[测量] 【打赏200元,谢谢了!】请教大家如何理解仪表的零点和...0

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 楼主 | 2019-7-2 09:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 lib6303c 于 2019-7-3 08:57 编辑

大家好!
      仪表的零点和量程校准如何实现,下面这段描述不是很理解?请各位不吝赐教!
”分别测量两个已知真实值的数据点(一般叫做定标点或质控点),然后根据这两点的测量值,标定仪器的计算方法。其本质上归于零点校准和量程校准。首先进行零点校准,也即计算出测量值与标准值之间的误差b,并根据这一误差对测量值进行补偿,自动“抬高”或“降低”测量值来消除系统误差;最后进行量程校准,生成一个比例系数k来消除测量误差,这样便达到了线性校准的两点校准 “

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 楼主 | 2019-7-2 13:18 | 显示全部楼层
自己顶起来,如果我知道了校准方法,我会分享给大家,希望技术大牛不吝赐教!!

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| 2019-7-2 19:20 | 显示全部楼层
这种方法默认仪表在一定范围内是线性的。
而同一平面上两条直线,可通过一个一元一次方程变换:y=a.x+b
所以只要标定两点:
y1=a.x1+b
y2=a.x2+b
即可求解得到系数a和b

这是初中数学课本上的

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 楼主 | 2019-7-2 19:40 | 显示全部楼层
Diyer123 发表于 2019-7-2 19:20
这种方法默认仪表在一定范围内是线性的。
而同一平面上两条直线,可通过一个一元一次方程变换:y=a.x+b
所 ...

谢谢你的解答,线性的我清楚。那如果是非线型的,又该如何计算呢?

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Jsilcon 2019-7-4 08:56 回复TA
@lib6303c :以线性分段为例。假如有1,2,3三个点数据。1,2两点得到的线性方程用于2之前的测量范围。2,3两点得到的线性方程用于2之后的测量范围。 
lib6303c 2019-7-3 08:39 回复TA
@ningling_21 如何分段校准呢?能详细说明吗?谢谢了! 
ningling_21 2019-7-3 07:47 回复TA
非线性需分段校准 
| 2019-7-3 09:06 | 显示全部楼层
非线性的就是你把整个量程截成几段,每一段近似是线性的,然后用线性校准的方法进行校准

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| 2019-7-3 09:11 | 显示全部楼层
lib6303c 发表于 2019-7-2 19:40
谢谢你的解答,线性的我清楚。那如果是非线型的,又该如何计算呢?

同5楼

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 楼主 | 2019-7-3 12:01 | 显示全部楼层
blust5 发表于 2019-7-3 09:06
非线性的就是你把整个量程截成几段,每一段近似是线性的,然后用线性校准的方法进行校准 ...

”分别测量两个已知真实值的数据点(一般叫做定标点或质控点),然后根据这两点的测量值,标定仪器的计算方法。其本质上归于零点校准和量程校准。首先进行零点校准,也即计算出测量值与标准值之间的误差b,并根据这一误差对测量值进行补偿,自动“抬高”或“降低”测量值来消除系统误差;最后进行量程校准,生成一个比例系数k来消除测量误差,这样便达到了线性校准的两点校准 “

这段话怎么理解?

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| 2019-7-3 13:20 | 显示全部楼层
lib6303c 发表于 2019-7-3 12:01
”分别测量两个已知真实值的数据点(一般叫做定标点或质控点),然后根据这两点的测量值,标定仪器的计算方法 ...

零点校准就是真实值为0时,测量值不为零,需要加上一个偏移量来校准,这个偏移量可以是正负值;
量程校准就是真实值为满量程时,测量值与满量程有偏差,需要将测量值乘以一个系数来校准,使得满量程时测量值与真实值一致。

用运放做的放大电路来对比:零点校准类似于调节运放的失调电压,量程校准相当于改变运放的放大倍数。

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| 2019-7-3 14:49 | 显示全部楼层
lib6303c 发表于 2019-7-3 12:01
”分别测量两个已知真实值的数据点(一般叫做定标点或质控点),然后根据这两点的测量值,标定仪器的计算方法 ...

直线方程是y=a*x + b,确定两个点即可求出方程,就可以得出所有点。
零点校准就是求出b的值,这个值可以使直线向上或向下平移,即“抬高”或“降低”测量值来消除系统误差
量程校准就是根据另外一个值求出直线斜率a。

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| 2019-7-3 17:28 | 显示全部楼层
lib6303c 发表于 2019-7-2 19:40
谢谢你的解答,线性的我清楚。那如果是非线型的,又该如何计算呢?

