传感器输出信号怎么计算

Forsentek Co., Limited 福森泰科傳感測控有限公司
测力传感器输出信号
考虑到灵敏度一般在1.0~2.0mV/V，供电电压在3~15V，传感器的输出信号范围在0~30mV之间，在误差范围内，输出信号与所受的力成正比。

通过内置或外接放大器，传感器可以输出-5~5V，0~3.3V，0~5V，0~10V，0~20Ma，4~20mA等标准信号。

传感器放大器FAM
灵敏度系数（额定输出）
定义----传感器在满量程负载时的输出，一般表示为mV/V
灵敏度范围----一般灵敏度都是以范围标注的，如1.0±10%mV/V或2.0±10%mV/V。

这是因为即使两只相同型号且相同量程的传感器灵敏度也是不同的，如
0.9887mV/V，0.9902mV/V，1.0026mV/V。

这里可以理解为“不存在两个完全相同的东西”。

因为灵敏度的差异，即使同款传感器之间的更换也是需要重新标定的
不同量程的同一款传感器灵敏度是相近的，比如传感器FC10-5kg和FC10-10kg，其灵敏度系数都是1.0±10%mV/V，结合上面的传感器输出信号公式，在供电电压，和力相同的情况下，5kg传感器的输出信号是10kg传感器的（差不多）2倍；同样测量5kg的力，FC10-5kg精度要比FC10-10kg号。

电荷输出型传统的压电加速度计通过内部敏感芯体输出一个与加速度成正比的电荷信号。

实际使用中传感器输出的高阻抗电荷信号必须通过二次仪表将其转换成低阻抗电压信号才能读取。

由于高阻抗电荷信号非常容易受到干扰，所以传感器到二次仪表之间的信号传输必须使用低噪声屏蔽电缆。

由于电子器件的使用温度范围有限，所以高温环境下的测量一般还是使用电荷输出型。

北智BW-Sensor采用进口陶瓷的加速度计可在温度-40oC~250oC范围内长期使用。

低阻抗电压输出型（IEPE）IEPE型压电加速度计即通常所称的ICP型压电加速度计。

压电传感器换能器输出的电荷通过装在传感器内部的前置放大器转换成低阻抗的电压输出。

IEPE型传感器通常为二线输出形式，即采用恒电流电压源供电;直流供电和信号使用同一根线。

通常直流电部分在恒电流电源的输出端通过高通滤波器滤去。

IEPE型传感器的最大优点是测量信号质量好、噪声小、抗外界干扰能力强和远距离测量，特别是新型的数采系统很多已配备恒流电压源，因此，IEPE传感器能与数采系统直接相连而不需要任何其它二次仪表。

在振动测试中IEPE传感器已逐渐取代传统的电荷输出型压电加速度计。

传感器的灵敏度，量程和频率范围的选择压电型式的加速度计是振动测试的最主要传感器。

虽然压电型加速度计的测量范围宽，但因市场上此类加速度计品种繁多，所以给正确的选用带来一定的难度。

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加速度传感器主要技术指标1. 测量范围（Measurement Range）：加速度传感器能够测量的加速度的范围。

常见的测量范围从几个g到几百g不等，其中1g等于地球上的重力加速度9.8m/s²。

2. 分辨率（Resolution）：加速度传感器能够区分的最小加速度变化。

通常以m/s²或g为单位。

3. 灵敏度（Sensitivity）：加速度传感器输出信号相对于输入加速度的变化率，常以mV/g或mV/m/s²表示。

灵敏度越高，传感器对于微小加速度的响应越快。

4. 零点偏移（Zero Offset）：在没有加速度作用下，传感器输出的信号不为零。

零点偏移指的是传感器输出信号与零点之间的差值。

通常以mV为单位。

5. 频率响应（Frequency Response）：加速度传感器能够测量的加速度变化的频率范围。

常见的频率范围从几Hz到几千Hz不等。

6. 噪声（Noise）：传感器输出信号的不确定性。

传感器噪声越小，对于微小加速度的测量越精确。

7. 非线性度（Nonlinearity）：传感器输出信号与输入加速度之间的偏差。

常表示为百分比或者以g为单位。

8. 温度稳定性（Temperature Stability）：传感器在不同温度下的输出信号的变化范围。

温度稳定性越好，传感器的测量精度越高。

9. 动态测量范围（Dynamic Range）：加速度传感器能够测量的最大加速度和最小加速度之间的比值。

动态测量范围越大，传感器能够测量的加速度范围越宽。

10. 失真（Distortion）：因非线性效应导致的传感器输出信号与实际加速度之间的偏差。

失真常以百分比表示。

此外，加速度传感器还可能具有以下特殊技术指标：11. 反向振动抑制特性（Anti-vibration Characteristics）：传感器在高频振动环境下的稳定性能。

