如何使用DI-5B38應變放大器校準基于應變計的傳感器

正確校準基于應變計的傳感器可能是一項棘手的工作。您需要考慮傳感器的表壓因數(shù) （GT）、放大器模塊的表壓因數(shù) （GA）、激勵電壓要求和增益。有了這些信息，您可以準確測量psi，微應變，lbs或任何其他量。本應用筆記旨在闡明使用DATAQ Instruments的DI-5B38型應變計輸入模塊和WinDaq數(shù)據(jù)采集軟件成功校準任何應變計或基于應變的傳感器所需的步驟。

了解應變計和基于應變計的傳感器

基于應變計的傳感器只不過是一種將物理量（例如磅、微應變或壓力）轉(zhuǎn)換為電壓輸出信號（通常以毫伏為單位）的設(shè)備。該信號根據(jù)被測量的物理量的數(shù)量而變化。當施加在量具上的負載發(fā)生變化時，由于量具在負載下的彎曲，電阻會發(fā)生變化。這類似于當導線彎曲時發(fā)生的情況，橫截面積發(fā)生變化，因此其電阻發(fā)生變化。量具產(chǎn)生的信號由放大器拾取，然后放大并發(fā)送到計算機進行顯示和記錄。一些常見的基于應變計的傳感器是：壓力傳感器、應變計和稱重傳感器。這些類型的測厚儀依賴于適當?shù)募铍妷?，以產(chǎn)生信號輸出。我們將把激勵作為我們的下一個主題。

激勵的作用

換能器不能輸出任何東西，因為它沒有激勵電壓。提供的激勵通常是固定的直流電壓。施加激勵電壓后，您可以將一些物理量轉(zhuǎn)換為低電平信號，然后將其放大以用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。您可以應用的激勵電壓是有限制的。每個傳感器都有一個可接受的激勵電壓，可以施加到它上面。重要的是要確保不要施加超過制造商指定的激勵電壓，以避免傳感器過熱。以這種方式操作會導致傳感器失去精度。因此，最好保持在這些限制內(nèi)。DATAQ Instruments 系列的 DI-5B 系列放大器提供 3.33V 或 10V 的激勵電壓，可連接幾乎所有基于應變計的傳感器。

什么是“量具系數(shù)”？

表壓系數(shù)的另一個名稱是靈敏度。這是一個無單位的數(shù)字。傳感器的靈敏度規(guī)格揭示了在給定施加到傳感器的一些物理量的情況下，傳感器在提供的激勵電壓下將輸出的電壓。通常，基于應變計的傳感器每施加到其上的每伏激勵輸出低電平電壓（以毫伏為單位）。應變片在任何給定時刻的輸出將與輸入到模塊的物理量成正比。讓我們以Sensotec Model S壓力傳感器為例。它具有 2mV/V 的靈敏度，需要 5V 激勵。它的壓力范圍為 0 - 100 psi。我們從到目前為止的討論中知道，我們需要提供激勵電壓才能獲得輸出?，F(xiàn)在讓我們假設(shè)我們將從電源為這個 5V 供電。通過數(shù)學計算很容易看出，該傳感器在滿量程時將輸出2mV×5V = 10mV。此外，這個10mV輸出將代表100 psi，因為這是傳感器可以測量的滿量程極限。如果您記住應變計或基于應變計的傳感器將有一個電壓輸出，該電壓輸出會根據(jù)被測量而變化，那么處理表壓系數(shù)是一個相對容易的工作。

現(xiàn)在我們已經(jīng)介紹了有關(guān)靈敏度的一些基礎(chǔ)知識，讓我們談談我們所說的“理想”和“真實”量具因子。在這一點上，您可能想知道為什么要關(guān)注這兩個數(shù)量。好吧，這可以用知道為什么兩者都存在來最好地解釋。您會在目錄和其他資源中找到量具因子以漂亮、干凈的數(shù)字表示，例如 2.00、3.00 等。這是一個理想的數(shù)字，可以很好地作為從目錄中選擇傳感器的點，但它沒有考慮從一個傳感器到另一個傳感器發(fā)生的微小差異。當您從商店購買電池時，它可能作為 9v 電池銷售。但是，如果您要在其上安裝電池測試儀，它可能會讀取 9.1V 或其他接近 9V 的電壓。盡管我們可能確實不需要 9V 電池在任何給定時刻正好是 9V，但我們可以說明兩個電池之間的區(qū)別。同樣，根本不可能使一個換能器與另一個換能器相同。因此，每個制造的傳感器都有一個更精確的值，包含在應變計中。這是您必須用來執(zhí)行精確校準的“真實”值，從而確保更準確的測量。您可能會看到基于應變計的傳感器表壓系數(shù)，其值與此行相同：2.14mV/V、2.07mV/V等。這些數(shù)字不會在使用簡單的計算器時造成任何困難。讓我們考慮一下，如果我們忽略“真實”量具因子，會引入多少誤差。讓我們使用2.14mV / V作為“實際”表壓系數(shù)，并將其與2mV / V進行比較，后者將作為“理想”表壓因數(shù)。如果我們現(xiàn)在進行數(shù)學運算：（2.14 - 2.00）/2.00 = 0.07 = 7% 誤差。簡而言之，我們可以通過使用“真實”量具因子來避免這種潛在誤差。

將放大器與應變計或基于應變計的傳感器相匹配

將放大器與應變計或基于應變計的傳感器相匹配需要對它們在表壓系數(shù)方面的相互關(guān)系有一點了解。理想情況下，我們希望基于應變計的傳感器的表壓系數(shù)等于放大器的表壓系數(shù)。在這種情況下，我們不必應用增益，校準將設(shè)置為傳感器的正負滿量程范圍。但是，您可能會遇到兩者之間的不匹配。讓我們介紹一下這兩者如何匹配的一些可能性。如果傳感器的表壓因數(shù)小于放大器的表壓因數(shù)，則可以按照以下步驟確定滿量程限制并選擇合適的增益。下表介紹了此過程。如果換能器的表壓因數(shù)大于放大器的表壓因數(shù)，則由于放大器無法放大換能器所能達到的整個范圍，換能器將得不到充分利用。上述相同過程也可以應用于這種情況。

通過 3 個簡單步驟校準任何基于應變計的傳感器

* 在 WinDaq/Pro 或WinDaq/Pro+ 中，在“固定校準”對話框（可從“編輯”菜單訪問）中輸入此值作為 +滿量程數(shù)量。

? 在WinDaq/Pro 或WinDaq/Pro+ 中，在“固定校準”對話框（可從“編輯”菜單訪問）中輸入此值作為基線數(shù)量。

? 非平衡傳感器（電壓偏移在校準零點的傳感器）可能會在WinDaq/Pro或WinDaq/Pro+軟件中選擇低校準時強制歸零...從編輯菜單中，在低 Cal 值文本框中輸入零，然后單擊確定。