傳感器標(biāo)定系數(shù)：一種稱重傳感器系數(shù)及重力加速度標(biāo)定方法
一種稱重傳感器系數(shù)及重力加速度標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稱重技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種稱重傳感器系數(shù)及重力加速度標(biāo)定方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)心位置的測(cè)量是進(jìn)行其它結(jié)構(gòu)特征量特性參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)，它對(duì)回轉(zhuǎn)體工件的 性能有直接的影響。因此，無(wú)論是生產(chǎn)廠家還是使用單位，對(duì)每個(gè)回轉(zhuǎn)體工件的質(zhì)心位置都 必須進(jìn)行嚴(yán)格、精確的測(cè)量并予以標(biāo)注。所以進(jìn)行質(zhì)量特性參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)以及 研制，首先應(yīng)該確定測(cè)試系統(tǒng)所要采用的質(zhì)心測(cè)量方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種稱重傳感器系數(shù)及重力加速度標(biāo)定方法，以便更好地 進(jìn)行稱重傳感器系數(shù)及重力加速度予以標(biāo)定。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用技術(shù)方案如下。
[0005] -種稱重傳感器系數(shù)及重力加速度標(biāo)定方法，其具體方法如下：
[0006] (1)準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)體，標(biāo)準(zhǔn)體是有專業(yè)廠家生產(chǎn)并由計(jì)量部門檢定認(rèn)證的，標(biāo)準(zhǔn)體采用 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理、質(zhì)量均勻的鋼質(zhì)材料，標(biāo)準(zhǔn)體質(zhì)量與同口徑回轉(zhuǎn)體相對(duì)質(zhì)量小于20 %，轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量比值小于5倍，需進(jìn)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(dòng)地方重新放置后、稱重傳感器在更換 后、儀器長(zhǎng)期使用出現(xiàn)系統(tǒng)誤差后及在正常使用中，一年標(biāo)定一次（或是例行的周期性檢 定）需對(duì)質(zhì)心測(cè)試重新標(biāo)定；
[0008] (3)稱重傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)綜合測(cè)試處理后，已經(jīng)變成了數(shù)字信號(hào)，但是所顯示的 數(shù)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(lián)系的，并且這種關(guān) 系是線性的。也就是說(shuō)，在稱重傳感器受力以后控制系統(tǒng)中顯示的測(cè)試數(shù)據(jù)只要乘以一個(gè) 系數(shù)就能等于傳感器受力的大小，稱這個(gè)系數(shù)為傳感器的傳遞系數(shù)，記作K。需要說(shuō)明的是， 每一個(gè)稱重傳感器都有一個(gè)傳遞系數(shù)，它對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)是唯一的，并且不同的稱重傳感器 傳遞系數(shù)是不同的。
[0009] 假設(shè)P1傳感器的傳遞系數(shù)為K i，P2傳感器的傳遞系數(shù)為K 2，標(biāo)準(zhǔn)體經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確稱量 后，已知質(zhì)量為W。在空載時(shí)，可以測(cè)得傳感器？11 2在受力后，測(cè)試系統(tǒng)上的讀數(shù)為Fm、FQ2; 在狀態(tài)一中，可以測(cè)得傳感器受力后，測(cè)試系統(tǒng)上的讀數(shù)為F n，F(xiàn)12;在狀態(tài)二中，同 樣可以測(cè)得傳感器匕在受力后，測(cè)試系統(tǒng)上的讀數(shù)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(biāo)準(zhǔn)體的質(zhì)量；Fm為傳感器P i在空載受力時(shí)綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；F。2為 傳感器P2在空載受力時(shí)綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；F 11為狀態(tài)一時(shí)傳感器P 1在綜合測(cè)試儀的讀數(shù)； F12為狀態(tài)一時(shí)傳感器P 2在綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；F 21為狀態(tài)二時(shí)傳感器P i在綜合測(cè)試儀的讀 數(shù)；F22為狀態(tài)二時(shí)傳感器P 2在綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；K i為傳感器P i的傳遞系數(shù)；K 2為傳感器 P2的傳遞系數(shù)。
