【正文】 進行從而 產生壓電阻抗 效應 ， 從而將外力信號轉換為 電 信號 是半導體壓 電阻抗 擴散壓力傳感器 的工作原理 。 首先形成 硅可動極 與 玻璃固定極相對 的 電容， 然后在可動極施加壓力改變靜電容量，從而實現將外力信號轉換為電信號，這就是 靜 電容 量型壓力傳感器 的工作原理 基于虛擬儀器的汽鍋漏氣檢測系統的設計與實現 10 壓力傳感器種類 壓力傳感器包括：工業(yè)壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、藍寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器、應變片壓力傳感器。 壓力傳感器的技術參數 圖 瑞士 HUBA 692 系列工業(yè)型差壓變送器 壓 力傳感器參數 1. 輸出： 420 mA 2. 測量范圍： 025bar 3. 測量精度： 線性 遲滯 重復性＜ 177。% fs 4. 供應電源： 1133VDC 24VAC177。15% 5. 接線方式： 2wire 3wire 6. 電源消耗： 25 mA 5 mA 7. 防護等級： IP65 選取 原則 因為 原理 和 結構 的不同出現了大量種類的 傳感器， 而如何根據測量的對象和目的以及環(huán)境影響等因素科學合理的選取傳感器是每次進行測量必須考慮的第一個問題。傳感器確認的同時也意味著與之對應的測量方法和設備等等的確 定，因此，此次測量的成功與否和傳感器的選取是否合理有相當大的關系。 根據測量 的 對象 和 測量 的 環(huán)境 影響對 傳感器類型 進行 確定 測量工作的開展需要首先對各個方面的要素進行思考確定需要基于什么原理的傳感器才能科學合理的實現目的 。 這是因為 原理 和 結構 的不同出現了大量種類的 傳感器， 因此可能有多款傳感器同時適合選用，這個時候哪個傳感器更加適合就需要對如下的問題進行考慮： 量程的 范圍 大?。?測量位置是否對體積的大小要求嚴格 ；測量 是以 接觸還是非接觸 的 方式 進行 ； 輸出信號是通過有線傳輸還是無線 11 傳輸 ； 對傳感器價格和技術的要求等 。 在傳感器的基本選定后再對它參數等具體性能指標進行選擇，即可獲得理想的傳感器 。 靈敏度的選擇 傳感器的靈敏度 在不超出 線性范圍 的情況下 越 高越 好。 被測信號的變化通過轉換輸出是會因為 靈敏度 越 高 而出現更加便于處理的信號值 。 可惜在傳感器靈敏度越高的同時 外界 噪聲 也更加容易混入采集的信號中影像系統測 量的精確度 。 所以 ， 對傳感器要求靈敏度的同時還要對信噪比提出要求，以便減少外界信號干擾系統測量 。 傳感器的靈敏度 還具有 方向性。 測量的信號在單向量時對方向性的要求很高，不允許其他方向的靈敏度太高 ； 測量的信號在多維向量是對方向性的要求很低，同時對交叉靈敏度要求也是不允許太高 。 頻率 響應特性 傳感器頻率響應特性 對 測量的 頻率范圍 擁有很高的決定性 ， 它要求系統在不失真的頻率范圍內的延遲時間盡可能的短 。 如果 傳感器 具有 高頻率響應， 那么就可以測量較寬范圍的 信號頻率 ；如果傳感器具有較低的頻率響應，因為其結構和系統慣性的影響，不可能具有較高的頻率信號可供測量 。 為了 在 動態(tài)測量 中 減少誤 差 ， 對傳感器的選擇應該遵循測量 信號的特點 響應 特性 。 線性范圍 當傳感器的輸出信號和輸入信號成正比例反應的范圍稱之為 傳感器的線形范圍。 從理論上來說在線性范圍內傳感器的 靈敏度 不變，因此，想要測量信號的范圍越大，就必須擁有越大的 傳感器線性范圍。 而因為傳感器在此期間的靈敏度不變，所以傳感器的種類選定后量程的選擇就成為了首要的選擇 。 但是實際的使用過程中，沒有一個傳感器可以保證絕對的線性度，因此在測量的精度要求不高的情況下，可以將誤差較小的非線性化器件進行線性化的近似處理，以此方便的開展進行測量工作 。 穩(wěn)定性 傳感器 的穩(wěn)定性定義為沒超出 規(guī)定的時間 仍在保持 性能保持不 改變 的能力。 傳感器的長期穩(wěn)定性受到自身結構和使用環(huán)境的雙重影響。所以適應環(huán)境能力的強弱是影響傳感器長期正常工作的重要因素 。 