如何使用DI-5B38應(yīng)變放大器校準(zhǔn)基于應(yīng)變計(jì)的傳感器

正確校準(zhǔn)基于應(yīng)變計(jì)的傳感器可能是一項(xiàng)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(zhǔn)確測量psi，微應(yīng)變，lbs或任何其他量。本應(yīng)用筆記旨在闡明使用DATAQ Instruments的DI-5B38型應(yīng)變計(jì)輸入模塊和WinDaq數(shù)據(jù)采集軟件成功校準(zhǔn)任何應(yīng)變計(jì)或基于應(yīng)變的傳感器所需的步驟。

了解應(yīng)變計(jì)和基于應(yīng)變計(jì)的傳感器

基于應(yīng)變計(jì)的傳感器只不過是一種將物理量（例如磅、微應(yīng)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(dāng)施加在量具上的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，由于量具在負(fù)載下的彎曲，電阻會發(fā)生變化。這類似于當(dāng)導(dǎo)線彎曲時(shí)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(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和記錄。一些常見的基于應(yīng)變計(jì)的傳感器是：壓力傳感器、應(yīng)變計(jì)和稱重傳感器。這些類型的測厚儀依賴于適當(dāng)?shù)募铍妷海援a(chǎn)生信號輸出。我們將把激勵作為我們的下一個(gè)主題。

激勵的作用

換能器不能輸出任何東西，因?yàn)樗鼪]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(yīng)用的激勵電壓是有限制的。每個(gè)傳感器都有一個(gè)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(dǎo)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(yīng)變計(jì)的傳感器。

什么是“量具系數(shù)”？

表壓系數(shù)的另一個(gè)名稱是靈敏度。這是一個(gè)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(yīng)變計(jì)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(yīng)變片在任何給定時(shí)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(gè) 5V 供電。通過數(shù)學(xué)計(jì)算很容易看出，該傳感器在滿量程時(shí)將輸出2mV×5V = 10mV。此外，這個(gè)10mV輸出將代表100 psi，因?yàn)檫@是傳感器可以測量的滿量程極限。如果您記住應(yīng)變計(jì)或基于應(yīng)變計(jì)的傳感器將有一個(gè)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(gè)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?wù)勎覀兯f的“理想”和“真實(shí)”量具因子。在這一點(diǎn)上，您可能想知道為什么要關(guān)注這兩個(gè)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(gè)理想的數(shù)字，可以很好地作為從目錄中選擇傳感器的點(diǎn)，但它沒有考慮從一個(gè)傳感器到另一個(gè)傳感器發(fā)生的微小差異。當(dāng)您從商店購買電池時(shí)，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(shí)不需要 9V 電池在任何給定時(shí)刻正好是 9V，但我們可以說明兩個(gè)電池之間的區(qū)別。同樣，根本不可能使一個(gè)換能器與另一個(gè)換能器相同。因此，每個(gè)制造的傳感器都有一個(gè)更精確的值，包含在應(yīng)變計(jì)中。這是您必須用來執(zhí)行精確校準(zhǔn)的“真實(shí)”值，從而確保更準(zhǔn)確的測量。您可能會看到基于應(yīng)變計(jì)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(jì)算器時(shí)造成任何困難。讓我們考慮一下，如果我們忽略“真實(shí)”量具因子，會引入多少誤差。讓我們使用2.14mV / V作為“實(shí)際”表壓系數(shù)，并將其與2mV / V進(jìn)行比較，后者將作為“理想”表壓因數(shù)。如果我們現(xiàn)在進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)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(shí)”量具因子來避免這種潛在誤差。

將放大器與應(yīng)變計(jì)或基于應(yīng)變計(jì)的傳感器相匹配

將放大器與應(yīng)變計(jì)或基于應(yīng)變計(jì)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(diǎn)了解。理想情況下，我們希望基于應(yīng)變計(jì)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(yīng)用增益，校準(zhǔn)將設(shè)置為傳感器的正負(fù)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(dá)到的整個(gè)范圍，換能器將得不到充分利用。上述相同過程也可以應(yīng)用于這種情況。

通過 3 個(gè)簡單步驟校準(zhǔn)任何基于應(yīng)變計(jì)的傳感器

* 在 WinDaq/Pro 或WinDaq/Pro+ 中，在“固定校準(zhǔn)”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(zhǔn)”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(zhǔn)零點(diǎn)的傳感器）可能會在WinDaq/Pro或WinDaq/Pro+軟件中選擇低校準(zhǔn)時(shí)強(qiáng)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。