762755d1c74ee9faf7.png 本质上是Y=AX^2+BX+C
我最近也在研究传感器标定温度补偿,可以交流下。

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| 2019-7-3 17:32 | 显示全部楼层
以压力传感器为例。
根据你要标定的产品的特性来决定标定方法,线性好的用2点标定,线性差点的用3点,最多我见过用6点的。
如果是要补偿温度,一般做三个温度,每个温度两个点。
算法的东西一言难尽,你网上查下最小二乘法温度补偿,看完了你基本就会了。

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 楼主 | 2019-7-3 19:58 | 显示全部楼层
wei816 发表于 2019-7-3 17:32
以压力传感器为例。
根据你要标定的产品的特性来决定标定方法,线性好的用2点标定,线性差点的用3点,最多 ...

谢谢你的分享!我是做红外气体分析仪的,信号都是非线性的,需要四个点标定。最终的曲线是y=ax3+bx2+cx+d。

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| 2019-7-3 21:29 | 显示全部楼层
线性就是简单的y=kx,理论上当x为0的时候,y也为0,但是实际上,当x为0的时候,y不为0,为b,所以实际上的曲线为,y=kx+b。
非线性简单来说,就是由几段线性组成,这几段线性的k和b不同而已,需要分别计算求得k和b。这个是由传感器或者测量的物理特性决定的。
你最终的曲线是y=ax3+bx2+cx+d,严格来说,这个不属于简单的线性或者非线性,这个属于拟合曲线,要稍微复杂点的。
---------
以上是我做重量时候的经验,当然行业不同,算法也是不同的,有可能更复杂点,本质上需要你根据传感器得到的数据和真实值之间建立一个函数关系。

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| 2019-7-4 08:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 皈依 于 2019-7-4 08:37 编辑

就喜欢楼主这么实在的人!
仪表校准要分情况,一阶线性、多阶和无曲线规律。
一阶线性就是一条直线,给两个点就能算出斜率,也能算出零点的值。一阶校准就是校零点和斜率,这两个确定了,线性传感器的的校准也就完成了。
多阶校准,就看是几阶的了,2阶取3个点,3阶取4个点,以此类推,计算方法就是方程组,求各阶前面的系数。求出来之后,零点自然也就确定了。
曲线无规律的就需要采样多个点,具体根据精度来,要么按照区间来赋值,要么按照分段线性来,这类传感器比较少,就算有,厂家也有提供数据表,不需要自己去标定,只需要自己去校准零点或者某个数据点。
同时这里有一个问题就是零点漂移,这个一般受环境影响较大,传感器本身的系数不会变,但是零点会变(也就是曲线整体上移或者下移),所以校准零点还是有必要的。
但是大部分仪表都是自动校准零点的,不需要人工校准,人工只校准方程变量的系数。
具体方法是:当仪表开机(或者第一次使用)的时候,给一个时间段来检测零点数据,当数据稳定之后这个时候记录该点的值,就是零点。这个零点的值和方程零点的值的差值,就是零点漂移值。
后续采样得到的具体数值需要加上这个漂移值,才是最终的实际数据。

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| 2019-7-4 08:51 | 显示全部楼层
测量值和标准值之间的关系,属于线性还是非线性,是根据信号特点来的。
把测量值和标准值看成函数关系,在足够小的范围内,是可以用多项式近似表达的。如果范围再大,可以分段。如果再要求过渡点光滑,可以用样条曲线来插值。

你既然是3次方程,那就是4个未知系数。需要至少4个数据点,才能确定这4个系数。
如果有正好4个数据点,求解方程组得到系数。
如果有多于4个数据点,可用最小二乘来拟合出系数。
插值、最小二乘这些,数值分析的书里有介绍。实际解决问题时,用Excel就差不多了。

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| 2019-7-4 09:09 | 显示全部楼层
lib6303c 发表于 2019-7-3 19:58
谢谢你的分享!我是做红外气体分析仪的,信号都是非线性的,需要四个点标定。最终的曲线是y=ax3+bx2+cx+d ...

excel有个求拟合曲线和数据分析的插件,你可以拿原始数据做拟合分析,得出相关性最高的公式。
我做传感器的,一元非线性补偿比较简单,我还有用温度二元补偿呢。

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| 2019-7-5 09:44 | 显示全部楼层
我以前做PH计时,也差不多用这样校正,叫斜率校正。

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| 2019-7-6 22:13 | 显示全部楼层
这段话已经说明是线性校准了,线性校准只要求零点和量程校准推算即可。b修正零点的误差,k值修正量程的误差。但是最好用最小二乘法拟合线性,excel里添加趋势线可以推算看k、b及线性度,也可以通过多项式拟合非线性。无论线性和非线性校准只要关注线性度达标即可。测量仪器标准线性度R2>0.996。

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