CN115727929B - 一种磁致伸缩传感器校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器校准技术领域，尤其涉及一种磁致伸缩传感器校准方法及装置。由于纺丝工艺中对液面检测需求较高，因此磁致伸缩传感器在使用前需要对其进行校准来尽可能地消除自身的误差。本发明在校准过程中通过抽水、称重、换算来算出理论上液面高度变化，然后将其与磁致伸缩传感器实际测出的数值进行比较，从而得到磁致伸缩传感器的误差值，并将磁致伸缩传感器的测量范围分成了多个测量段，每个测量段都有对应的误差值，并且将这些误差值集中生成误差库，则在磁致伸缩传感器的实际使用中，就可以根据活动磁环所在的测量段来对磁致伸缩传感器的测量结果进行对应的误差值补偿，从而保证磁致伸缩传感器对液面位置测量的准确性。

Description

一种磁致伸缩传感器校准方法及装置

技术领域

本发明涉及传感器校准技术领域，尤其涉及一种磁致伸缩传感器校准方法及装置。

背景技术

在纺丝工艺中，经常需要通过传感器来对料液的液面位置进行测量。磁致伸缩传感器是一种通过非接触式的测控技术来精确地检测活动磁环在检测杆上的绝对位置、进而测量被检测产品的实际位移值的传感器，其活动磁环和检测杆并无直接接触，因此可以避免摩擦对检测结果造成的影响，适合用于液位的检测。

磁致伸缩传感器在检测液位时的结构如图1所示，其活动磁环会安装在一个浮球内，将带有检测杆的主体进行固定，浮球会随着液位的变化而移动，从而通过浮球带动活动磁环的移动实现对液位的检测。由于纺丝工艺中对液面位置的精度要求非常高，通常只有几丝的偏差，因此磁致伸缩传感器自身的误差就可能会影响到检测的准确性。

因此，需要一种能够对磁致伸缩传感器进行校准的方法和装置。

发明内容

本发明提供了一种磁致伸缩传感器校准方法，可以有效地解决背景技术中的问题。本发明还提供一种磁致伸缩传感器校准装置，可以起到相同的技术效果。

本发明提供的一种磁致伸缩传感器校准方法，步骤包括：

S10：在第一容器中加水，将磁致伸缩传感器固定安装第一容器上方，并使浮球和检测杆均伸入水中；记录第一容器截面面积为S，并记录此时磁致伸缩传感器检测出的距离数据为h0；

S20：从第一容器中抽出质量为m的水；

S30：记录磁致伸缩传感器检测出的距离数据为h，则可算出浮球测量下降距离Hg；根据抽水量计算液位理论下降距离Ht；之后可得误差值ΔH=Hg-Ht；

S40：重复多次S20~S30，设n为抽水次数，则可得到多个误差值ΔHn；设定合格误差区间，当所有ΔHn均在合格误差区间内时判定磁致伸缩传感器合格；

S50：建立误差库，用于记录磁致伸缩传感器各个测量段的误差值，误差值ΔHn对应测量距离为(n-1)·Ht~n·Ht的测量段。

进一步地，步骤S20中，使用蠕动泵从第一容器中抽取定量体积的水。

进一步地，步骤S20中，将第二容器放置在称重装置上进行称重，从第一容器中抽出的水直接排入第二容器内。

进一步地，步骤S20~S30中，通过检测磁致伸缩传感器的电流值I来计算出磁致伸缩传感器检测出的距离数值，具体计算方法如下：

记磁致伸缩传感器的有效检测范围内电流下限值为Imin、电流上限值为Imax，对应有效检测范围内检测距离下限值为Lmin、距离上限值为Lmax，则磁致伸缩传感器的检测数据h=I·(Lmax-Lmin)/(Imax-Imin)。

