传感器标定系数：一种称重传感器系数及重力加速度标定方法

一种称重传感器系数及重力加速度标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及称重技术领域，具体涉及一种称重传感器系数及重力加速度标定方 法。
【背景技术】
[0002] 质心位置的测量是进行其它结构特征量特性参数测量的基础，它对回转体工件的 性能有直接的影响。因此，无论是生产厂家还是使用单位，对每个回转体工件的质心位置都 必须进行严格、精确的测量并予以标注。所以进行质量特性参数测控系统的分析、设计以及 研制，首先应该确定测试系统所要采用的质心测量方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种称重传感器系数及重力加速度标定方法，以便更好地 进行称重传感器系数及重力加速度予以标定。
[0004] 为实现上述目的，本发明所采用技术方案如下。
[0005] -种称重传感器系数及重力加速度标定方法，其具体方法如下：
[0006] (1)准备标准体，标准体是有专业厂家生产并由计量部门检定认证的，标准体采用 经调质处理、质量均匀的钢质材料，标准体质量与同口径回转体相对质量小于20 %，转动惯 量比值小于5倍，需进行防锈处理，满足使用需要；
[0007] (2)硬件在使用方第一次使用前、硬件在挪动地方重新放置后、称重传感器在更换 后、仪器长期使用出现系统误差后及在正常使用中，一年标定一次（或是例行的周期性检 定）需对质心测试重新标定；
[0008] (3)称重传感器的信号经过综合测试处理后，已经变成了数字信号，但是所显示的 数值，并不等于传感器所受力的大小，但是不难想象，它们之间是存在联系的，并且这种关 系是线性的。也就是说，在称重传感器受力以后控制系统中显示的测试数据只要乘以一个 系数就能等于传感器受力的大小，称这个系数为传感器的传递系数，记作K。需要说明的是， 每一个称重传感器都有一个传递系数，它对传感器来说是唯一的，并且不同的称重传感器 传递系数是不同的。
[0009] 假设P1传感器的传递系数为K i，P2传感器的传递系数为K 2，标准体经过准确称量 后，已知质量为W。在空载时，可以测得传感器？11 2在受力后，测试系统上的读数为Fm、FQ2; 在状态一中，可以测得传感器受力后，测试系统上的读数为F n，F12;在状态二中，同 样可以测得传感器匕在受力后，测试系统上的读数为F 21、F22，有：
[0010] W=(F11-F01)XK^(F12-F02)XK 2 (1)
[0011] W=(F21-F01) X K1+ (F22-F02) X K2 (2)
[0012] 其中：W为标准体的质量；Fm为传感器P i在空载受力时综合测试仪的读数；F。2为 传感器P2在空载受力时综合测试仪的读数；F 11为状态一时传感器P 1在综合测试仪的读数； F12为状态一时传感器P 2在综合测试仪的读数；F 21为状态二时传感器P i在综合测试仪的读 数；F22为状态二时传感器P 2在综合测试仪的读数；K i为传感器P i的传递系数；K 2为传感器 P2的传递系数。
[0013] 解方程组式（1)和式（2)得：
[0014]
[0015]
[0016] 得到Kp 1(2后要测待测产品，则待测产品质量为：
[0017] M=(F1-F0) XK^(F2-F0) XK2 (5)
[0018] 其中：M为待测产品的质量；F。为传感器空载受力时综合测试仪的读数；F i为传感 器？1在加载待测产品后综合测试仪的读数；F2为传感器？2在加载待测产品后综合测试仪的 读数；1为传感器P 系数；K 2为传感器P 2的系数。
[0019] 将式（3)、（4)代入（5)得到：
[0020]
V 11 X ΑΔ !Δ  ?Α υ-Z ^ ^ ΔΙ
[0021] 可以看到公式里面一直没有出现重力加速度g，如果一定要考虑重力加速度的话 可以这么理解，传感器系数k是该传感器受力大小与传感器的读数的线性关系系数，即某 一个传感器受力大小：
[0022] F=Pk (7)
[0023] 而受力F完全是重力提供，即有：
[0024] F=Mg (8)
[0025] 则有：
[0026] Mg=Pk (9)
[0027] 那么公式⑴和⑵变为：
[0028] Wg=(F11-F01) Xk^(F12-F02) Xk2 (10)
[0029] Wg=(F21-F01) Xk^(F22-F02) Xk2 (11)
[0030] 式（3)、⑷可转化为：
[0031]
[0032]
[0033] 公式（5)转化为：
[0034] Mg=(F1-F01) Xk^(F2-F02) Xk2 (14)
[0035]将式（12)、（13)代入（14)得到：
[0036]
[0037] 式（13)、（14)中的g是在标定地点的重力加速度，式（15)中的g是在产品测量地 点的重力加速度，只要实际操作的时候，标定过程和产品测量过程是在同一地点，即两个过 程的g -样，那么就能将公式（15)两边的g消去得到：
[0038]
[0039] 由此可见最后的公式两边也没有重力加速度g，质心测量是通过称重传感器读数 分析前后受力大小得到的，传感器系数K与重力加速度无关，质心测量也与重力加速度无 关。
[0040] 综上所述，实际操作的时候只要标定过程和产品测量过程在同一个地点，那么就 不用考虑重力加速度的影响。
[0041] 该发明的有益效果在于：该发明方法能有效地予以针对称重传感器及重力加速度 予以标定，改善了使用效果，便于根据需要使用。
【具体实施方式】
[0042] 下面以具体实施例说明本发明方案。
[0043] 实施例
[0044] 本实施例中的称重传感器系数及重力加速度标定方法，其具体方法如下：
[0045] (1)准备标准体，标准体是有专业厂家生产并由计量部门检定认证的，标准体采用 经调质处理、质量均匀的钢质材料，标准体质量与同口径回转体相对质量小于20 %，转动惯 量比值小于5倍，需进行防锈处理，满足使用需要；
[0046] (2)硬件在使用方第一次使用前、硬件在挪动地方重新放置后、称重传感器在更换 后、仪器长期使用出现系统误差后及在正常使用中，一年标定一次（或是例行的周期性检 定）需对质心测试重新标定；
[0047] (3)称重传感器的信号经过综合测试处理后，已经变成了数字信号，但是所显示的 数值，并不等于传感器所受力的大小，但是不难想象，它们之间是存在联系的，并且这种关 系是线性的。也就是说，在称重传感器受力以后控制系统中显示的测试数据只要乘以一个 系数就能等于传感器受力的大小，称这个系数为传感器的传递系数，记作K。需要说明的是， 每一个称重传感器都有一个传递系数，它对传感器来说是唯一的，并且不同的称重传感器 传递系数是不同的。
[0048] 假设P1传感器的传递系数为K i，P2传感器的传递系数为K 2，标准体经过准确称量 后，已知质量为W。在空载时，可以测得传感器？11 2在受力后，测试系统上的读数为Fm、FQ2; 在状态一中，可以测得传感器受力后，测试系统上的读数为F n，F12;在状态二中，同 样可以测得传感器Pi、匕在受力后，测试系统上的读数为F 21、F22，有：
[0049] W=(F11-F01)XK^(F12-F02)XK 2 (1)
[0050] W=(F21-F01)XK^(F22-F02)XK 2 (2)
[0051] 其中：W为标准体的质量；Fm为传感器P i在空载受力时综合测试仪的读数；F。2为 传感器P2在空载受力时综合测

