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地磅传感器模拟器的使用及校准

时间:2018-01-12 16:23   来源:http://www.jrscale.com   访问量:

本文介绍了 XY1地磅传感器模拟器的使用方法、使用注意事项及校准方法。

1.引言

XY1型应变传感器模拟器可 模拟应变式称重、测力、压力、扭矩、加速度等各种传 感器的标准输出信号,用来校准、检验相应的指示仪 表,调试各种自动衡器和自动化系统,还可测量供桥 电压、环境温度,并具有可编程功能,是一款高性能、 高准确度、多用途的应变传感器模拟器,2.00 本的XY1型模拟器的内部分辨率巳达到了 100 码。本文就XY1型传感器模拟器的使用方法、使用 注意事项和校准方法作一些简单介绍。

2.传感器模拟器的基本使用方法

2.1传感器模拟器的主要功能是输出一个标 准的应变传感器信号,用来检查仪表在各种不同的 测试条件下是否都能符合标准的要求。XY1型模拟 器有四种方式设置输出信号值,即步进输出、数字键 直接设置、在设置范围内步进输出。下面将分别介 绍三种方式的操作方法。

2.2步进输出方式

步进输出方式也称为功能0状态。如果没有设 置输出范围下限,称重指示器开机后模拟器进入步 进输出方式,显示屏显示“F0 0.0000”“F0表示步 进输出方式,“0.0000表示当前输出信号为 0.0000mV/V在模拟器的其它工作状态,按返回键,模拟器也会进入步进输出状态。在此状态下,每 按一次增加键,输出增加一个步长值,直到最大输 出信号2.0000mV/V;每按一次减小键,输出减小 一个步长值,直到输出信号为0.0000mV/V出厂时 步长值设为0.1000mV/V步长值可按设置”、数字 键、确认键修改。按满量程”键输出最大信号 2.0000mV/V零点,输出信号回到0.0000mV/V

2.3数字键直接设置方式

功能1”键就进入了数字键直接设置方 式,也称为功能1状态,显示屏显示“F1 0.0000”, “F1”表示直接设置方式0.0000表示当前输出信 号为0.0000mV/V输入数字后按确认键,即按输 入的设定值输出信号。如果输入值大于2mV/V 输出信号最大值2.0000mV/V

2.4设置范围内步进输出方式

有的称重指示器最小输入信号电压大于0mV 因此测试时要给出一个信号电压下限,即对应于地磅空载状态下的信号电压。为了测试称重指示器在 放大倍数最大,即每检定分度值e的输入信号电压 最小的状态下的性能,要限制最大秤量时的信号电 压。例如,称重指示器供桥电压5V最大检定分度数 n=5000每检定分度值e的最小输入电压为 1 UV信号电压的下限为1mV可以计算出,最大秤 量时的信号电压为6mV对应信号电压下限的传感 器信号为1mV/5V=0.2mV/V;对应最大秤量的传感 器信号为6mV/5V=1.2mV/V为了方便测试,按“设 置零点0”、“ 2确认键,设置信号范围下限为0.2mV/V,设置满量程”、“;!”、“•”、 2确认键设置满量程输出信号为1.2mV/V 功能2即进入设置范围内步进输出方式, 功能2状态,模拟器屏幕显示“F2 0”,输出信号为 0.2mV/V,屏幕上数字0”表示当前输出信号是设定 的量程范围的下限。如果设置了不为零的下限值 每次上电,模拟器将自动进入功能2状态。按“满量 程模拟器屏幕显示“F2 10000输出信号为 1.2mV/V,数字10000表示整个量程分成10000 分度每个分度对应的传感器信号为 (1.2mV/V- 0.2mV/V) /10000=0.1 u V/V,当前输出信 号是量程范围的上限。在功能2状态每按一次“增 力口减小,数值加或减一个步长输出信号相应 变化一个步长。刚进入功能2状态时步长为1000 分度,每按1“ •”键,步长减小一个数量级。当步 长减小到1个分度时,再按“•”键,则步长恢复到 1000分度。

为了防止非线性误差太大,上下限之间的信号 输出差值一般不要小于0.5mV/V最低也不要小于 0.3mV/V

2.5在执行用户程序的状态下输出信号

XY1型模拟器具有可编程功能,在执行用户程 序时,可按用户程序输出相应的信号。例如,在用户 程序中使用“SET 1.2345”语句,当用户程序执行过 该语句后,模拟器就会输出1.2345mV/V的信号。