[0013] 解方程組式（1)和式（2)得：
[0014]
[0015]
[0016] 得到Kp 1(2后要測(cè)待測(cè)產(chǎn)品，則待測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量為：
[0017] M=(F1-F0) XK^(F2-F0) XK2 (5)
[0018] 其中：M為待測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量；F。為傳感器空載受力時(shí)綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；F i為傳感 器？1在加載待測(cè)產(chǎn)品后綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；F2為傳感器？2在加載待測(cè)產(chǎn)品后綜合測(cè)試儀的 讀數(shù)；1為傳感器P 系數(shù)；K 2為傳感器P 2的系數(shù)。
[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(méi)有出現(xiàn)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(shù)k是該傳感器受力大小與傳感器的讀數(shù)的線性關(guān)系系數(shù)，即某 一個(gè)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?yōu)椋?br/>[0028] Wg=(F11-F01) Xk^(F12-F02) Xk2 (10)
[0029] Wg=(F21-F01) Xk^(F22-F02) Xk2 (11)
[0030] 式（3)、⑷可轉(zhuǎn)化為：
[0031]
[0032]
[0033] 公式（5)轉(zhuǎn)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(biāo)定地點(diǎn)的重力加速度，式（15)中的g是在產(chǎn)品測(cè)量地 點(diǎn)的重力加速度，只要實(shí)際操作的時(shí)候，標(biāo)定過(guò)程和產(chǎn)品測(cè)量過(guò)程是在同一地點(diǎn)，即兩個(gè)過(guò) 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(jiàn)最后的公式兩邊也沒(méi)有重力加速度g，質(zhì)心測(cè)量是通過(guò)稱重傳感器讀數(shù) 分析前后受力大小得到的，傳感器系數(shù)K與重力加速度無(wú)關(guān)，質(zhì)心測(cè)量也與重力加速度無(wú) 關(guān)。
[0040] 綜上所述，實(shí)際操作的時(shí)候只要標(biāo)定過(guò)程和產(chǎn)品測(cè)量過(guò)程在同一個(gè)地點(diǎn)，那么就 不用考慮重力加速度的影響。
[0041] 該發(fā)明的有益效果在于：該發(fā)明方法能有效地予以針對(duì)稱重傳感器及重力加速度 予以標(biāo)定，改善了使用效果，便于根據(jù)需要使用。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面以具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明方案。
[0043] 實(shí)施例
[0044] 本實(shí)施例中的稱重傳感器系數(shù)及重力加速度標(biāo)定方法，其具體方法如下：
[0045] (1)準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)體，標(biāo)準(zhǔn)體是有專業(yè)廠家生產(chǎn)并由計(jì)量部門檢定認(rèn)證的，標(biāo)準(zhǔn)體采用 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理、質(zhì)量均勻的鋼質(zhì)材料，標(biāo)準(zhǔn)體質(zhì)量與同口徑回轉(zhuǎn)體相對(duì)質(zhì)量小于20 %，轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量比值小于5倍，需進(jìn)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(dòng)地方重新放置后、稱重傳感器在更換 后、儀器長(zhǎng)期使用出現(xiàn)系統(tǒng)誤差后及在正常使用中，一年標(biāo)定一次（或是例行的周期性檢 定）需對(duì)質(zhì)心測(cè)試重新標(biāo)定；