传感器标定系数：什么叫传感器标定

任何一种传感器在装配完成后都必须按设计指标进行全面严格的性能鉴定。使用一段时间以后（中国计量法规定一般为一年)或经过修理，也必须对主要技术指标进行校准试验以便确保传感器的各项性能达到使用要求。
传感器的标定，就是通过实验确立传感器的输出量和输入量之间的对应关系，同时也确定不同使用条件下的误差关系。
传感器的标定有两层含义：
1)   确定传感器的性能指标
2)   明确这些性能指标所适用的工作环境
传感器标定的基本方法：
传感器标定的基本方法是将已知的被测量（亦即标准量）输入给待标定的传感器，同时得到传感器的输出量，对所获得的传感器输入量和输出量进行处理和比较，从而得到一系列表征两者对应关系的标定曲线，进而得到传感器性能指标的实测结果。
传感器标定时，所用测量设备的精度通常要比待标定传感器的精度高一个数量级（至少要高1/3以上）。
为了保证各种被测量量值的一致性和准确性，很多国家都建立了一系列计量器具(包括传感器)检定的组织和规程、管理办法。我国由国家计量局、中国计量科学研究院和部、省、市计量部门以及一些大企业的计量站进行制定和实施。国家计量局(1989年后由国家技术监督局)制定和发布了力值、长度、压力、温度等一系列计量器具规程，并于1985年9月公布了《中华人民共和国计量法》，其中规定：计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。计量检定系统表是建立计量标准、制定检定规程、开展检定工作、组织量值传递的重要依据。
工程测量中传感器的标定，应在与其使用条件相似的环境下进行。为获得高的标定精度，应将传感器及其配用的电缆（尤其像电容式、压电式传感器等）、放大器等测试系统一起标定。

传感器标定系数：大口径电磁流量计的传感器系数标定方法

G01F25/00;

权利要求说明书
说明书
幅图

（
54
）发明名称

大口径电磁流量计的传感器系数标定方法

（
57
）摘要

?
本发明提供一种电磁流量计的传感器系数
标定方法，其是基于这样的原理：一个电磁流量
计传感器的电极信号输出来源于磁场空间中每个
流动流体感应电势的加权叠加。因此本发明用一
个实流的小口径测量管在一个被标定的大口径传
感器管道的磁场空间中测量出每个位置每个标准
体积流体流动时的感应电势，再将每个感应电势
进行加权叠加等处理来得出被标定传感器的传感

