基于应变计的传感器和放大器的选择和校准

星星科技指导员 2022-12-05 1119

描述

在选择基于应变计的传感器/放大器组合来采集力、负载、压力或扭矩等数据时，需要牢记几个重要的考虑因素。除了测量范围外，还必须考虑传感器和放大器的灵敏度以及所需的激励（电源）电压。

一旦您选择了合适的传感器/放大器组合并启动并运行了DATAQ Instruments数据采集系统，您将需要显示和获取有意义的单位（lbs，psi等）。这是使用WinDaq数据采集软件内置的校准功能实现的。

本应用笔记旨在为您提供必要的知识，帮助您选择合适的应变计传感器/放大器组合，并获取准确、有意义的数据。

灵敏度（表压系数）

灵敏度，有时称为表压系数，用于确定连接指定电源（激励）电压并施加物理量的传感器的输出电压。将激励电压乘以灵敏度得到传感器的满量程输出（图 1）。

放大器

图1- 施加10V激励，灵敏度为3mV/V

传感器的最大满量程输出为 30mV （10V * 3mV/V）。

瞬时输出电压与施加的物理量成正比。以0-100 psi压力传感器为例，它需要10V的激励，灵敏度为2mV/V。施加 100 psi 时，传感器将输出 20mV（满量程输出），施加 50 psi 时，传感器将输出 10mV（满量程输出的一半）。

测量范围

与基于应变计的传感器一样，放大器也有灵敏度规格。理想情况下，传感器和放大器将具有相同的灵敏度，使您能够利用传感器的整个测量范围（图2）。

放大器

图2-计算灵敏度比（R），R =传感器灵敏度/放大器灵敏度= 3/3 = 1。

将探头的满量程测量范围除以R，10，000 psi / 1 = 10，000 psi。

由于传感器和放大器具有相同的灵敏度，因此放大器能够放大传感器的整个测量范围（10，000 psi）。

如果换能器的灵敏度高于放大器，则换能器将未得到充分利用，灵敏度比将>1（图3）。

放大器

图3-计算灵敏度比（R），R =传感器灵敏度/放大器灵敏度= 3 / 2 = 1.5。

将传感器的满量程测量范围除以 R，10，000 psi / 1.5 = 6666.67 psi。

由于传感器具有更高的灵敏度，放大器无法放大传感器的整个范围（10，000 psi），从而将满量程测量范围限制在6666.67 psi。

同样重要的是要记住，虽然制造商可能会在目录中将传感器的灵敏度列为2mV/V，但实际灵敏度将在规格表中列为2.09mV/V或2.14mV/V。为了确保最准确的测量，在校准过程中必须考虑这些轻微的偏移（见下表1）。为了确保传感器/放大器组合能够容纳您尝试获取的全部数据范围，可能需要增大传感器的尺寸（例如，如果您要测量0-120 psi，请选择具有0-150 psi满量程测量范围的传感器）。

如上所示，在选择基于非放大应变计的传感器时，请务必密切注意灵敏度。基于应变计的传感器具有 2mV/V 或 3mV/V 灵敏度，非常适合 DATAQ 仪器应变计放大器（DI-8B38-05、DI-8B38-02）。

校准

使用表 1 中概述的三个简单步骤计算满量程和基线值以输入WinDaq。

表1
定义	应用示例1	应用示例2
ST = 传感器灵敏度	ST = 2mV/V	ST = 2.14mV/V
SM = 放大器灵敏度	SM = 3mV/V	SM= 3mV/V
FT = 满量程传感器	FT = 100 磅/平方英寸	FT = 30，000 磅
程序
1. 确定 R （ST/SM)	R = 2/3 = 0.667	R = 2.14/3.00 = 0.7133
2. 确定 +满量程 = （FT/R）	+满量程 = （100/0.667） = 150 psi	+满量程 = （30，000/0.7133） = 42，058 磅
3. 确定基线校准值。	即使在静止时，换能器也可能输出很小的电压。	静止时没有负载，将低校准设置为 0。

计算满量程和基线值后，使用WinDaq数据采集软件中内置的“欧盟设置”功能来显示有意义的工程单位。

使用应用示例1（表1）：

在传感器未施加压力的情况下，从“编辑”下拉菜单中选择“工程单位设置”

保持较低电平，伏特不变，并在低电平，欧盟框中输入 0（零）

在“上层，伏特”框中输入 5，在“上层，欧盟”框中输入 150

将欧盟标签更改为“psi”

点击“确定”

放大器

WinDaq 现在已扩展到显示工程单位（psi）。

结论

要使用基于应变计的传感器/放大器组合显示和获取准确、有意义的数据，必须密切注意传感器和放大器的灵敏度以及所需的电源（激励）电压。

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