出20小组，作为数据分析用。（2）解算实验1.利用标定实验测得的被校准传感器数据得到传感器输出电压与被测压力的关系，求出全压Pt和静压Ps；2.复制“复件参数计算”文件夹的内容到自己的文件夹，打开“飞行参数计算客户端”软件，进入程序框图（“窗口—显示程序框图”或Ctrl+E进入）。3.在Matlab程序节点中输入Matlab程序，完成以下任务：（1）将全压和静压传感器的输出电压（Vt和Vs）转换成全压Pt和静压值Ps；（2）利用静压求高度H（分层进行计算）；（3）求马赫数（对Ma进行分情况考虑）；（4）求真空速V；（5）求指示空速Vi。5数据分析（1）实验数据整理实验数据，从所记录的每组数据中筛选出20小组标准压力y标定压力xx=0.0598y+0.1539xxuxdxuidixxuiW（diW25415415.53910.539141541500.6237620616.2151-3.7849620620030.750825833.61418.61418258250716210351.03E+03-0.70991035.310350.3547412401.24E+03-5.033912401239.80.2238814741.47E+03-4.91191474147400.60.59816401.64E+03-3.681916401640.70.75211519201.92E+030.60911920192000.3313021652.17E+036.454121652164.50.56214524252.42E+03-2.70092425242502615325552.56E+031.08312555.625550.62616126902.69E+03-0.132926902689.50.530.316928222.82E+031.65112822282201318030003.01E+037.60412998300135519632753.28E+030.172132733277.54.53121836453.64E+03-1.92193645364500.4322637703.78E+036.86213770377004223339003.89E+03-6.076939003900060.324040204.01E+03-9.015940194021.42.40.5425041754.18E+033.214141754175022（2）数据处理计算传感器各项静态性能指标，写出计算过程：1、校准曲线y=0.0598x+0.1539R2=0.999992≈1050100150200250300010002000300040005000标定压力/mV标准压力/kPa系列1线性(系列1)2、非线性度εL的计算；输入——标准压力y,输出——标定压力xmax()Lx=-9.0159，maxmin()Fskyyx=3.7627e+003max()LFsxLx×100%=9.0159/3762.7=0.24%3、迟滞误差εH的计算；,maxmax()HiHxx=4.5迟滞误差为max()100%2HFsxHx=0.06%4、重复性（即精密度）的计算，即有限次测量的采样标准偏差S的计算；md=1.91正行程uimWuids（0.31411.57073.66492.61781.04710.31412.61780.15713.14141.04711.04711.57070.52362.61781.57070.20942.09423.14140.26181.0471）反行程dis=（1.04710.36650.52362.09421.57070.26181.04711.57071.04713.14143.14140.15711.57072.61780.52361.57071.04710.15712.09421.0471）标准偏差为2211()2nuidiisssn1.747重复性为3100%RFssx0.14%5、总精度的计算。aHR0.06%+0.14%=0.2%6解算实验（1）飞行高度、真空速、指示空速等飞行参数计算的过程（附程序）；程序：clcclearallVt=1700;Vs=525;Pt=0.0598*Vt+0.1539;Ps=0.0598*Vs+0.1539;qc=Pt-Ps;p0=1.29;Vi=sqrt(2*qc*1000/p0)gn=9.80665;R=0.28705287;ifPs=22.632&&Ps=127.7737pb=101.325;b=-6.5;hb=0;tb=288.15;H=tb/b*((Ps/pb)^(-b*R/gn)-1)+hb;Tt=288.15-6.5*H;elseifPs=5.474867725&&Ps=22.632pb=22.632;tb=216.65;hb=11;H=hb+R*tb/gn*log(pb/Ps);Tt=216.65;elseifPs=0.868019356&&Ps=5.474867725pb=5.474867725;b=1;hb=20;tb=216.65;H=tb/b*((Ps/pb)^(-b*R/gn)-1)+hb;Tt=216.65+H-20;endH=H*1000temp=Pt/Ps;if(temp1.89)Ma=(temp/1.2875)^0.5endif(temp1.89)Ma=(5*(temp^(1/3.5)-1))^0.5endTs=Tt/(1+0.2*0.9*Ma*Ma);V=Ma*sqrt(1.4*R*1000*Ts)⑵根据记录的数据分析是否存在误差，并分析误差产生的原因。由于测试系统的实现结构及参数、测量原理、测试方法的不完善，或由于使用环节条件的变化，致使测试系统产生测量误差。例如由于测试系统的机械部分的摩擦和间隙、敏感结构材料等的缺陷、磁性材料的磁滞等，测试系统同一个输入量对应的正反行程的输出不一致，造成迟滞误差。7实验心得了解压力传感器的原理和测量系统的组成，在静态校准数据处理的过程中熟悉了matlab的用法。掌握了非线性度、迟滞误差、重复性和总精度的意义和计算方法。熟悉了飞行参数计算的原理和一般方法。