傳感器的穩(wěn)定性既需要它對使用環(huán)境進行選擇，同時也會因為這個因素在使用之前需要對傳感器進行科學合理的選擇，甚至在使用的過程中還需要對環(huán)境影響進行一定的干預。 傳感器 因為對其 穩(wěn)定性有 一個 定量 的 指標， 所以超出一定的時間就需要對它的性能進行重新的標定，比便發(fā)現它的穩(wěn)定性是否依舊保持 。 因此對于不能輕易更換傳感 器和標定傳感器的地方就需要對它們采取更加嚴格的要求 ， 保證傳感基于虛擬儀器的汽鍋漏氣檢測系統的設計與實現 12 器在長時間的使用后的穩(wěn)定性 。 精度 傳感器的精度是一個關系到整個 測量系統 測量精度 的 重要性能指標。 因此傳感器的精度和它的價格是成正比關系的。所以在測量時對傳感器精度的選取就以適合就行，沒有過高的硬性標準 。 壓力傳感器常見的故障 最 容易出現 在 壓力傳感器 上的 故障 包括這些 ： 第一種是壓力 已經 上去，變送器輸 出卻 上不去。 這種情況首先對 壓 力接口 進行 檢查 ，如果它沒有被 堵住或漏氣， 其次就對 接線方式 以及 電源 進行 檢查， 如果 電源 是 正常 運行的，就對傳感器再簡單的進行加壓 ， 這個時候的輸出如果依舊不變，就最后對 傳感器 的 零位輸出 進行檢查 ， 此時仍然沒有變化就可以證明傳感器或者 儀表 已經壞掉了甚至可能是 系統的其他環(huán)節(jié) 出現的故障。 第二種是 開始 加壓變送器 的 輸出 沒有 ，再 對 變送器 進行 加壓 時 輸出 突變 ， 而 泄壓 的 變送器零位 無法歸位 ， 此時多半是 壓力傳感器 的 密封圈 出現了故障 。 而這種故障是密封圈的規(guī)格原因造成的 ， 傳感器堵被壓縮到引壓口的密封圈堵塞，壓力介質感受不到壓力，當壓力 過大時引壓口的阻礙被沖開，能進行正常的測量。這種情況的補救方法是取下傳感器后確定零位正常后，對密封圈進行更換。 第三種是變送器 的 輸出信號 穩(wěn)定性不高 。這種故障是壓力源的問題。 原因可能是 儀表或 者 壓力傳感器 不具備很強的 抗干擾能力 產生的壓力不穩(wěn)定，甚至還可能為 傳感器 自身的故障。 第四種是對照變送器 和 指針式壓力表 的 偏差 很大 。 偏差的出現是不可避免的，但是要設定一個范圍就可以了 ； 第五 種 是 零位輸出 受到 微差壓變送器安裝位置的影響。變送器的壓力敏感件 的 軸向 應該 垂直于重力方向 安裝，并在固定后調整零位值，以此避免其 測量范 圍很小 而受到傳感器件的影響 。 4 基于 LabVIEW 的數據采集與處理系統 美國 國家儀器（ NI）公司 成功的 研制開發(fā) 出了 一種 與 C 和 BASIC 開發(fā)環(huán)境 差不多的 LabVIEW 程序開發(fā)環(huán)境， 而區(qū)別于其他采用文本語言代碼的計算機語言， LabVIEW 采用的是 語言 G 編寫 的 圖形化編輯程序， 因此所有的程序以框圖的形式存在 。 13 虛擬儀器的概念 虛擬儀器（ virtual instrument）是基于計算機的儀器。 當前的儀器正在朝著 計算機 與 儀器 整合起來的方向發(fā)展 。 這種整合方式目前可以歸納為兩種：第 一種是 在 儀器 中安裝 計算機，智能化 的儀器就是它的典型代表 。嵌入式系統的儀器 因為 計算機 日益縮小的體積和廣泛的運用得以實現，因此，第二種就是在計算機中安裝儀器，依托計算機強大的操作系統和硬件保證儀器各項功能的實現 。 虛擬儀器是一個 以 計算機 的 數據采集 與數字信號的處理為理論基礎而出現的實現 儀器 特有 需求 的數據采集系統 。 而這個數據采集系統使用的語言正是 NI 公司的 LabVIEW。 早在 1970 年 虛擬儀器 就開始萌芽了 ， 當時的 國防、航天等領域 的 測控系統 是由 計算機 實現的，而儀器級 別 的計算機 在 PC 機 的出現后變成了現實 ， 甚至于 NI 公司 在 以前的版本 出現在Macintosh 計算機 上的時間比 Microsoft 公司 Windows 出現的時間更早 。 NI 公司 成為了 業(yè)界的權威 也正是因為它在 LabVIEW 和 虛擬儀器 方面 長期、系統 的進行 有效的 研發(fā) 。 