进一步地，步骤S40中，对于第n次抽水，有：

磁致伸缩传感器测量数据为hn；

液位理论下降距离Ht=m·ρ/S，ρ为水的密度；

浮球测量下降距离Hgn=hn-h(n-1)；

误差值ΔHn=Hgn-Ht。

进一步地，步骤S40中，对于第n次抽水，有：

磁致伸缩传感器测量数据为hn；

液位理论下降距离Htn=n·m·ρ/S，ρ为水的密度；

浮球测量下降距离Hgn=hn-h0；

误差值ΔHn=Hgn-Htn。

本发明还提供的一种磁致伸缩传感器校准装置，用于实现上述的磁致伸缩传感器校准方法，包括：

第一容器，内部有向上开口的腔体；磁致伸缩传感器固定在所述第一容器顶部；

称重装置，用于对第二容器进行称重；

抽水装置，用于将水从第一容器中抽出并排入第二容器内；

电流检测装置，用于检测磁致伸缩传感器的电流。

进一步地，所述第一容器底部设置出水孔，所述抽水装置从所述出水孔向外抽水。

进一步地，所述抽水装置为蠕动泵。

进一步地，所述第二容器底部设置支撑盘。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本方法通过抽水来使液面高度产生变化，通过对抽出水的量进行称重计算出理论上液面高度变化的数值，然后将其与磁致伸缩传感器实际测出的数值进行比较，从而得到磁致伸缩传感器的误差值，来判断磁致伸缩传感器的误差是否合格；并且本方法在获取误差值时，通过多次抽水、计算误差量的方式，将磁致伸缩传感器的测量范围分成了多个测量段，每个测量段都有对应的误差值，并且将这些误差值集中生成误差库，则在磁致伸缩传感器的实际使用中，就可以根据活动磁环所在的测量段来对磁致伸缩传感器的测量结果进行对应的误差值补偿，从而保证磁致伸缩传感器对液面位置测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为磁致伸缩传感器的结构示意图；

图2为本发明中ΔHn的计算方式一的原理示意图；

图3为本发明中ΔHn的计算方式二的原理示意图；

图4为本发明中磁致伸缩传感器校准装置的结构示意图；

附图标记：01、磁致伸缩传感器；02、浮球；03、检测杆；1、第一容器；11、出水孔；2、称重装置；3、第二容器；31、支撑盘；4、抽水装置；5、电流检测装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种磁致伸缩传感器校准方法，步骤包括：

S10：在第一容器1中加水，将磁致伸缩传感器01固定安装第一容器1上方，并使浮球02和检测杆03均伸入水中，使浮球02位于检测杆03可测范围的最顶端；记录第一容器1截面面积为S，并记录此时磁致伸缩传感器01检测出的距离数据为h0；

S20：从第一容器1中抽出质量为m的水后，第一容器1内的水位下降，浮球02跟着水位下降；

S30：记录磁致伸缩传感器01检测出的距离数据为h，则可计算浮球02测量下降距离Hg；根据密度体积质量公式，可以反推计算液位理论下降距离Ht=m·ρ/S，ρ为水的密度；之后可得误差值ΔH=Hg-Ht；

S40：重复多次S20~S30，则可得到多个误差值，设n为抽水次数，则就会产生n个误差值，分别记作ΔH1、ΔH2……ΔHn；设定合格误差区间，当所有ΔHn均在合格误差区间内时判定磁致伸缩传感器01合格；

S50：建立误差库，用于记录磁致伸缩传感器01各个测量段的误差值，误差库的具体对应关系如下：

误差值ΔH1对应测量距离为0~Ht的测量段；

误差值ΔH2对应测量距离为Ht~2·Ht的测量段；

……

误差值ΔHn对应测量距离为(n-1)·Ht~n·Ht的测量段；

则在磁致伸缩传感器01实际检测过程中，就可以根据误差库来对应对磁致伸缩传感器01所测的数据进行补偿，比如当磁致伸缩传感器01所测的数据h的值在Ht~2·Ht测量段内时，就将h的值再加上ΔH2作为最终液面的高度数据，从而保证磁致伸缩传感器01的检测精度。