3.模拟器误差及其影响的分析

3.1模拟器的误差可以分为零点误差、量程误 差、重复性误差、非线性误差等,影响误差的因素有 固有误差、环境温度影响、激励电压变化的影响、时 间的长期影响等。XY1对环境温度影响和激励电压 变化影响可以分别进行修正,而且在测试过程中,模 拟器应处于影响量的作用范围之外,因此下面重点 分析前4项误差的影响。

3.2零点误差

零点误差指在模拟器屏幕指示输出为0mV/V 时,实际输出信号偏离真实零点的数值。该误差可 以简单地进行修正:校准”、“ 0 ”“ 0 ”“ 0 ”“ 0 ”、 确认键即进入零点校准状态。用6位半以上的数 字万用表测量模拟器的零点输出,测量前应先校准 数字表的零点,并选择适当的滤波参数减小噪声的 影响。如果模拟器零点偏正方向,按减小键,如果 偏负方向,按增加键,显示接近零时,按确认”键 即完成了零点校准。实际上用被测仪表也可以进行 零点的校准,方法同上。影响零点的因素主要是热电 效应,用以上方法校准后,实际上还有热电效应的影 响在里面,不一定是真实的零点。

在测试称重指示器时,模拟器的零点误差实际 上没有大的影响,关键是测试过程中信号源零点的 稳定性。为了减少信号源零点变化的影响,模拟器在 测试前应有一定的预热时间,一般有几分钟就足够 了。模拟器应放在温度适当稳定的环境,特别是不要 让导线接头、接插件靠近热源,不要用手触摸这些部位。

3.3量程误差

量程误差指模拟器满量程输出信号与零点输出 信号之差与标称满量程值之间的偏差。量程误差一 定要用高准确度的数字电压表进行校准,如果没有 条件,不要轻易进行校准。实际上量程误差对称重指 示器的检测影响并不大,仅仅影响对称重指示器信 号范围的检测,而对该指标测试的相对误差要求是 很宽的。同零点误差类似,一般情况下,我们最关心 的是称重指示器在测试过程中量程的稳定性, 而不 是指示器量程范围的误差。按本文4中介绍的方法, 对模拟器量程误差要有较高的要求。周期校准后, XY1型模拟器的量程误差小于0.01%FS量程的稳 定性优于50ppm/月。

3.4重复性误差

XY1型模拟器的输出信号电压是由高精度的 DA电路产生,没有用开关切换的传感器模拟器因 接触电阻变化引起的重复性误差,因此XY1型模拟 器的重复性误差是很小的,能满足对一般称重指示 器的检测要求。XY1型模拟器的重复性误差主要由 零点漂移引起。只要环境温度足够稳定,并且避免人 手接触等原因造成局部温度梯度产生热电势XY1 的零点也是足够稳定的。

3.5非线性误差

XY1的非线性误差指标是小于0.005%FS典型 值小于0.002%FS

按照最新修改的国际建议OIML R76《非自动 衡器》规定的在指示器测试中对传感器模拟器的要 求,模拟器的误差应小于指示器最大允许误差的 1/5,在指示器每检定分度值e的输入信号电压最小 的状态下,如1 uV/e指示器的误差分配系数pi=0. 5,仪表的最大允许误差为± 0.25e则模拟器的误差 应小于0.05 uV或至少模拟器的重复性误差应小于0.05 uV注意这里强调的是重复性误差一定要 满足要求,对信号的准确度等级指标可以放宽,原因 是在信号电压值很小的状态下,高准确度的信号源 很难实现。因此标准中规定了如果传感器模拟器不 满足在指示器最大放大状态下即每检定分度值的 输入信号电压最小的状态)对测试信号源的误差要 求时,可以进行两步测试,先在指示器的低放大状态 下通过5个测试点测试误差曲线的形状,然后在指 示器的最大放大状态下测试测量范围低端、高端两 点的误差,将第一步测试的曲线形状代入最大放大 状态下的测试结果的允差带图中,检查是否超出允 差带范围。严格说起来,两步测试的方法并不严密 只是一种无奈的解决方法。

4.代替砝码标定地磅的方法

4.1更换地磅指示器时的标定方法

地磅使用过程中,如果仪表损坏或仪表需要升 级换代,都要更换新的仪表。一般情况下,都要用砝 码重新标定地磅,这对于大型地磅就比较困难,需要 很多的时间、人力和费用。用模拟器可以方便地解决 这个问题。地磅安装好及标定完后,或仪表升级前 (要确认地磅是正常、准确的,用XY1型模拟器确 定出地磅零点和最大秤量时的传感器信号值,做好 记录。更换仪表时,用原来记录的零点信号和最大秤 量信号标定新的仪表,再用新的仪表代替原来的仪 表即可。下面用实例说明具体的操作过程。