LabVIEW 最新 的 版本 是現在的LabVIEW20xx， 而 LabVIEW20xx 在 98 年的版本 5 中初次 使用了 多線程功能添加 的 更多特性。用戶可以借助 LabVIEW 軟件的 軟件環(huán)境 進行并行編程 的編寫 ， 因為他的環(huán)境不僅具有 數據流 的 編程特性 而且LabVIEW RealTime 工具支持對嵌入式平臺多核的開發(fā)， 并且其 軟件的層次是自上而下存在的 。 因為普通 PC 機自身的缺陷造成它 構建 起來的 計算機測試系統 或者 虛擬儀器 不具備很高的性能 。 而VXI 標準 可以說是為現在的 計算機化儀器 指明了發(fā)展的方向 ，這種儀器是 以 插卡 的形式存在。 儀器性能的保證 是較多的硬件實現的 ， 并且這種 卡式 的 儀器 自身是 沒有面板 的 ， 它的 面板 需要在計算機屏幕上虛擬的出現 。 而測試系統就是將這種卡在 標準的 VXI 機箱 中 插入 然后和 計算機 連接在一起構成的 。但是 VXI 儀器 有一個缺點就是 價格 太高 ， 因此現在的市場出現了一種比較 便宜的 PXI 標準 的 儀器。 LabVIEW 的概念 LabVIEW 是 C 、 BASIC 一樣 的 通用編程系統， 它有一個 龐大函數庫 滿足 任何 的 編程任務。 LabVIEW函數庫 由 數據 的 采集、數據分析、串口控制、 GPIB 以及 數據 的 顯示 和 存儲等 內容 。 同時 LabVIEW 還擁有用 動畫 的 方式顯示數據 和 子程序（子 VI）結果、設置 斷點以及 單步執(zhí)行等便于程序調試 的 傳統程序調試工具 。 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。傳統 的 文本編程語言 的 執(zhí)行順序 是 語句 與 指令的先后順序決定 的。但是 LabVIEW 中的執(zhí)行順序和 VI 則 是按照 程序框圖中 的 節(jié)點間數據 的 流向決定 的 。 在 LabVIEW 創(chuàng)建用戶界面 也是十分方便的，因為它 提供 了不少的類似 傳統儀器的控件。 而LabVIEW 中用戶界面 換了種說法，稱其為 前面板。前面板上的對象 被使用者通過 圖標 與 連線進行控制采用的是 圖形化源代碼 的方法 ， 因此也可以稱為 G 代碼。 而 LabVIEW 的圖形化源代碼 又 被稱作程序基于虛擬儀器的汽鍋漏氣檢測系統的設計與實現 14 框圖 就是因為它的控制方法和 流程圖 非常相像。 LabVIEW 的特點 (1) LabVIEW 不需要設計者使用 文本格式的代碼 進行編寫，而僅 僅只需要用 圖形化 語言 編程 即可 。 (2) LabVIEW 的庫函數非常豐富，因此對 數據 的 采集 和 分析 以及 存儲 都能帶來很大的便利 。 (3) LabVIEW 不但具有 設置斷點 和 單步運行 等 傳統的數據調試手段， 而且還擁有可以昂 程序 能像動畫 一樣執(zhí)行的 特色執(zhí)行工具， 不僅可以使 設計者 方便仔細的觀察程序運行的每個細節(jié)，而且對 程序的開發(fā) 與 調試 也能帶能很大的便利 。 (4) LabVIEW 包括 了 PCI， GPIB， PXI， VXI， RS232/485， USB 等各種儀器通信總線標準的功能函數， 因此設計者在驅動 不同總線標準接口 和 儀器 上用不著任 何的擔心 。 (5) LabVIEW 為系統提供了很多的 DLL（動態(tài)鏈接庫）， DDE（共享庫）， Actives 等可以和 外部軟件 與 代碼 相 連接的機制。 (6) LabVIEW 系統還支持 網絡協議 ， Inter 的使用 功能強大， 可以進行 方便 的 開發(fā)遠程測控儀器。 LabVIEW 開發(fā)出來的 虛擬儀器 完全不必擔心它對 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境 的依賴性，因為它具有和實際的硬件儀器類似的界面，因此 虛擬儀器 在 現代檢測系統 的地位也是越來越高。當然虛擬儀器 盡可能