在工控現(xiàn)場標定傳感器應先了解其中的傳感器構造,傳感器獲取現(xiàn)場信號的準確性直接影響到整個工業(yè)自動化系統(tǒng)的測量和控制精度。計算機系統(tǒng)接入模擬傳感器輸出的模擬電信號不應失真,以獲取真實的現(xiàn)場信息。
本文提出了有針對性的位移傳感器輸入校準技術,根據(jù)傳感器靈敏度計算硬件增益和通道增益,并通過軟件校準。該方法通過工程實際驗證,校準結果準確,操作方便,具有工程推廣價值。
廣泛應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)、自動控制系統(tǒng)和非電力電測系統(tǒng),在測控過程中發(fā)揮著重要作用。傳感器獲取現(xiàn)場物理信號的正確性直接關系到整個系統(tǒng)的測量精度。
傳感器輸入通道。
本文僅討論模擬傳感器,即輸出模擬量電信號,不涉及數(shù)字傳感器。
以力傳感器(多為mv信號)為例。一是通過多路采樣開關采樣,進入放大器直流放大,最后將放大信號發(fā)送到ADC(模擬/數(shù)字轉換器)。在此期間,必須采樣快速瞬變的信號。ADC將放大的模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號,并將數(shù)字信息發(fā)送到計算機系統(tǒng)。雖然它代表了各種物理參數(shù)值的大小,但它仍然必須通過標度(工程量轉換)轉換為原始參數(shù)的真實值來顯示、計算和處理。
為了確保計算機系統(tǒng)能夠獲得真實的現(xiàn)場檢測信息和系統(tǒng)的準確性,有必要采用不失真的轉換方法獲取真實的現(xiàn)場信息,并統(tǒng)一校準傳感器輸入通道的各個環(huán)節(jié)。
輸入標定程序。
一般來說,位移輸入沒有類似反饋的內(nèi)部硬件增益。
類似力傳感器信號的放大通常通過位移反饋信號LVDT或電位計式)放大,但也需要計算增益,滿量程的最大最小值保持在10V。
輸入研究力傳感器。連接計算機系統(tǒng)的力傳感器是連接激勵電壓的惠斯通電橋。它可以輸出以mv為單位的反饋信號[3]。該信號的強度與激勵電壓有關。如果激勵電壓為10V,則應提供非常準確的線性電源(內(nèi)部或獨立的外部電源)。力傳感器的最終輸出信號與力傳感器上施加的外力成比例,即計算機系統(tǒng)測量的力信號。
力傳感器的靈敏度由計量部門用標準測力機檢定,并在力傳感器檢定證書中注明。例如,力傳感器的靈敏度為1.9798mV/v。
然后確定硬件增益。MV級信號C獲得最佳分辨率,MV級信號需要通過硬件增益放大,使信號盡可能接近10V的全范圍。如表1所列,用戶確定特定力傳感器所需的增益非常簡單。
對于具有確定靈敏度系數(shù)的力傳感器,放大后的信號電壓范圍可以用以下公式計算:
放大信號電壓=激勵電壓值×力傳感器靈敏度×放大系數(shù)。
每一級放大系數(shù)都有相應的理想傳感器靈敏度,可以給出最大的放大效果。例如,硬件增加500倍,相應力傳感器的理想靈敏度為2mv/v。
V的信號超過2mV/V會導致總放大信號超過10V和A/D轉換器輸入飽和。這將被視為信號切斷,因此無法實現(xiàn)全過程測量??梢?00時放大系數(shù)最接近10V,說明沒有信號被切斷,所以是我們需要的最理想的放大系數(shù)。以下是幾個方面。
2.1A/D轉換器。
調(diào)理后放大傳感器信號,將被送到ADC進行轉換。由于放大器和ADC本身有輕微的誤差,通常需要修改數(shù)字輸出信號以獲得更準確的信號。
2.2修正力傳感器。
以10級20行表的形式進一步糾正反饋信號。該表用于修正力傳感器的非線性,采用多步分段法。一般來說,力傳感器的非線性區(qū)域出現(xiàn)在使用極限(100%量程)中,因此使用傳感器校準增益和零偏差就足夠了。
2.3力傳感器零偏標定。
對于具有特定靈敏度的力傳感器,以下例子的計算結果小于10伏,表明沒有信號截斷。例如:
10×1.934mV/V×500=9.670V10×2.321mV/V×250=5.800V,但±10V體測范圍尚未達到。為了將反饋信號放大到滿量程的最大和最小力,應使用力傳感器校準增益(10級表)。
為了快速確定力傳感器所需的校準增益,首先將相應的理想最大輸入電壓除以實際放大后的信號電壓,然后將相應的理想靈敏度除以實際靈敏度。表3和表4是兩種計算力傳感器校準增益的方法值。
由于力傳感器的靜態(tài)零偏差或作用于力傳感器的其他質(zhì)量,在測量信號中可以看到零偏差。這種偏移可以通過輸入10級表零偏列參數(shù)來消除,零偏移可以通過輸入全量程百分比的力傳感器來校準。
此后,軟件中的讀數(shù)將以滿量程百分比或工程值的形式準確顯示。
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