例如有110t地磅,分度值e=5kg最大秤 量内码为40000,刚通过检定,符合规程要求。

接通仪表电源,置零后拆下仪表的传感器接线 换上模拟器,将仪表调到细分显示状态或内码显示 状态,将模拟器调整到F0状态,按增加“减 小键,使仪表示值略大于0,如仪表的示值为 I1=255((内码,模拟器指示为:^=0.3¥/¥,记录下 来。再按增加减小键,使仪表示值接近最大秤 量的内码40000,如仪表的示值为^=39808,模拟器 指示为m2=1.2mV/V也记录下来。

设秤台零点时传感器的信号为me最大秤量时 的信号为m3,按以下公式计算: m0=m1- Ii ><( m2- m]) / I2- I]) m3=m2-+ Max-12) > m2- m1) / I2- I1)

可以求出:

mc^0.23840mV/Vm31.20464mV/V

以上内容用图形表示

001.jpg

XY1型模拟器的F1状态下,输入%,仪表 应显示0,输入m3,仪表应显示最大秤量的内码。如 果有误差,可能是仪表或模拟器的零点漂移或非线 性造成,可微调一下模拟器的输出即珣,m3值),使 仪表示值为0Max记录好最终的m0m3数据,妥 善保存。

地磅的检定周期内,原来的仪表故障,需要更 换新的仪表。用记录的m(0.23840mV/V)作为零 m(1.20464mV/V)作为最大秤量的传感器信 号标定新仪表, 标定好后用新仪表代替原来的仪表 即可。

使用该方法时几个需要注意的问题:

1测定I1I2时,一定要用称重指示器的内码 或细分显示状态,否则会产生较大的误差。

2信号源从传感器改到模拟器时,仪表不能关 机或断电,否则仪表开机自动初始置零后,原来的零 点就会丢失。

3如果地磅更换了传感器,或传感器参数有了 漂移,不能用该方法修正。

4如果地磅的传感器信号范围太小,比如零点 信号为0.8mV/V最大秤量信号为0.9mV/V则本方 法可能会产生较大的误差。实际上,在这种状态下,一 般的传感器和称重仪表也很难满足地磅性能的要求。

5XY1型模拟器F1功能输入mem3 可以输入5位小数,以达到最大的内部分辨率。

6不同型号的6线制称重指示器用本方法代 换,准确度可以保证。

74线制仪表代换时,模拟器的接线电阻不能 有变化,否则会产生较大的误差。

84线制仪表与6线制仪表之间代换,会产生 一定的误差,传感器连接线电阻越大,产生的误差越大。

9模拟器校准后,可用不同的模拟器标定新仪表,但误差比用同一台模拟器标定的要大。模拟器 校准后的误差一般小于0.01%FS

10如果地磅非线性较大,还要记录下非线性的 数据,以便修正新仪表,具体方法与仪表的非线性修 正方法有关,此处从略。

11本方法仅用于仪表替换时的调整,不能代替地磅的检定。地磅检定必须用砝码等标准器。

4.2己知传感器额定输出时的衡器标定方法

在一些特殊的大型地磅或设备上,可能现场无 法用砝码对地磅进行标定,这时可事先测量出称重 传感器的额定输出,再计算出零点和最大秤量时的 传感器输出信号,然后用模拟器对仪表进行标定,即 可完成地磅的标定过程。这里应注意接线盒对传感 器灵敏度的影响,最好用额定输出一致的传感器直 接并联而不采用接线盒调整四角误差。

例如,有一个200t大型料仓,自重50t4 80t传感器支撑,传感器的灵敏度为2mV/V输出直 接并联。可以计算出,料仓空载时传感器的输出为 0.3125mV/V料仓满载时传感器的输出信号为 1.5625mV/VXY1型模拟器为信号源,分别用这 两个数值作为零点和最大秤量对称重指示器进行标 定,然后接入传感器信号,即完成了料仓的标定。

这种方法只能用于准确度要求较低的场合或非 贸易结算的场合。

5.用于交流激励指示器

XY1的设计是仅适用于传感器激励电源为直 流电压的称重指示器,如果用于测试传感器激励电 源为交流电压的称重指示器,如HBM公司的AD 104数字模块、XK3190- DS2m型称重指 示器,虽然模拟器也能工作,但模拟器的反接指示灯 闪动,表示加在模拟器上的激励电压有反向电压;用 模拟器的激励电压测试功能测量出的激励电压仅接 近交流峰值电压的一半,因此模拟器交替显示“F0 X.XXXX”“F0- - L——,表示激励电压过低;模 拟器的满量程输出信号下降到标称值的1/2左右, 即接近1 mV/V;模拟器的零点误差、零点稳定性、量 程稳定性和非线性等指标都略有下降。因此,对于交 流激励的称重指示器XY1型模拟器只能做比较粗 略的测试,不能作为标准器使用。