[0047] (3)稱重傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)綜合測(cè)試處理后，已經(jīng)變成了數(shù)字信號(hào)，但是所顯示的 數(shù)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(lián)系的，并且這種關(guān) 系是線性的。也就是說(shuō)，在稱重傳感器受力以后控制系統(tǒng)中顯示的測(cè)試數(shù)據(jù)只要乘以一個(gè) 系數(shù)就能等于傳感器受力的大小，稱這個(gè)系數(shù)為傳感器的傳遞系數(shù)，記作K。需要說(shuō)明的是， 每一個(gè)稱重傳感器都有一個(gè)傳遞系數(shù)，它對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)是唯一的，并且不同的稱重傳感器 傳遞系數(shù)是不同的。
[0048] 假設(shè)P1傳感器的傳遞系數(shù)為K i，P2傳感器的傳遞系數(shù)為K 2，標(biāo)準(zhǔn)體經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確稱量 后，已知質(zhì)量為W。在空載時(shí)，可以測(cè)得傳感器？11 2在受力后，測(cè)試系統(tǒng)上的讀數(shù)為Fm、FQ2; 在狀態(tài)一中，可以測(cè)得傳感器受力后，測(cè)試系統(tǒng)上的讀數(shù)為F n，F(xiàn)12;在狀態(tài)二中，同 樣可以測(cè)得傳感器Pi、匕在受力后，測(cè)試系統(tǒng)上的讀數(shù)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(biāo)準(zhǔn)體的質(zhì)量；Fm為傳感器P i在空載受力時(shí)綜合測(cè)試儀的讀數(shù)；F。2為 傳感器P2在空載受力時(shí)綜合測(cè)
傳感器標(biāo)定系數(shù)：什么叫傳感器標(biāo)定
任何一種傳感器在裝配完成后都必須按設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面嚴(yán)格的性能鑒定。使用一段時(shí)間以后（中國(guó)計(jì)量法規(guī)定一般為一年)或經(jīng)過(guò)修理，也必須對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)以便確保傳感器的各項(xiàng)性能達(dá)到使用要求。
傳感器的標(biāo)定，就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確立傳感器的輸出量和輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。
傳感器的標(biāo)定有兩層含義：
1) 確定傳感器的性能指標(biāo)
2) 明確這些性能指標(biāo)所適用的工作環(huán)境
傳感器標(biāo)定的基本方法：
傳感器標(biāo)定的基本方法是將已知的被測(cè)量（亦即標(biāo)準(zhǔn)量）輸入給待標(biāo)定的傳感器，同時(shí)得到傳感器的輸出量，對(duì)所獲得的傳感器輸入量和輸出量進(jìn)行處理和比較，從而得到一系列表征兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定曲線，進(jìn)而得到傳感器性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)結(jié)果。
傳感器標(biāo)定時(shí)，所用測(cè)量設(shè)備的精度通常要比待標(biāo)定傳感器的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)（至少要高1/3以上）。
為了保證各種被測(cè)量量值的一致性和準(zhǔn)確性，很多國(guó)家都建立了一系列計(jì)量器具(包括傳感器)檢定的組織和規(guī)程、管理辦法。我國(guó)由國(guó)家計(jì)量局、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和部、省、市計(jì)量部門以及一些大企業(yè)的計(jì)量站進(jìn)行制定和實(shí)施。國(guó)家計(jì)量局(1989年后由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局)制定和發(fā)布了力值、長(zhǎng)度、壓力、溫度等一系列計(jì)量器具規(guī)程，并于1985年9月公布了《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》，其中規(guī)定：計(jì)量檢定必須按照國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表進(jìn)行。計(jì)量檢定系統(tǒng)表是建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、制定檢定規(guī)程、開(kāi)展檢定工作、組織量值傳遞的重要依據(jù)。
工程測(cè)量中傳感器的標(biāo)定，應(yīng)在與其使用條件相似的環(huán)境下進(jìn)行。為獲得高的標(biāo)定精度，應(yīng)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(cè)試系統(tǒng)一起標(biāo)定。
傳感器標(biāo)定系數(shù)：大口徑電磁流量計(jì)的傳感器系數(shù)標(biāo)定方法
G01F25/00;
權(quán)利要求說(shuō)明書(shū)
說(shuō)明書(shū)
幅圖
（
54
）發(fā)明名稱
大口徑電磁流量計(jì)的傳感器系數(shù)標(biāo)定方法
（
57
）摘要
?
