傳感器和放大器儀表將越來(lái)越多的用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)

傳感器獲取現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的準(zhǔn)確性直接影響到整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)量和控制精度，為了獲取真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)信息，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)訪問(wèn)模擬傳感器輸出的模擬電信號(hào)。

本文將有針對(duì)性的位移傳感器輸入校準(zhǔn)技術(shù)，根據(jù)傳感器靈敏度計(jì)算硬件增益和渠道增益，并通過(guò)軟件校準(zhǔn)，該方法經(jīng)項(xiàng)目實(shí)際驗(yàn)證，校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確，操作方便，具有項(xiàng)目推廣價(jià)值。

廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和非電力測(cè)試系統(tǒng)，在測(cè)量和控制過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。傳感器獲取現(xiàn)場(chǎng)物理信號(hào)的正確性與整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度直接相關(guān)。

以力傳感器（主要是MV信號(hào)）為例：首先，通過(guò)多個(gè)采樣開(kāi)關(guān)采樣，進(jìn)入放大器進(jìn)行直流放大，最后將放大信號(hào)發(fā)送到ADC（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）。在此期間，必須收集快速和瞬態(tài)信號(hào)。ADC將放大的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。雖然它代表了各種物理參數(shù)的大小，但它仍然必須通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)（工程量轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換為原始參數(shù)的真實(shí)值來(lái)顯示、計(jì)算和處理。

為保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠獲得真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信息和系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，應(yīng)采用不失真的轉(zhuǎn)換方法獲取真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)信息，統(tǒng)一校準(zhǔn)傳感器輸入通道的各個(gè)環(huán)節(jié)。

輸入校準(zhǔn)思想。

一般來(lái)說(shuō)，位移輸入沒(méi)有類(lèi)似反饋的內(nèi)部硬件增益。

類(lèi)似力傳感器信號(hào)的放大通常通過(guò)位移反饋信號(hào)LVDT或電位計(jì)放大，但增益也需要計(jì)算，最大最小值保持在10V。

輸入研究力傳感器。連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的力傳感器是連接激勵(lì)電壓的惠斯通電橋。它可以輸出MV反饋信號(hào)[3]。該信號(hào)的強(qiáng)度與激勵(lì)電壓有關(guān)。如果激勵(lì)電壓為10V，則應(yīng)提供非常準(zhǔn)確的線性電源（內(nèi)部或獨(dú)立的外部電源）。力傳感器的最終輸出信號(hào)與力傳感器上的外力成比例，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測(cè)量的力信號(hào)。

力傳感器的靈敏度由計(jì)量部用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力機(jī)驗(yàn)證，并在力傳感器驗(yàn)證證書(shū)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(jí)信號(hào)C獲得最佳分辨率，MV級(jí)信號(hào)需要通過(guò)硬件增益放大，使信號(hào)盡可能接近10V。

對(duì)于具有確定靈敏度系數(shù)的力傳感器，放大后的信號(hào)電壓范圍可以用以下公式計(jì)算：

放大信號(hào)電壓=激勵(lì)電壓值×力傳感器靈敏度×放大系數(shù)。

每個(gè)級(jí)別的放大系數(shù)都有相應(yīng)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(yīng)力傳感器的理想靈敏度為2mv/v。

V信號(hào)超過(guò)2mv/V將導(dǎo)致總放大信號(hào)超過(guò)10V和A/D轉(zhuǎn)換器輸入飽和。這將被視為信號(hào)切斷，因此整個(gè)過(guò)程無(wú)法測(cè)量?？梢钥闯觯?00小時(shí)的放大系數(shù)接近10V，這表明沒(méi)有信號(hào)被切斷，因此它是我們需要的最理想的放大系數(shù)。請(qǐng)看以下幾個(gè)方面：

1.A/D轉(zhuǎn)換器。

調(diào)整后，放大傳感器信號(hào)并將其發(fā)送到ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于放大器和ADC本身存在輕微誤差，通常需要修改數(shù)字輸出信號(hào)以獲得更準(zhǔn)確的信號(hào)。

2.糾正力傳感器。

反饋信號(hào)以10級(jí)20行表的形式進(jìn)一步糾正。該表用于糾正力傳感器的非線性，并采用多步分段法。一般來(lái)說(shuō)，力傳感器的非線性區(qū)域出現(xiàn)在使用極限（100%范圍）內(nèi)，因此使用傳感器校準(zhǔn)增益和零偏差就足夠了。

3.零偏標(biāo)定力傳感器。

對(duì)于具有特定靈敏度的力傳感器，以下例子的計(jì)算結(jié)果小于10伏，表明沒(méi)有信號(hào)截?cái)唷?/p>

10×1.934mv/V×500=9.670V10×2.321mv/V×250=5.800V，但±10V體檢范圍尚未達(dá)到。為了將反饋信號(hào)放大到滿量程的最大和最小力，應(yīng)使用力傳感器校準(zhǔn)增益(10級(jí)表)。

為了快速確定力傳感器所需的校準(zhǔn)增益，首先將相應(yīng)的理想最大輸入電壓除以實(shí)際放大后的信號(hào)電壓，然后將相應(yīng)的理想靈敏度除以實(shí)際靈敏度。表3和表4是計(jì)算力傳感器校準(zhǔn)增益的兩種方法值。

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(cè)量信號(hào)中可以看到零偏差。這種偏差可以通過(guò)輸入10級(jí)表的零偏差參數(shù)來(lái)消除，零偏差可以通過(guò)輸入全范圍的力傳感器來(lái)校準(zhǔn)。

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(zhǔn)確顯示。