發布日期：2022-10-09 點擊率：76
一種稱重傳感器系數及重力加速度標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及稱重技術領域，具體涉及一種稱重傳感器系數及重力加速度標定方 法。
【背景技術】
[0002] 質心位置的測量是進行其它結構特征量特性參數測量的基礎，它對回轉體工件的 性能有直接的影響。因此，無論是生產廠家還是使用單位，對每個回轉體工件的質心位置都 必須進行嚴格、精確的測量并予以標注。所以進行質量特性參數測控系統的分析、設計以及 研制，首先應該確定測試系統所要采用的質心測量方法。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種稱重傳感器系數及重力加速度標定方法，以便更好地 進行稱重傳感器系數及重力加速度予以標定。
[0004] 為實現上述目的，本發明所采用技術方案如下。
[0005] -種稱重傳感器系數及重力加速度標定方法，其具體方法如下：
[0006] (1)準備標準體，標準體是有專業廠家生產并由計量部門檢定認證的，標準體采用 經調質處理、質量均勻的鋼質材料，標準體質量與同口徑回轉體相對質量小于20 %，轉動慣 量比值小于5倍，需進行防銹處理，滿足使用需要；
[0007] (2)硬件在使用方第一次使用前、硬件在挪動地方重新放置后、稱重傳感器在更換 后、儀器長期使用出現系統誤差后及在正常使用中，一年標定一次（或是例行的周期性檢 定）需對質心測試重新標定；
[0008] (3)稱重傳感器的信號經過綜合測試處理后，已經變成了數字信號，但是所顯示的 數值，并不等于傳感器所受力的大小，但是不難想象，它們之間是存在聯系的，并且這種關 系是線性的。也就是說，在稱重傳感器受力以后控制系統中顯示的測試數據只要乘以一個 系數就能等于傳感器受力的大小，稱這個系數為傳感器的傳遞系數，記作K。需要說明的是， 每一個稱重傳感器都有一個傳遞系數，它對傳感器來說是唯一的，并且不同的稱重傳感器 傳遞系數是不同的。
[0009] 假設P1傳感器的傳遞系數為K i，P2傳感器的傳遞系數為K 2，標準體經過準確稱量 后，已知質量為W。在空載時，可以測得傳感器？11 2在受力后，測試系統上的讀數為Fm、FQ2; 在狀態一中，可以測得傳感器受力后，測試系統上的讀數為F n，F12;在狀態二中，同 樣可以測得傳感器匕在受力后，測試系統上的讀數為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為標準體的質量；Fm為傳感器P i在空載受力時綜合測試儀的讀數；F。2為 傳感器P2在空載受力時綜合測試儀的讀數；F 11為狀態一時傳感器P 1在綜合測試儀的讀數； F12為狀態一時傳感器P 2在綜合測試儀的讀數；F 21為狀態二時傳感器P i在綜合測試儀的讀 數；F22為狀態二時傳感器P 2在綜合測試儀的讀數；K i為傳感器P i的傳遞系數；K 2為傳感器 P2的傳遞系數。
[0013] 解方程組式（1)和式（2)得：
[0014]
[0015]
[0016] 得到Kp 1(2后要測待測產品，則待測產品質量為：
[0017] M=(F1-F0) XK^(F2-F0) XK2 (5)
[0018] 其中：M為待測產品的質量；F。為傳感器空載受力時綜合測試儀的讀數；F i為傳感 器？1在加載待測產品后綜合測試儀的讀數；F2為傳感器？2在加載待測產品后綜合測試儀的 讀數；1為傳感器P 系數；K 2為傳感器P 2的系數。
[0019] 將式（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沒有出現重力加速度g，如果一定要考慮重力加速度的話 可以這么理解，傳感器系數k是該傳感器受力大小與傳感器的讀數的線性關系系數，即某 一個傳感器受力大小：
[0022] F=Pk (7)
[0023] 而受力F完全是重力提供，即有：
[0024] F=Mg (8)
[0025] 則有：
[0026] Mg=Pk (9)
[0027] 那么公式⑴和⑵變為：
[0028] Wg=(F11-F01) Xk^(F12-F02) Xk2 (10)
[0029] Wg=(F21-F01) Xk^(F22-F02) Xk2 (11)
[0030] 式（3)、⑷可轉化為：
[0031]
[0032]
[0033] 公式（5)轉化為：
[0034] Mg=(F1-F01) Xk^(F2-F02) Xk2 (14)
[0035]將式（12)、（13)代入（14)得到：
[0036]
[0037] 式（13)、（14)中的g是在標定地點的重力加速度，式（15)中的g是在產品測量地 點的重力加速度，只要實際操作的時候，標定過程和產品測量過程是在同一地點，即兩個過 程的g -樣，那么就能將公式（15)兩邊的g消去得到：
[0038]
[0039] 由此可見最后的公式兩邊也沒有重力加速度g，質心測量是通過稱重傳感器讀數 分析前后受力大小得到的，傳感器系數K與重力加速度無關，質心測量也與重力加速度無 關。
[0040] 綜上所述，實際操作的時候只要標定過程和產品測量過程在同一個地點，那么就 不用考慮重力加速度的影響。
[0041] 該發明的有益效果在于：該發明方法能有效地予以針對稱重傳感器及重力加速度 予以標定，改善了使用效果，便于根據需要使用。
【具體實施方式】
[0042] 下面以具體實施例說明本發明方案。
[0043] 實施例