传感器标定系数：最全的传感器标定方法总结

　　传感器标定是指将标准器所体现的标准值，传递到传感器工作量程的分度上，对分度进行定度的过程。
　　传感器的标定方法是以一种标准设备所产生的标准值（如一个已知的标准力、压力、扭矩、位移等）作为度量的尺子，输入到待标定的传感器中，得到传感器的输出量；然后通过数学方法，确定标定工作（标定曲线），并进行比较和数据处理后，就可求出输入与输出之间的相应关系（传感器灵敏度）和其精确度。
传感器的标定
　　标准设备的标准值，称为约定真值，约定真值可用被标定的传感器精确度高一个等级的显示值来表示。例如测力传感器的精确度为o.1%时，标定设备的标准力值其精确度就要求为0.01%，此时，就可认为该标准力值为约定真值。
　　在标定时，应将传感器的测量范围分为十级，每次增加量为传感器测量上限值的10%，依次顺序为0，10，20，30，40，50，60，70，80，90和100，然后再依次进行反行程测试。考虑到传感器总是存在重复性误差，为了较理想地确定标定工作线，按照以上标定顺序一般常进行3?5次，或更多次。
　　另外，从以上方法中可以看出，标定的基本方法与前章所述的检验规程所规定的方法是相近的，只是标定不单是确定传感器的各项工作特性曲线，而且具有“综合误差”的概念。有些传感器经标定后，还使其输出值归一化，以便于使用时互换。如电子秤配用的传感器，通过标定后，使其与称量范围和精确度相一致，而且灵敏度相同，使用时可任意更换。在传感器精确度要求不高的情况下，传感器的灵敏度也可通过传感器检验规程中测量基本性能时得到的较准数据，并用最小二乘法、平均斜率法等数学方法计算求得。
　　单独标定法
　　单独标定法就是对单个传感器进行系数定度，通过定度得到诸如力传感器灵敏度mV/N或mV/（V?N-1）、压力传感器灵敏度mV/（N.cm-2）,以及位移传感器灵敏度V/mm等。
　　由于传感器在设计上的不同，零部件加工存在误差，以及装配调节状态不完全相同的因素，经标定后每个传感器的灵敏度都不一致。但从使用者的角度看，则希望同一型号的产品其灵敏度、输入阻抗等技术参数最好都一样，而且初始的零点输出应尽量小，以减小使用中的调整工作量，并提高测量精确度。所以在传感器标定过程中，还有为实现技术参数一致性（标准化）的要求而进行调整的问题。
　　组合标定法
　　为使传感器灵敏度的标定定度能达到标准化（或互换性）要求，可利用上节所述的相应方法对其进行等效分析和补偿。但由于传感器在基本电路中的输出信号一般都比较弱小，因此微弱信号还不能满足仪表或系统所要求的统一信号。另一方面，有些传感器工作原理的等效电路比较简单（如各种形式的电阻传感器，它的参变量只有一个电阻），所以等效条件和补偿方法也就比较简单。但对于诸如电容、电感、涡流等工作原理的传感器，其等效电路就相对复杂些，要达到传感器灵敏度的标定定度和标准化，相应改变的参变量的数目也就多些。单个传感器会受到结构条件的限制。为此，将其和电子放大器或仪表组合到一起进行标定定度，并将大部分需要补偿调节的装置置于电子放大器或仪表中。
　　通过与电子放大器组合标定后，可输出归一化标准信号，例如，0?10mA或4?20mA，以及0?5V或0?10V的标准信号。这类信号具有一定的驱动能力，以带动各种检测、控制、调节等仪表和装置。为了使用时测量方便，可将某些传感器与显示仪表或记录仪表一起标定定度，以便直接读出或记录被测变量，而不再进行灵敏度换算。
　　标定工作线的选择方法
　　传感器输入-输出之间的工作特性，总是存在着非线性、滞后和不重复性。对于线性传感器而言，就希望找出一条直线使它落在传感器每次测量时实际呈现的标准曲线内，并相对各条曲线上的最大偏离值与该直线的偏差为最小，来作为标定工作直线。如同样特性的传感器，其定度的精确度为最高。
　　标定工作线可用直线方程y=kx+b来表示，因方程中的b是传感器的初始零点输出值，k是传感器的输出灵敏度，通过求解方程式，即可确定标定时传感器的理论零点和理论斜率。由于方程中的x和y是传感器经测量得到的实验（校准）数据，因此一般常采用平均斜率法或最小二乘法来处理和求取拟合直线。
　　1.平均斜率法
　　标定工作直线为通过坐标原点（如果有零点输出时可经处理移至原点）斜率为k的直线，其斜率可按以下步骤得到。
　　将对应于每一输入量等级每次测量的正反行程加以平均，求得几个正反行程的实测平均值。然后利用y=kx+b的线性方程式和几个实测平均值求得几个是值，即k1，k2,…，kn 。从而传感器标定工作直线的k值就为
　　
　　将k值代入后，即可求得每一输入等级对应的线性标定值。
　　2.最小二乘法
　　利用最小二乘法时，通常作如下的两个假定：所有自变量（x）的各个给定值，均无误差，变量y的各值，则有误差；实际测量点有几个，重复测量有几次。对应的输出值是y，则第i次测量得到的校准数据与拟合直线上相应的偏差可表示为