优选在步骤S20中，使用蠕动泵从第一容器1中抽取定量体积为V的水。蠕动泵可以精确地控制流量，从而使每次的抽水体积是相同的，保证后续计算的准确性。

优选在步骤S20中，将第二容器3放置在称重装置2上进行称重，从第一容器1中抽出的水直接排入第二容器3内，称重装置2通常具有示数清零功能，因此就可以直接读出水的质量，便于人员操作。

磁致伸缩传感器01本身向外输出的是电流信号，并且当活动磁环距离其基准面越远（即h值越大），电流的信号就越大，通常磁致伸缩传感器01还会配备对应的计算模块，来将电流信号数值转化为距离数值，如果使用计算模块的数值，就可能因干扰导致计算模块接收的信号产生误差，因此优选在步骤S20~S30中，去除磁致伸缩传感器01原配套的计算模块，对磁致伸缩传感器01的电流值I进行直接检测，之后再利用电流值I计算出磁致伸缩传感器01检测出的距离数值，从而减少信息传输跨度避免传输过程中出现的数据误差，具体计算方法如下：

在磁致伸缩传感器01实际的使用过程中，通常会选取检测杆03最精准的中间段作为有效检测范围，避免使用检测杆03误差较大的两端处，记磁致伸缩传感器01的有效检测范围内电流下限值为Imin、电流上限值为Imax，对应有效检测范围内检测距离下限值为Lmin、距离上限值为Lmax，则磁致伸缩传感器01的检测数据h=I·(Lmax-Lmin)/(Imax-Imin)。比如，有效检测范围内电流的值为4~20mA，对应高度范围0~100mm，则每毫安对应的高度就为(100-0)mm/（20-4）mA=6.25mm/mA，则检测高度h=i*6.25。

对于步骤S40中ΔHn的计算，本方法提供两种不同的实施方式：

方式一，如图2所示，其以每个测量段的起点为基准，能够准确反映出每个测量段上检测出的高度变化数据与理论高度变化数据之间的绝对误差；

对于第1次抽水，磁致伸缩传感器01测量数据为h1；液位理论下降距离恒定为Ht=m·ρ/S；浮球02测量下降距离Hg1=h1-h0；误差值ΔH1=Hg1-Ht；

对于第2次抽水，磁致伸缩传感器01测量数据为h2；液位理论再次下降距离恒定为Ht=m·ρ/S；浮球02测量下降距离Hg1=h2-h1；误差值ΔH2=Hg2-Ht；

……

对于第n次抽水，磁致伸缩传感器01测量数据为hn；液位理论再次下降距离恒定为Ht=m·ρ/S；浮球02测量下降距离Hgn=hn-h(n-1)；误差值ΔHn=Hgn-Ht。

方式二，如图3所示，所有测量段以同一个面为基准，能够反映出每个测量段上检测出的高度变化数据与理论高度变化数据之间、相对于基准零面产生的误差；

对于第1次抽水，磁致伸缩传感器01测量数据为h1；液位相对基准零面理论下降距离Ht1=1·m·ρ/S；浮球02测量下降距离Hg1=h1-h0；误差值ΔH1=Hg1-Ht1；

对于第2次抽水，磁致伸缩传感器01测量数据为h2；液位相对基准零面理论下降距离Ht2=2·m·ρ/S；浮球02测量下降距离Hg2=h2-h0；误差值ΔH2=Hg2-Ht2；

……

对于第n次抽水，磁致伸缩传感器01测量数据为hn；液位相对基准零面理论下降距离Htn=n·m·ρ/S；浮球02测量下降距离Hgn=hn-h0；误差值ΔHn=Hgn-Htn。

