传感器的校准方法

模拟量传感器对于非关键应用，很多都可以开箱即用。但是为了达到尽可能好的精度，就需要在使用的系统中对传感器进行校准。

为什么需要校准传感器：

1、不同传感器个体的制造差异，即使是同一品牌的两个传感器也可能产生略有不同的读数。

2、传感器的设计差异会造成两个不同的传感器在相类似的条件下可能会有不同的响应。

3、传感器在储存、运输或组装过程中受到热、冷、冲击、湿度等的影响可能会有相应变化。

4、有些传感器会老化，响应会随着时间自然而然地发生变化，更需要定期重新校准。

要校准传感器，就必须有标准参考。标准参考有两类：标准传感器和标准物理参考。

标准传感器：这个需要已知准确的传感器或仪器，用它的参考读数去校准其他传感器。大多数实验室拥有根据NIST标准校准的仪器，用标准传感器或仪器校准过传感器，一般会有校准文档，跟随传感器发出。

标准物理参考：相当准确的物理标准可用作某些类型传感器的标准参考，在非标应用中经常使用校准块就是一个标准物理参考，无论是什么物理量的校准块，都需要确认其标准物理量，去校准传感器。

常用的校准方法：单点校准、两点校准、多点曲线拟合校准

一、单点校准

单点校准是简单的校准类型。如果传感器输出已经缩放到有用的测量单位，则在以下情况下可以使用单点校准来校正传感器偏移误差：

只需要一个测量点。如果应用程序只需要精确测量单个电平，则无需担心其余的测量范围。例如：可能是需要连续保持相同温度的温度控制系统。

传感器是线性的，并且在所需的测量范围内具有正确的斜率。在这种情况下，只需要校准测量范围内的一个点，并在必要时调整偏移量。许多温度传感器都适合进行单点校准。

单点校准也可用作“漂移检查"以检测响应变化或传感器性能恶化。

在非常高的温度下使用的热电偶会出现“老化"效应。这可以通过执行周期性的一点校准并将产生的偏移与先前的校准进行比较来检测。

1、用传感器进行测量读数。

2、将该测量值与参考标准进行比较。

3、从参考读数中减去传感器测量读数获得偏移量。

4、在程序代码中，将偏移量添加到传感器读数输出上就可以获得校准值。

二、两点校准

两点校准稍微复杂一些，但它可以应用于原始或缩放的传感器输出，两点校准本质上是重新缩放输出并且能够校正斜率和偏移误差。在已知传感器输出在测量范围内呈合理线性的情况下，可以使用两点校准。

1、使用传感器进行两次测量：一次接近测量范围的低端，一次接近测量范围，将这些读数记录为“RawLow"和“RawHigh"。

2、使用参考仪器重复这两次测量，将这些读数记录为“ReferenceLow"和“ReferenceHigh"。

3、将“RawRange"计算为 RawHigh – RawLow。

4、将“ReferenceRange"计算为 ReferenceHigh – ReferenceLow。

5、在程序代码中，使用以下公式计算“CorrectedValue"：

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

三、多点曲线拟合校准

要进行曲线拟合一般情况下需要借助Excel或类似的电子表格类型的程序内置的工具进行，里面有很多种拟合方法可供使用。