本發(fā)明提供一種電磁流量計(jì)的傳感器系數(shù)
標(biāo)定方法，其是基于這樣的原理：一個(gè)電磁流量
計(jì)傳感器的電極信號(hào)輸出來(lái)源于磁場(chǎng)空間中每個(gè)
流動(dòng)流體感應(yīng)電勢(shì)的加權(quán)疊加。因此本發(fā)明用一
個(gè)實(shí)流的小口徑測(cè)量管在一個(gè)被標(biāo)定的大口徑傳
感器管道的磁場(chǎng)空間中測(cè)量出每個(gè)位置每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)
體積流體流動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)，再將每個(gè)感應(yīng)電勢(shì)
進(jìn)行加權(quán)疊加等處理來(lái)得出被標(biāo)定傳感器的傳感
傳感器標(biāo)定系數(shù)：最全的傳感器標(biāo)定方法總結(jié)
傳感器標(biāo)定是指將標(biāo)準(zhǔn)器所體現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)值，傳遞到傳感器工作量程的分度上，對(duì)分度進(jìn)行定度的過(guò)程。
傳感器的標(biāo)定方法是以一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)值（如一個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)力、壓力、扭矩、位移等）作為度量的尺子，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，得到傳感器的輸出量；然后通過(guò)數(shù)學(xué)方法，確定標(biāo)定工作（標(biāo)定曲線），并進(jìn)行比較和數(shù)據(jù)處理后，就可求出輸入與輸出之間的相應(yīng)關(guān)系（傳感器靈敏度）和其精確度。
傳感器的標(biāo)定
標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)值，稱為約定真值，約定真值可用被標(biāo)定的傳感器精確度高一個(gè)等級(jí)的顯示值來(lái)表示。例如測(cè)力傳感器的精確度為o.1%時(shí)，標(biāo)定設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)力值其精確度就要求為0.01%，此時(shí)，就可認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)力值為約定真值。
在標(biāo)定時(shí)，應(yīng)將傳感器的測(cè)量范圍分為十級(jí)，每次增加量為傳感器測(cè)量上限值的10%，依次順序?yàn)?，10，20，30，40，50，60，70，80，90和100，然后再依次進(jìn)行反行程測(cè)試。考慮到傳感器總是存在重復(fù)性誤差，為了較理想地確定標(biāo)定工作線，按照以上標(biāo)定順序一般常進(jìn)行3?5次，或更多次。
另外，從以上方法中可以看出，標(biāo)定的基本方法與前章所述的檢驗(yàn)規(guī)程所規(guī)定的方法是相近的，只是標(biāo)定不單是確定傳感器的各項(xiàng)工作特性曲線，而且具有“綜合誤差”的概念。有些傳感器經(jīng)標(biāo)定后，還使其輸出值歸一化，以便于使用時(shí)互換。如電子秤配用的傳感器，通過(guò)標(biāo)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(shí)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(guò)傳感器檢驗(yàn)規(guī)程中測(cè)量基本性能時(shí)得到的較準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并用最小二乘法、平均斜率法等數(shù)學(xué)方法計(jì)算求得。
單獨(dú)標(biāo)定法
單獨(dú)標(biāo)定法就是對(duì)單個(gè)傳感器進(jìn)行系數(shù)定度，通過(guò)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(shè)計(jì)上的不同，零部件加工存在誤差，以及裝配調(diào)節(jié)狀態(tài)不完全相同的因素，經(jīng)標(biāo)定后每個(gè)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(hào)的產(chǎn)品其靈敏度、輸入阻抗等技術(shù)參數(shù)最好都一樣，而且初始的零點(diǎn)輸出應(yīng)盡量小，以減小使用中的調(diào)整工作量，并提高測(cè)量精確度。所以在傳感器標(biāo)定過(guò)程中，還有為實(shí)現(xiàn)技術(shù)參數(shù)一致性（標(biāo)準(zhǔn)化）的要求而進(jìn)行調(diào)整的問(wèn)題。