由于实际使用时磁致伸缩传感器01的浮球02可能会跨过多个测量段，因此本方法最优采用方式二进行误差值计算，其形成的实测数据表如下：

表1.实测数据表

本发明还涉及一种磁致伸缩传感器校准装置，用于实现上述的磁致伸缩传感器校准方法中，如图4所示，包括：

第一容器1，内部有向上开口的、用于盛水的腔体；

安装架2，用于将磁致伸缩传感器01固定在第一容器1顶部；磁致伸缩传感器固定在所述第一容器1顶部；

称重装置2，用于对第二容器3进行称重；

抽水装置4，用于将水从第一容器1中抽出并排入第二容器3内；

电流检测装置5，用于检测磁致伸缩传感器01的电流。

为了避免在抽水时水流对磁致伸缩传感器01造成干扰，因此优选在第一容器1底部设置出水孔11，抽水装置4从出水孔11向外抽水，保证第一容器1内液面的平稳。

抽水装置4优选设置为蠕动泵，其不仅能够精确地控制流量，并且抽水时更加平稳，进一步保证了第一容器1内液面的平稳。

第二容器3底部优选设置支撑盘31，使第二容器3底部与称重装置2的接触面积增加，不仅能提升第二容器3的稳定性来避免第二容器3倾倒，还能够保证称重装置2对第二容器3以及其内部水增加量的测量更加准确。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种磁致伸缩传感器校准方法，其特征在于，步骤包括：

S10：在第一容器(1)中加水，将磁致伸缩传感器固定安装第一容器(1)顶部，并使浮球和检测杆均伸入水中；记录第一容器(1)截面面积为S，并记录此时磁致伸缩传感器检测出的距离数据为h0；

S20：从第一容器(1)中抽出质量为m的水；

S30：记录磁致伸缩传感器检测出的距离数据为h，则可算出浮球测量下降距离Hg；根据抽水量计算液位理论下降距离Ht；之后可得误差值ΔH=Hg-Ht；

S40：重复多次S20~S30，设n为抽水次数，则可得到多个误差值ΔHn，对于第n次抽水，有：

磁致伸缩传感器测量数据为hn；

液位理论下降距离Htn=n·m·ρ/S，ρ为水的密度；

浮球测量下降距离Hgn=hn-h0；

误差值ΔHn=Hgn-Htn；

设定合格误差区间，当所有ΔHn均在合格误差区间内时判定磁致伸缩传感器合格；

S50：建立误差库，用于记录磁致伸缩传感器各个测量段的误差值，误差值ΔHn对应测量距离为(n-1)·Ht~n·Ht的测量段。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩传感器校准方法，其特征在于，步骤S20中，使用蠕动泵从第一容器(1)中抽取定量体积的水。

3.根据权利要求2所述的磁致伸缩传感器校准方法，其特征在于，步骤S20中，将第二容器(3)放置在称重装置(2)上进行称重，从第一容器(1)中抽出的水直接排入第二容器(3)内。

4.根据权利要求1所述的磁致伸缩传感器校准方法，其特征在于，步骤S20~S30中，通过检测磁致伸缩传感器的电流值I来计算出磁致伸缩传感器检测出的距离数值，具体计算方法如下：

记磁致伸缩传感器的有效检测范围内电流下限值为Imin、电流上限值为Imax，对应有效检测范围内检测距离下限值为Lmin、距离上限值为Lmax，则磁致伸缩传感器的检测数据h=I·(Lmax-Lmin)/(Imax-Imin)。

5.一种磁致伸缩传感器校准装置，用于实现如权利要求1~4任一项所述的磁致伸缩传感器校准方法，其特征在于，包括：

第一容器(1)，内部有向上开口的腔体；磁致伸缩传感器固定在所述第一容器(1)顶部；

称重装置(2)，用于对第二容器(3)进行称重；

抽水装置(4)，用于将水从第一容器(1)中抽出并排入第二容器(3)内；

电流检测装置(5)，用于检测磁致伸缩传感器的电流。

6.根据权利要求5所述的磁致伸缩传感器校准装置，其特征在于，所述第一容器(1)底部设置出水孔(11)，所述抽水装置(4)从所述出水孔(11)向外抽水。

7.根据权利要求5所述的磁致伸缩传感器校准装置，其特征在于，所述抽水装置(4)为蠕动泵。

8.根据权利要求5所述的磁致伸缩传感器校准装置，其特征在于，所述第二容器(3)底部设置支撑盘(31)。

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