標定不單是確定傳感器的各項工作特性曲線,而且具有“綜合誤差”的概念。有些傳感器經標定后,還使其輸出值歸一化,以便于使用時互換。如電子秤配用的傳感器,通過標定后,使其與稱量范圍和精確度相一致,而且靈敏度相同,使用時可任意更換。在傳感器精確度要求不高的情況下,傳感器的靈敏度也可通過傳感器檢驗規程中測量基本性能時得到的較準數據,并用最小二乘法、平均斜率法等數學方法計算求得。
單獨標定法 單獨標定法就是對單個傳感器進行系數定度,通過定度得到諸如力傳感器靈敏度mV/N或mV/(V?N-1)、壓力傳感器靈敏度mV/(N.cm-2),以及位移傳感器靈敏度V/mm等。
由于傳感器在設計上的不同,零部件加工存在誤差,以及裝配調節狀態不完全相同的因素,經標定后每個傳感器的靈敏度都不一致。但從使用者的角度看,則希望同一型號的產品其靈敏度、輸入阻抗等技術參數最好都一樣,而且初始的零點輸出應盡量小,以減小使用中的調整工作量,并提高測量精確度。所以在傳感器標定過程中,還有為實現技術參數一致性(標準化)的要求而進行調整的問題。 組合標定法 為使傳感器靈敏度的標定定度能達到標準化(或互換性)要求,可利用上節所述的相應方法對其進行等效分析和補償。但由于傳感器在基本電路中的輸出信號一般都比較弱小,因此微弱信號還不能滿足儀表或系統所要求的統一信號。另一方面,有些傳感器工作原理的等效電路比較簡單(如各種形式的電阻傳感器,它的參變量只有一個電阻),所以等效條件和補償方法也就比較簡單。但對于諸如電容、電感、渦流等工作原理的傳感器,其等效電路就相對復雜些,要達到傳感器靈敏度的標定定度和標準化,相應改變的參變量的數目也就多些。單個傳感器會受到結構條件的限制。為此,將其和電子放大器或儀表組合到一起進行標定定度,并將大部分需要補償調節的裝置置于電子放大器或儀表中。
通過與電子放大器組合標定后,可輸出歸一化標準信號,例如,0?10mA或4?20mA,以及0?5V或0?10V的標準信號。這類信號具有一定的驅動能力,以帶動各種檢測、控制、調節等儀表和裝置。為了使用時測量方便,可將某些傳感器與顯示儀表或記錄儀表一起標定定度,以便直接讀出或記錄被測變量,而不再進行靈敏度換算。
標定工作線的選擇方法 傳感器輸入-輸出之間的工作特性,總是存在著非線性、滯后和不重復性。對于線性傳感器而言,就希望找出一條直線使它落在傳感器每次測量時實際呈現的標準曲線內,并相對各條曲線上的最大偏離值與該直線的偏差為最小,來作為標定工作直線。如同樣特性的傳感器,其定度的精確度為最高。
標定工作線可用直線方程y=kx+b來表示,因方程中的b是傳感器的初始零點輸出值,k是傳感器的輸出靈敏度,通過求解方程式,即可確定標定時傳感器的理論零點和理論斜率。由于方程中的x和y是傳感器經測量得到的實驗(校準)數據,因此一般常采用平均斜率法或最小二乘法來處理和求取擬合直線。
1.平均斜率法 標定工作直線為通過坐標原點(如果有零點輸出時可經處理移至原點)斜率為k的直線,其斜率可按以下步驟得到。 將對應于每一輸入量等級每次測量的正反行程加以平均,求得幾個正反行程的實測平均值。然后利用y=kx+b的線性方程式和幾個實測平均值求得幾個是值,即k1,k2,…,kn 。從而傳感器標定工作直線的k值就為
利用最小二乘法時,通常作如下的兩個假定:所有自變量(x)的各個給定值,均無誤差,變量y的各值,則有誤差;實際測量點有幾個,重復測量有幾次。對應的輸出值是y,則第i次測量得到的校準數據與擬合直線上相應的偏差可表示為
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