傳感器的校準(zhǔn)方法

模擬量傳感器對于非關(guān)鍵應(yīng)用，很多都可以開箱即用。但是為了達(dá)到盡可能好的精度，就需要在使用的系統(tǒng)中對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

為什么需要校準(zhǔn)傳感器：

1、不同傳感器個體的制造差異，即使是同一品牌的兩個傳感器也可能產(chǎn)生略有不同的讀數(shù)。

2、傳感器的設(shè)計差異會造成兩個不同的傳感器在相類似的條件下可能會有不同的響應(yīng)。

3、傳感器在儲存、運輸或組裝過程中受到熱、冷、沖擊、濕度等的影響可能會有相應(yīng)變化。

4、有些傳感器會老化，響應(yīng)會隨著時間自然而然地發(fā)生變化，更需要定期重新校準(zhǔn)。

要校準(zhǔn)傳感器，就必須有標(biāo)準(zhǔn)參考。標(biāo)準(zhǔn)參考有兩類：標(biāo)準(zhǔn)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)物理參考。

標(biāo)準(zhǔn)傳感器：這個需要已知準(zhǔn)確的傳感器或儀器，用它的參考讀數(shù)去校準(zhǔn)其他傳感器。大多數(shù)實驗室擁有根據(jù)NIST標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)的儀器，用標(biāo)準(zhǔn)傳感器或儀器校準(zhǔn)過傳感器，一般會有校準(zhǔn)文檔，跟隨傳感器發(fā)出。

標(biāo)準(zhǔn)物理參考：相當(dāng)準(zhǔn)確的物理標(biāo)準(zhǔn)可用作某些類型傳感器的標(biāo)準(zhǔn)參考，在非標(biāo)應(yīng)用中經(jīng)常使用校準(zhǔn)塊就是一個標(biāo)準(zhǔn)物理參考，無論是什么物理量的校準(zhǔn)塊，都需要確認(rèn)其標(biāo)準(zhǔn)物理量，去校準(zhǔn)傳感器。

常用的校準(zhǔn)方法：單點校準(zhǔn)、兩點校準(zhǔn)、多點曲線擬合校準(zhǔn)

一、單點校準(zhǔn)

單點校準(zhǔn)是簡單的校準(zhǔn)類型。如果傳感器輸出已經(jīng)縮放到有用的測量單位，則在以下情況下可以使用單點校準(zhǔn)來校正傳感器偏移誤差：

只需要一個測量點。如果應(yīng)用程序只需要精確測量單個電平，則無需擔(dān)心其余的測量范圍。例如：可能是需要連續(xù)保持相同溫度的溫度控制系統(tǒng)。

傳感器是線性的，并且在所需的測量范圍內(nèi)具有正確的斜率。在這種情況下，只需要校準(zhǔn)測量范圍內(nèi)的一個點，并在必要時調(diào)整偏移量。許多溫度傳感器都適合進(jìn)行單點校準(zhǔn)。

單點校準(zhǔn)也可用作“漂移檢查"以檢測響應(yīng)變化或傳感器性能惡化。

在非常高的溫度下使用的熱電偶會出現(xiàn)“老化"效應(yīng)。這可以通過執(zhí)行周期性的一點校準(zhǔn)并將產(chǎn)生的偏移與先前的校準(zhǔn)進(jìn)行比較來檢測。

1、用傳感器進(jìn)行測量讀數(shù)。

2、將該測量值與參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

3、從參考讀數(shù)中減去傳感器測量讀數(shù)獲得偏移量。

4、在程序代碼中，將偏移量添加到傳感器讀數(shù)輸出上就可以獲得校準(zhǔn)值。

二、兩點校準(zhǔn)

兩點校準(zhǔn)稍微復(fù)雜一些，但它可以應(yīng)用于原始或縮放的傳感器輸出，兩點校準(zhǔn)本質(zhì)上是重新縮放輸出并且能夠校正斜率和偏移誤差。在已知傳感器輸出在測量范圍內(nèi)呈合理線性的情況下，可以使用兩點校準(zhǔn)。

1、使用傳感器進(jìn)行兩次測量：一次接近測量范圍的低端，一次接近測量范圍，將這些讀數(shù)記錄為“RawLow"和“RawHigh"。

2、使用參考儀器重復(fù)這兩次測量，將這些讀數(shù)記錄為“ReferenceLow"和“ReferenceHigh"。

3、將“RawRange"計算為 RawHigh – RawLow。

4、將“ReferenceRange"計算為 ReferenceHigh – ReferenceLow。

5、在程序代碼中，使用以下公式計算“CorrectedValue"：

CorrectedValue = (((RawValue – RawLow) * ReferenceRange) / RawRange) + ReferenceLow

三、多點曲線擬合校準(zhǔn)

要進(jìn)行曲線擬合一般情況下需要借助Excel或類似的電子表格類型的程序內(nèi)置的工具進(jìn)行，里面有很多種擬合方法可供使用。