使用TEDS技术的传感器校准

数据采集的核心是从模拟传感器（RTD、加速计、应变计等）进行电压测量。数据采集系统根据传感器的信息解析电压信号，使测量变得清晰易懂。在从原始电压转换为有意义的数据的过程中，DAQmx驱动程序根据传感器的类型进行各种转换。通常，这些是传感器类型的标准曲线和方程。但是，传感器校准将更进一步，逐个考虑传感器。换言之，传感器输出电压根据从特定传感器校准中获得的指标映射到物理测量。

存储在传感器EEPROM或VTEDS文件中的数据被压缩以节省空间。为了获取和解释信息，DAQmx驱动程序将模板应用于二进制数据。从电荷放大器到热敏电阻，每种类型的传感器都有单独的模板。除了这16个标准模板外,传感器还可选用三种校准模板之一:校准表、校准曲线（多项式）和频率响应表。见下文表1。

校准表模板描述了具有传感器电-物理传递函数的查找表。该表格需要CalPoint_DomainValue和CalPoint_RangeValue参数的多组值。见下文表2。
CalTable_Domain用于选择校准表的域参数为电气(0)或物理(1)。例如，电域参数为电压，而物理域参数为摄氏度。CalPoint_DomainValue是校准值的域参数，以传感器全量程的百分比表示。如热电偶的全量程为-300至300°C，则在0°C校准热电偶时，CalPoint_DomainValue为50%。CalPoint_RangeValue是范围测量与预期值的偏差，以传感器全量程的百分比表示。对于同一热电偶，如果读数低于5°C，对应的CalPoint_RangeValue为0.833%。图1显示了如何使用这些属性指定传感器的传递函数。
校准表格模板提供了一种简单的方法来记录几个数据点以用于校准。在很窄的值范围内进行校准时，此功能尤其有用。

但有时需要精确描述传感器在整个量程的特性。这可能会很困难，尤其是对于具有高度非线性传递函数的传感器（例如，热电偶）。因此，TEDS提供了另一种校准方法。校准CURVE模板指定描述传感器电物理传递函数的多段多项式CURVE。见下文表3。
以分段方式描述了整个函数，每个分段由系数和幂数组定义。例如，CURVE可用[(3,1),(2,5),(1,-2),(0,1)]表示，括号中的数字表示为(CalCurve_Power,CalCurve_Coef)。即多项式函数f(x) = x3 + 5x2 – 2x + 1。见下图2。
函数的每个段由CalCurve_PieceStart参数定义，该参数指定了每个段的起始值。每个段由CalCurve_PieceStart的顺序值限定，在下方关闭，上方打开。例如，上图中的段k间隔包括CalCurve_PieceStart _k，但不包括CalCurve_PieceStart _k+1，其中PieceStart _k指定为CalCurve_PieceStart属性读取的第k^个值。该部分是描述传感器传递函数的多项式之一。例如，许多RTD在部分测量范围表现出线性特性，在其余测量范围表现出多项式特性。

为了有效利用校准CURVE模板，必须选取几个校准点，然后拟合为多项式CURVE。这比为校准表收集少量数据点所需的时间要长得多。但是，需要折衷的是更高的精度和更宽的校准值范围。

某些测量可能需要时域之外的信息。传感器的频率响应传递函数尤其适用于麦克风和加速计。事实上，任何振动传感器的频率响应在比较读数时都非常重要。频率响应较宽的传感器比带宽较窄的传感器振动更大。

频率响应表模板通过频率-幅值对的查找表指定传感器的频率响应传递函数。与CalTable和CalCurve属性类似，TF_Table_Freq和TF_Table_Ampl在幅值与频率转换函数中定义数据点。见下文表4和图3。


校准模板的任意组合均可使用，但每种模板均适用于不同类型的测量。校准表为传感器读数的狭窄范围提供了彻底表征的简便方法。校准曲线完全指定了传感器的范围，但由于通过离散测量计算多项式，校准曲线需要做更多的工作。频率响应表可与前两个模板中的任意一个组合，以提供传感器动态响应的更多信息。

热电偶为演示TEDS校准模板（尤其是校准表模板(ID 40)）的用法和实用性提供了一种简单方法。如上所述，该模板由指定传递函数CURVE上的点的几组值（CalPoint_DomainValue和CalPoint_RangeValue）组成。

热电偶的典型校准点包括水的冰点(0°C)、水的沸点(100°C)和270°C。要校准传感器，这些温度读数必须映射至相应的电压。为确保一致性和标准化，必须将热电偶数据与NIST可追溯源（在本例中为标准铂电阻温度计）进行比较。然后，任何与预期温度的偏差都可以记录在校准表中。

例如，如SPRT在温度槽中读取75°C，而热电偶读取72°C，热电偶将偏移3°C或全量程(-260°C – 1372°C)的0.184%。同样，由于72°C是域(-260°C – 1372°C)的10.17%，校准点的CalPoint_DomainValue等于10.17%，CalPoint_RangeValue等于.184%。可根据需要对任意数量的校准点重复该过程。

采集到校准数据点后，应将其写入热电偶的TEDS EEPROM或存储在虚拟TEDS (VTEDS)文件中。一般情况下，最好先将数据写入VTEDS文件，并在写入EEPROM之前对结果进行测试。用于LabVIEW 7.1的TEDS附加库提供了创建TEDS数据所需的VI。具体来说，NI Measurements » TEDS » Advanced TEDS下的Create New TEDS Template 选板包含校准模板VI。见下图4。

请注意，本文档不包含TEDS VI的具体信息。详细信息和完整范例见相关链接。

通过收集和写入校准数据至文件，可使用DAQmx Configure TEDS.vi将其应用于使用热电偶的任何测量。DAQmx驱动程序将自动读取校准信息，并将其应用于所有后续传感器测量，直至采集完成。DAQmx TEDS相关VI位于NI Measurements » DAQmx – Data Acquisition » DAQmx Advanced » DAQmx TEDS下。

最后一步是将TEDS数据写入传感器的EEPROM，以便校准数据可用于其他数据采集系统。DAQmx Write TEDS Data.vi（DAQmx 7.3新增）将接受TEDS二进制比特流或VTEDS文件路径作为输入。请参考下图5。

关于TEDS热电偶校准的完整范例，见相关链接。

即插即用的传感器有很多优点。缩短设置时间和自动配置可提高生产效率并降低测量系统的整体成本。TEDS接口提供的校准模板提供了对传感器进行逐个特征化的方法。对于给定的传感器类型，该详细的校准可提高超出已发布的规范的精度。NI为TEDS采集系统提供了完整的解决方案，包括数据采集硬件和软件。详细信息请参阅下方的相关链接。