組合標(biāo)定法
為使傳感器靈敏度的標(biāo)定定度能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化（或互換性）要求，可利用上節(jié)所述的相應(yīng)方法對(duì)其進(jìn)行等效分析和補(bǔ)償。但由于傳感器在基本電路中的輸出信號(hào)一般都比較弱小，因此微弱信號(hào)還不能滿足儀表或系統(tǒng)所要求的統(tǒng)一信號(hào)。另一方面，有些傳感器工作原理的等效電路比較簡(jiǎn)單（如各種形式的電阻傳感器，它的參變量只有一個(gè)電阻），所以等效條件和補(bǔ)償方法也就比較簡(jiǎn)單。但對(duì)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(duì)復(fù)雜些，要達(dá)到傳感器靈敏度的標(biāo)定定度和標(biāo)準(zhǔn)化，相應(yīng)改變的參變量的數(shù)目也就多些。單個(gè)傳感器會(huì)受到結(jié)構(gòu)條件的限制。為此，將其和電子放大器或儀表組合到一起進(jìn)行標(biāo)定定度，并將大部分需要補(bǔ)償調(diào)節(jié)的裝置置于電子放大器或儀表中。
通過(guò)與電子放大器組合標(biāo)定后，可輸出歸一化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，例如，0?10mA或4?20mA，以及0?5V或0?10V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這類信號(hào)具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，以帶動(dòng)各種檢測(cè)、控制、調(diào)節(jié)等儀表和裝置。為了使用時(shí)測(cè)量方便，可將某些傳感器與顯示儀表或記錄儀表一起標(biāo)定定度，以便直接讀出或記錄被測(cè)變量，而不再進(jìn)行靈敏度換算。
標(biāo)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(fù)性。對(duì)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(cè)量時(shí)實(shí)際呈現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)曲線內(nèi)，并相對(duì)各條曲線上的最大偏離值與該直線的偏差為最小，來(lái)作為標(biāo)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(biāo)定工作線可用直線方程y=kx+b來(lái)表示，因方程中的b是傳感器的初始零點(diǎn)輸出值，k是傳感器的輸出靈敏度，通過(guò)求解方程式，即可確定標(biāo)定時(shí)傳感器的理論零點(diǎn)和理論斜率。由于方程中的x和y是傳感器經(jīng)測(cè)量得到的實(shí)驗(yàn)（校準(zhǔn)）數(shù)據(jù)，因此一般常采用平均斜率法或最小二乘法來(lái)處理和求取擬合直線。
1.平均斜率法
標(biāo)定工作直線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)（如果有零點(diǎn)輸出時(shí)可經(jīng)處理移至原點(diǎn)）斜率為k的直線，其斜率可按以下步驟得到。
將對(duì)應(yīng)于每一輸入量等級(jí)每次測(cè)量的正反行程加以平均，求得幾個(gè)正反行程的實(shí)測(cè)平均值。然后利用y=kx+b的線性方程式和幾個(gè)實(shí)測(cè)平均值求得幾個(gè)是值，即k1，k2,…，kn 。從而傳感器標(biāo)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(jí)對(duì)應(yīng)的線性標(biāo)定值。
2.最小二乘法
利用最小二乘法時(shí)，通常作如下的兩個(gè)假定：所有自變量（x）的各個(gè)給定值，均無(wú)誤差，變量y的各值，則有誤差；實(shí)際測(cè)量點(diǎn)有幾個(gè)，重復(fù)測(cè)量有幾次。對(duì)應(yīng)的輸出值是y，則第i次測(cè)量得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與擬合直線上相應(yīng)的偏差可表示為