反向振动抑制特性好的传感器能够减小振动对于测量结果的影响。

电子科技传感器信号的线性化处理与非线性补偿空军工程大学工程学院(西安710038)　贾智伟　汪　诚北方交通大学(北京100044)　刘红飞 摘　要　主要介绍了两种对传感器输出信号进行线性化处理的方法;同时,对传感器不可避免的非线性提出了线性补偿的方法。

关键词　传感器　非线性　线性化1　概述 在数字仪表中,对非电量的数字化测量所使用的传感器的一个重要指标就是数据的线性化。

但对于传感器来说,输出信号的非线性是绝对的。

这势必难以保证系统的精度与准确度,有时还得规定传感器的使用范围。

为了提高仪器和系统的精度,扩大其使用范围和提高系统的性能价格比,对传感器输出信号或其他模拟信号进行线性化处理与非线性补偿就显得尤为重要。

对传感器信号的线性化处理与非线性补偿方法比较多,但是大都存在如下缺点:电路复杂并且代价也高,从而不利于工程实际。

本文介绍的对传感器输出信号进行线性化处理与非线性补偿的方法,不仅精度高,而且还具有电路简单等优点。

2　线性化处理2.1　函数运算法有些类型的传感器的系统特性可以用函数关系来表示,对于此种类型的传感器,可以把其运算规则(反函数的)存入系统的微处理器,这样每测得一个参量,就可以通过处理器的计算得到一个需要的相应物理量。

例如振筒式传感器的输出信号(频率F)和输入信号(压强P)存在如下的函数关系:F=F01+KP把它的反函数关系存入系统中的处理器后,当测得一个F量时,经过计算就可以得到所需要的P值。

2.2　可变电压源电桥法不平衡单臂电桥已经广泛应用于自动化仪表的传感器线路中。

其原理是:用桥路中的一个桥臂或几个桥臂作为传感器输出的电阻信号,由于传感器的输出电阻信号跟被测物理量或化学参数呈现线性关系,所以电桥的输出信号V0能反映出被测物理量或化学量的变化。

但是由于一般的单臂电桥采用稳压电源供电,从而使得其输出电位与桥臂电阻的变化并不呈线性关系,有时还存在严重的非线性误差。

为了提高其测量的精度和扩大其应用范围,下面提出了一种既简单又能从根本上实现其特性关系线性化的方法———可变电压源单臂电桥。

传感器参数⑴额定容量生产厂家给出的称量范围的上限值。

⑵额定输出（灵敏度）加额定载荷时和无载荷时，传感器输出信号的差值。

由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关，所以额定输出的单位以mV/V来表示。

并称之为灵敏度。

⑶灵敏度允差传感器的实际稳定输出与对应的标称额定输出之差对该标称额定输出的百分比。

例如，某称重传感器的实际额定输出为2.002mV/V，与之相适应的标准额定输出则为2mV/V，则其灵敏度允差为：（（2．002 – 2。

000）/2.000）*100% = 0.1%⑷非线性由空载荷的输出值和额定载荷时输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏差对于额定输出值的百分比。

