基于應(yīng)變計(jì)的傳感器和放大器的選擇和校準(zhǔn)

在選擇基于應(yīng)變計(jì)的傳感器/放大器組合來采集力、負(fù)載、壓力或扭矩等數(shù)據(jù)時(shí)，需要牢記幾個(gè)重要的考慮因素。除了測(cè)量范圍外，還必須考慮傳感器和放大器的靈敏度以及所需的激勵(lì)（電源）電壓。

一旦您選擇了合適的傳感器/放大器組合并啟動(dòng)并運(yùn)行了DATAQ Instruments數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，您將需要顯示和獲取有意義的單位（lbs，psi等）。這是使用WinDaq數(shù)據(jù)采集軟件內(nèi)置的校準(zhǔn)功能實(shí)現(xiàn)的。

本應(yīng)用筆記旨在為您提供必要的知識(shí)，幫助您選擇合適的應(yīng)變計(jì)傳感器/放大器組合，并獲取準(zhǔn)確、有意義的數(shù)據(jù)。

靈敏度（表壓系數(shù)）

靈敏度，有時(shí)稱為表壓系數(shù)，用于確定連接指定電源（激勵(lì)）電壓并施加物理量的傳感器的輸出電壓。將激勵(lì)電壓乘以靈敏度得到傳感器的滿量程輸出（圖 1）。

圖1- 施加10V激勵(lì)，靈敏度為3mV/V

傳感器的最大滿量程輸出為 30mV （10V * 3mV/V）。

瞬時(shí)輸出電壓與施加的物理量成正比。以0-100 psi壓力傳感器為例，它需要10V的激勵(lì)，靈敏度為2mV/V。施加 100 psi 時(shí)，傳感器將輸出 20mV（滿量程輸出），施加 50 psi 時(shí)，傳感器將輸出 10mV（滿量程輸出的一半）。

測(cè)量范圍

與基于應(yīng)變計(jì)的傳感器一樣，放大器也有靈敏度規(guī)格。理想情況下，傳感器和放大器將具有相同的靈敏度，使您能夠利用傳感器的整個(gè)測(cè)量范圍（圖2）。

圖2-計(jì)算靈敏度比（R），R =傳感器靈敏度/放大器靈敏度= 3/3 = 1。

將探頭的滿量程測(cè)量范圍除以R，10，000 psi / 1 = 10，000 psi。

由于傳感器和放大器具有相同的靈敏度，因此放大器能夠放大傳感器的整個(gè)測(cè)量范圍（10，000 psi）。

如果換能器的靈敏度高于放大器，則換能器將未得到充分利用，靈敏度比將>1（圖3）。

圖3-計(jì)算靈敏度比（R），R =傳感器靈敏度/放大器靈敏度= 3 / 2 = 1.5。

將傳感器的滿量程測(cè)量范圍除以 R，10，000 psi / 1.5 = 6666.67 psi。

由于傳感器具有更高的靈敏度，放大器無法放大傳感器的整個(gè)范圍（10，000 psi），從而將滿量程測(cè)量范圍限制在6666.67 psi。

同樣重要的是要記住，雖然制造商可能會(huì)在目錄中將傳感器的靈敏度列為2mV/V，但實(shí)際靈敏度將在規(guī)格表中列為2.09mV/V或2.14mV/V。為了確保最準(zhǔn)確的測(cè)量，在校準(zhǔn)過程中必須考慮這些輕微的偏移（見下表1）。為了確保傳感器/放大器組合能夠容納您嘗試獲取的全部數(shù)據(jù)范圍，可能需要增大傳感器的尺寸（例如，如果您要測(cè)量0-120 psi，請(qǐng)選擇具有0-150 psi滿量程測(cè)量范圍的傳感器）。

如上所示，在選擇基于非放大應(yīng)變計(jì)的傳感器時(shí)，請(qǐng)務(wù)必密切注意靈敏度。基于應(yīng)變計(jì)的傳感器具有 2mV/V 或 3mV/V 靈敏度，非常適合 DATAQ 儀器應(yīng)變計(jì)放大器（DI-8B38-05、DI-8B38-02）。

校準(zhǔn)

使用表 1 中概述的三個(gè)簡(jiǎn)單步驟計(jì)算滿量程和基線值以輸入WinDaq。

計(jì)算滿量程和基線值后，使用WinDaq數(shù)據(jù)采集軟件中內(nèi)置的“歐盟設(shè)置”功能來顯示有意義的工程單位。

使用應(yīng)用示例1（表1）：

在傳感器未施加壓力的情況下，從“編輯”下拉菜單中選擇“工程單位設(shè)置”

保持較低電平，伏特不變，并在低電平，歐盟框中輸入 0（零）

在“上層，伏特”框中輸入 5，在“上層，歐盟”框中輸入 150

將歐盟標(biāo)簽更改為“psi”

點(diǎn)擊“確定”

WinDaq 現(xiàn)在已擴(kuò)展到顯示工程單位 （psi）。

結(jié)論

要使用基于應(yīng)變計(jì)的傳感器/放大器組合顯示和獲取準(zhǔn)確、有意義的數(shù)據(jù)，必須密切注意傳感器和放大器的靈敏度以及所需的電源（激勵(lì)）電壓。