6.模拟器的校准方法

6.1校准用标准器

校准XY1型传感器模拟器使用的标准器为6 位半或以上,10V电压档的准确度优于0.001%测量 +0.001%满程值的高精度数字电压表。校准时还需 要一台高稳定性、高分辨率、输出范围大于5_20V 高精度稳压电压源,其电压稳定度应优于5ppm/min 否则需要频繁地校准电压源,非常麻烦。如果需要进 行温度影响的校准,还需要一台高低温箱。

6.2XY1型模拟器的校准一般有以下几个步骤:

1电压源连接模拟器的激励电压输入端子,数 字电压表接到模拟器信号输出端,激励电压调整到 10V通电预热10分钟。

2校准模拟器的电压示值。按校准44”、 44确认键进入电压校准状态。输入当前激 励电压值,按确认键,等到显示“U XX.XX就表 示电压示值校准完成。

3检查温度显示是否正常即接近室温),并记 录下来,作为温度影响修正的基准温度,即模拟器的 校准参数P7

4校准零点和满量程输出。先校准好数字电压 表的零点。用数字电压表检查激励电压,调整到 10V±0.0002V如果稳压源的调整分辨率不够,应 记下实际激励电压值。用数字电压表检测输出电压。 模拟器电压选择开关拨到5_10V档,按校准”、 8888确认”键进入零点和满量程校 准。用增加”‘减小键调整输出为0mV± 0.2 u V 确认键,用增加/减小”键调整输出为 20mV± 0.2 u V,按确认键。再将模拟器电压选择 开关拨到10-20V档,同上方法再次校准零点和满 量程输出值到标称值。如果激励电压不是10V 0.0002V 满量程输出值应作相应的修正。

5检查非线性误差,如果超标,按模拟器使用说 明书对模拟器的非线性进行修正,一般情况下不需 要进行非线性修正,非线性修正的系数均应为零。

6激励电压调整到20V±0.0004V记录模拟器 零点和满量程的输出值, 零点修正后的满量程输出 信号值每大1uV模拟器的“Pd参数值应比原来的 数值减小2.5“Pd”参数为10—20V档的电压修正系 数,单位是ppm/V

7模拟器电压选择开关拨到5_10V档,激励电 压调整到5V±0.0001V档,记录模拟器零点和满量 程的输出值,满量程值每大1 u V“PC参数值应加 20“PC”参数为5—10V档的电压修正系数,单位是 ppm/V

修改“Pd,,、“PC,,参数值的方法是按校准”、 5,“ 5,“ 5,“ 5确认”键进入温度和电压影响校 准状态,反复按确认键,等到显示“PC X.XX” 输入新的“PC”参数值,再按确认键,显示“Pd X.XX”输入新的“Pd”参数值,再按确认”、“返回 即可。

8)温度影响的修正方法

因为模拟器一般在良好的环境下使用,其量程 的温度影响一般小于5ppm/°C所以XY1型模拟器 出厂时一般不做温度影响修正。如果使用条件比较 恶劣,或对模拟器有较高的要求,可进一步修正模拟 器的温度影响。修正时,将模拟器放入高低温箱,激 励电压调到10V 0.0002V测量在使用温度范围下 限和上限时模拟器在5-10V10-20V档的零点、 满量程输出信号值,计算在低档;5~10V)零点温度 修正系数“P8单位 0.0001mV/V.°C;低档 5~10V) 输出温度修正系数“P9”单位是ppm/°C ;高档 (10~20V)零点温度修正系数“PA单位 0.0001mV/V.°C;高档;10~20V)输出温度修正系数 “Pb单位是 ppm/C然后按校准555”、 5确认键进入温度和电压影响校准状态,显示 “P7 25.0,输入第3步记录的“P7”参数值,按“确 认键,显示“P8 0.0”时,输入新的“P8”参数值,再 确认键,直到输入完Pb 参数值,再按确认”、 返回键即可。如果原来的修正值不为零,则将新的 修正值加到原来的修正值上。

7.结论

传感器模拟器是地磅和称重指示器检修、测试 工作的方便工具,掌握了正确的使用和校准方法就 能充分发挥其作用,对地磅生产、使用、维修和计量 管理工作会有很大的帮助