[0044] 本實施例中的稱重傳感器系數及重力加速度標定方法，其具體方法如下：
[0045] (1)準備標準體，標準體是有專業廠家生產并由計量部門檢定認證的，標準體采用 經調質處理、質量均勻的鋼質材料，標準體質量與同口徑回轉體相對質量小于20 %，轉動慣 量比值小于5倍，需進行防銹處理，滿足使用需要；
[0046] (2)硬件在使用方第一次使用前、硬件在挪動地方重新放置后、稱重傳感器在更換 后、儀器長期使用出現系統誤差后及在正常使用中，一年標定一次（或是例行的周期性檢 定）需對質心測試重新標定；
[0047] (3)稱重傳感器的信號經過綜合測試處理后，已經變成了數字信號，但是所顯示的 數值，并不等于傳感器所受力的大小，但是不難想象，它們之間是存在聯系的，并且這種關 系是線性的。也就是說，在稱重傳感器受力以后控制系統中顯示的測試數據只要乘以一個 系數就能等于傳感器受力的大小，稱這個系數為傳感器的傳遞系數，記作K。需要說明的是， 每一個稱重傳感器都有一個傳遞系數，它對傳感器來說是唯一的，并且不同的稱重傳感器 傳遞系數是不同的。
[0048] 假設P1傳感器的傳遞系數為K i，P2傳感器的傳遞系數為K 2，標準體經過準確稱量 后，已知質量為W。在空載時，可以測得傳感器？11 2在受力后，測試系統上的讀數為Fm、FQ2; 在狀態一中，可以測得傳感器受力后，測試系統上的讀數為F n，F12;在狀態二中，同 樣可以測得傳感器Pi、匕在受力后，測試系統上的讀數為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為標準體的質量；Fm為傳感器P i在空載受力時綜合測試儀的讀數；F。2為 傳感器P2在空載受力時綜合測
任何一種傳感器在裝配完成后都必須按設計指標進行全面嚴格的性能鑒定。使用一段時間以后（中國計量法規定一般為一年)或經過修理，也必須對主要技術指標進行校準試驗以便確保傳感器的各項性能達到使用要求。
傳感器的標定，就是通過實驗確立傳感器的輸出量和輸入量之間的對應關系，同時也確定不同使用條件下的誤差關系。
傳感器的標定有兩層含義：
1) 確定傳感器的性能指標
2) 明確這些性能指標所適用的工作環境
傳感器標定的基本方法：
傳感器標定的基本方法是將已知的被測量（亦即標準量）輸入給待標定的傳感器，同時得到傳感器的輸出量，對所獲得的傳感器輸入量和輸出量進行處理和比較，從而得到一系列表征兩者對應關系的標定曲線，進而得到傳感器性能指標的實測結果。
傳感器標定時，所用測量設備的精度通常要比待標定傳感器的精度高一個數量級（至少要高1/3以上）。
為了保證各種被測量量值的一致性和準確性，很多國家都建立了一系列計量器具(包括傳感器)檢定的組織和規程、管理辦法。我國由國家計量局、中國計量科學研究院和部、省、市計量部門以及一些大企業的計量站進行制定和實施。國家計量局(1989年后由國家技術監督局)制定和發布了力值、長度、壓力、溫度等一系列計量器具規程，并于1985年9月公布了《中華人民共和國計量法》，其中規定：計量檢定必須按照國家計量檢定系統表進行。計量檢定系統表是建立計量標準、制定檢定規程、開展檢定工作、組織量值傳遞的重要依據。
工程測量中傳感器的標定，應在與其使用條件相似的環境下進行。為獲得高的標定精度，應將傳感器及其配用的電纜（尤其像電容式、壓電式傳感器等）、放大器等測試系統一起標定。
G01F25/00;
權利要求說明書
說明書
幅圖
（
54
）發明名稱
大口徑電磁流量計的傳感器系數標定方法
（
57
）摘要
?
本發明提供一種電磁流量計的傳感器系數
標定方法，其是基于這樣的原理：一個電磁流量
計傳感器的電極信號輸出來源于磁場空間中每個
流動流體感應電勢的加權疊加。因此本發明用一
個實流的小口徑測量管在一個被標定的大口徑傳
感器管道的磁場空間中測量出每個位置每個標準
體積流體流動時的感應電勢，再將每個感應電勢
進行加權疊加等處理來得出被標定傳感器的傳感
傳感器標定是指將標準器所體現的標準值，傳遞到傳感器工作量程的分度上，對分度進行定度的過程。
傳感器的標定方法是以一種標準設備所產生的標準值（如一個已知的標準力、壓力、扭矩、位移等）作為度量的尺子，輸入到待標定的傳感器中，得到傳感器的輸出量；然后通過數學方法，確定標定工作（標定曲線），并進行比較和數據處理后，就可求出輸入與輸出之間的相應關系（傳感器靈敏度）和其精確度。
傳感器的標定
標準設備的標準值，稱為約定真值，約定真值可用被標定的傳感器精確度高一個等級的顯示值來表示。例如測力傳感器的精確度為o.1%時，標定設備的標準力值其精確度就要求為0.01%，此時，就可認為該標準力值為約定真值。
在標定時，應將傳感器的測量范圍分為十級，每次增加量為傳感器測量上限值的10%，依次順序為0，10，20，30，40，50，60，70，80，90和100，然后再依次進行反行程測試。考慮到傳感器總是存在重復性誤差，為了較理想地確定標定工作線，按照以上標定順序一般常進行3?5次，或更多次。
另外，從以上方法中可以看出，標定的基本方法與前章所述的檢驗規程所規定的方法是相近的，只是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
將k值代入后，即可求得每一輸入等級對應的線性標定值。
2.最小二乘法
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
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 電氣控制線路圖控制原