⑸滞后允差从无载荷逐渐加载到额定载荷然后再逐渐卸载。

在同一载荷点上加载和卸载输出量的最大差值对额定输出值的百分比。

⑹重复性误差在相同的环境条件下，对传感器反复加荷到额定载荷并卸载。

加荷过程中同一负荷点上输出值的最大差值对额定输出的百分比。

⑺蠕变在负荷不变（一般取为额定载荷），其它测试条件也保持不变的情形下，称重传感器输出随时间的变化量对额定输出的百分比。

⑻零点输出在推荐电压激励下，未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。

⑼绝缘阻抗传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。

⑽输入阻抗信号输出端开路，传感器未加负荷时，从电源激励输入端测得的阻抗值。

⑾输出阻抗电源激励输入端短路，传感器未加载荷时，从信号输出端测得的阻抗。

⑿温度补偿范围在此温度范围内，传感器的额定输出和零平衡均经过严密补偿，从而不会超出规定的范围。

⒀零点温度影响环境温度的变化引起的零平衡变化。

一般以温度每变化10K时，引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示。

⒁额定输出温度影响环境温度的变化引起的额定输出变化。

一般以温度每变化10K引起额定定输出的变化量额定输出的百分比来表示。

⒂使用温度范围传感器在此温度范围内使用其任何性能参数均不会产生永久性有害变化二、在《OIML60号国际建议》中采用的术语。

4-20ma供电电路工作原理4-20mA供电电路工作原理一、引言4-20mA供电电路是一种常用的工业控制领域中的传感器供电和信号传输方式。

本文将介绍4-20mA供电电路的工作原理及其在工业控制系统中的应用。

二、工作原理1. 电流模拟量信号4-20mA供电电路是基于电流模拟量信号的传输方式。

在这种方式下，传感器输出的信号被转换成相应的电流值，然后通过电路传输到控制系统中进行处理和分析。

2. 电流变送器为了将传感器的信号转换为电流模拟量信号，通常需要使用电流变送器。

电流变送器通常由电流源、电阻和传感器组成。

电流源为电路提供稳定的电流，而电阻则用于控制电流的大小，使其在4-20mA 范围内变化。

传感器的输出信号通过电阻与电流源相连接，形成了一个闭合的电流回路。

3. 电流传输在4-20mA供电电路中，电流的大小代表了传感器输出信号的大小。

当传感器输出为最小值时，电流为4mA；当传感器输出为最大值时，电流为20mA。

通过改变电流的大小，可以实现对传感器信号的精确传输。

4. 电流计算在控制系统中，接收到电流模拟量信号后，需要进行电流转换以获得对应的传感器信号值。

通常，使用电流计算器进行计算。

电流计算器根据电流模拟量信号的范围和变化规律，将电流转换为相应的传感器信号值。

三、应用场景4-20mA供电电路在工业控制系统中有广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 温度测量在温度测量中，温度传感器通常输出电压信号。

通过将电压信号转换为电流模拟量信号，可以更好地适应工业环境中的干扰和电阻变化。

4-20mA供电电路能够稳定地传输温度信号，保证测量的准确性和可靠性。

2. 压力监测压力传感器通常输出电阻信号。

通过将电阻信号转换为电流模拟量信号，可以减小电阻变化对信号传输的影响。

4-20mA供电电路能够传输精确的压力信号，实现对压力变化的监测和控制。

3. 液位检测液位传感器通常输出电容信号或电阻信号。

通过将电容信号或电阻信号转换为电流模拟量信号，可以提高信号传输的稳定性和可靠性。

目前，国内生产的压力传感器大部分采用的主要是模拟信号输出，如4-20ma、0-5v、0-10v等等。

这里，探讨一下压力传感器输出的4-20mA模拟信号与测量范围的关系。

压力传感器输出的4-20mA信号和压力测量范围的关系是百分比对应的关系。

无论它的测量范围有什么变化，它的输出总是4-20mA，而输出信号的百分比总是和测量范围的百分比一一对应。

比如有一台压力传感器的测量范围是0-100kPa，那么对应百分比关系是：0kPa=4mA，25kPa=8mA，50kPa=12mA，75kPa=16mA，100kPa=20mA。

如果压力传感器的测量范围是0-500kPa，那么对应百分比的关系是：0kPa=4mA，125kPa=8mA，250kPa=12mA，375kPa=16mA，500kPa=20mA。

通过测量压力传感器的输出电流信号，计算其对应的输出信号的百分比的值，再根据无线压力传感器的测量范围就可以计算出无线压力传感器所检测到的压力值。

4-20mA的测量信号是国际统一的，标准的测量信号，任何测量仪表的输出值都是4-20mA，包括对温度、流量、液位以及其它的振动、位移等机械量的检测，电化学类分析仪的检测信号。

对于其后的显示仪表、计算机画面显示值，只要给予定义与测量范围一样的范围，那么就可以在显示仪表、计算机画面上实时显示检测值。

最后我们说的是，压力传感器的压力适用范围是分级的。

这是因为压力传感器的弹性膜承受流体压力有一个限度。

这就是通常所说的耐压极限，超过此极限弹性膜便破裂了。

一般来说，每一传感器都有20 - 300 %的过压能力。

因此，产品说明书上的压力最大量程为耐压极限的30 - 80 %. 选用过高的压力量程是不必要的。

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压力传感器的设计计算公式压力传感器是一种能够将压力信号转换为电信号的装置，它在工业控制、汽车制造、医疗设备等领域都有着重要的应用。

在设计压力传感器时，需要考虑到多种因素，包括传感器的灵敏度、精度、线性度等。

而在进行设计计算时，需要使用一些公式来帮助确定传感器的参数和性能。

1. 压力传感器的灵敏度计算公式。

压力传感器的灵敏度是指传感器输出信号与输入压力之间的关系。

一般来说，灵敏度可以通过以下公式来计算：S = ΔV/ΔP。

其中，S表示传感器的灵敏度，ΔV表示输出电压的变化量，ΔP表示输入压力的变化量。

通过这个公式，可以确定传感器在单位压力变化下的输出电压变化，从而评估传感器的灵敏度。

2. 压力传感器的精度计算公式。

压力传感器的精度是指传感器输出信号与实际压力值之间的偏差程度。

精度可以通过以下公式来计算：精度 = |(输出值理论值)/理论值| 100%。

通过这个公式，可以确定传感器输出值与理论值之间的偏差程度，从而评估传感器的精度。

3. 压力传感器的线性度计算公式。

压力传感器的线性度是指传感器输出信号与输入压力之间的线性关系程度。

线性度可以通过以下公式来计算：线性度 = |(最大偏差值最小偏差值)/满量程| 100%。

通过这个公式，可以确定传感器在整个量程内的输出信号与输入压力之间的线性关系程度，从而评估传感器的线性度。

4. 压力传感器的温度补偿计算公式。

压力传感器在不同温度下的性能可能会有所变化，因此需要进行温度补偿。

温度补偿可以通过以下公式来计算：V_comp = V + α(T T_ref)。

其中，V_comp表示经过温度补偿后的输出电压，V表示未经过温度补偿的输出电压，α表示温度系数，T表示当前温度，T_ref表示参考温度。

通过这个公式，可以确定在不同温度下的输出电压，从而进行温度补偿。

5. 压力传感器的信噪比计算公式。

压力传感器的信噪比是指传感器输出信号与噪声信号之间的比值。

信噪比可以通过以下公式来计算：SNR = 20 log10(V_signal/V_noise)。

测量类传感器输出的信号，听说过四个你就是行家了测量类传感器有很多种，我们经常听见的都测距、位移、模拟量等，这些传感器有个共同的特征，就是可以实时的给出被测物位置或者位移的信息。

那么测量类传感器都有哪些类型的输出？这些输出又有什么特点呢？今天小编就和大家一起来看看。

模拟量电压：模拟量电压信号输出的传感器通常输出电压为0-10V，也有0-5V的，模拟量电压输出的信号优点就在于数据处理转换起来比较方便，电压与距离信息如下图所示；还有就是模拟量电压的输出速度比较快。

通常分辨率为在整个范围内分为2的11次方到2的13次方，如果精度特别高的，分辨率会更好，数据位会更多。

模拟量电压的缺点就是其信号容易受到外界噪声的干扰（相对于电流型）。

需要专门的模拟量电压模块进行数据采集。

输出电流与距离的关系模拟量与PLC连接方法模拟量电流：模拟量电流用的最多的就是4-20mA，其输出原理及分辨率等都和模拟量电压一样。

优点如下：速度快，不容易受到外部噪声干扰。

缺点：数据处理转换起来相对于电压型麻烦一点。

需要专门的模拟量电流模块进行数据采集。

输出电流与距离的关系串口485：串口485的信号质量好，精确度高，传输距离远。

但是速度慢，而且对于使用者而言，需要使用收发报文的方式进行信号处理，相对来说较为麻烦一点，尤其对于接触不多的人比较难以理解。

需要专门的485通讯模块采集信号。

串口模块串口232：串口232信号信号质量好，精确度高，速度比485的快。

但是传输距离近，而且对于使用者也同样存在稍微难理解的问题，对于接触不多的工作人员比较难以掌握。

需要专门的232模块进行输出采集。

IO-LINK输出：这种是目前比较时髦的一种输出类型，很多传感器厂家都在生产IO-LINK模块，通常带IO-LINK输出信号的传感器先连接到这个IO-LINK的模块上，然后模块通过总线的形式与上位机通讯。

IO-LINK的优点在于：传输效率高，精确度好，可以随时对传感器进行设置，不仅可以监控传感器的输出状态，还可以监控传感器是否损坏（一般的直接接到PLC的传感器我们只能知道是否接收到其输出信号，但是传感器是否损坏我们是不知道的）。