磁致伸缩位移传感器模拟量输出校准：三层误差与两点法操作

换一支同型号的尺，装好、接线、通电，PLC 里读到的位置比原来少了 3 mm。程序没动过，机械没动过，磁环还是原来那个——现场第一反应通常是"这支尺不准"。真正的情况多半是：新尺的 4 mA 点落在 3.94 mA，20 mA 点落在 19.9 mA，两个偏差在控制器里被缩放公式放大，800 mm 的行程上正好是 3 mm。

模拟量输出校准，处理的不是"把传感器调准"，而是把三层误差各自归位。三层分不清，往哪一层调都是猜。

校准的对象是一条链路，不是一支尺

4-20 mA 从传感器出来，到 PLC 里变成毫米数，中间经过三段，每段都会引入误差。

• 输出层。传感器内部先把位置换成数字量，再经 DAC 与 V/I 转换变成电流。这一层的误差来自 DAC 的零点与增益，出厂已经逐台标定过（见 出厂标定与死区补偿）。换尺、拆过磁环、动过编程器之后，这一层就回到"未对齐"状态。
• 传输层。线阻、接触电阻、PLC 模拟量卡内部的采样电阻，还有供电电压不足，都会让真正流进卡里的电流小于传感器输出的电流。这一层从外观上看不出来，只能量。
• 缩放层。控制器按公式把 4-20 mA 换成毫米。系数是人为写的，写错、抄错、照着上一支尺的行程写，误差不体现在电流上，却全落在读数上。

三层误差直接相加。输出层 0.05% FS、传输层 0.1%、缩放层 0.2%，合起来 0.35% FS，1 米行程就是 3.5 mm。这个量级很微妙：看着不对，又说不上哪里错。

先量电流，再动参数

判断误差落在哪一层，入口只有一个：把真实电流量出来。万用表拨 mA 档，串进回路，不是并接。串在供电正端与传感器之间，或者传感器输出与 PLC 输入之间，量到的是同一个回路电流。

• 档位。mA 档。A 档内阻低但分辨力不够，16 μA 级的变化看不出来。
• 表的内阻。mA 档内阻从几欧到几十欧不等，串进回路会吃掉一点电压。回路负载本来就接近上限时，表的内阻会把电流压低，读数偏小，容易把一支好尺判成偏。手册标称 <10 Ω 的表可以直接用，标到 100 Ω 要在负载上留余量。
• 负载电阻。PLC 模拟量输入常见 250 Ω，20 mA 对应 5 V；也有 500 Ω 或 100/250 Ω 可切的卡。接之前确认档位，否则整段换算差一倍。

量之前先把活塞停在一个能重复到达的位置——机械硬限位最好，没有就加个固定挡块。后面所有数字都对着这个点比。

两个数字要记：始端电流与跨度

活塞走到机械起点，读电流，记为 I₀；走到行程末端（留出死区，不要顶到头，见 有效量程与两端盲区），读电流，记为 I₁。

• 始端偏差 = I₀ − 4.000 mA，反映零点误差。
• 跨度 = I₁ − I₀，标称 16.000 mA，跨度偏差反映增益误差。

拿一支 18 系列 184（4-20mA）、行程 1000 mm 的实测量级看：I₀ = 4.032 mA，I₁ = 19.884 mA。零点偏 +0.032 mA，即 +0.2% FS；跨度 15.852 mA，比标称少 0.148 mA，即 −0.93% FS。这时候如果只把零点拨回 4.000 mA，末端仍然差 0.148 mA，读数从中段就开始偏，越接近末端错得越多。

顺序是先补跨度到 16.000 mA，再移零点。反过来做，补跨度的时候零点又会被带跑，越调越乱，这是返工最常见的原因。

零点与量程：调传感器，还是调控制器

两个位置都能改，改的不是一回事。

• 传感器侧。4 mA 与 20 mA 分别对应哪个机械位置，模拟量型号在订货时就按行程定下来了，出厂按单支标定。要现场重设这个刻度，19 系列的 1700 951 018 编程器能做——把机械起点设成 4 mA、末端设成 20 mA，改的是传感器自己的输出刻度，控制器里的缩放公式不用动，操作顺序见 编程器设定起点与终点。18 系列、17 系列这类型号不走编程器，现场靠控制器侧缩放：先量电流，看偏差落在零点还是跨度上，再决定调哪一头。
• 控制器侧。传感器完全不动，直接改 PLC 里的缩放系数与偏移量。只换了模拟量卡、卡的量程档位改过、或者原来的系数本来就是照上一支尺抄的，走这条路。

不要两头一起调。现场最容易出现的局面是：传感器放了一点，控制器又补了一点，两个人都以为自己对，下次换件谁也说不清原始刻度在哪。改完要在记录上写清楚动了哪一头。

控制器侧：把电流代进斜率与零位

电流量完、决定动控制器那一头之后，最终要落到两个系数上。这套算式与电压输出完全一样，只是读数从伏特换成毫安。

• 斜率 = 实际行程 ÷（I₁ − I₀），单位 mm/mA。
• 零位 = 斜率 × I₀，单位 mm。
• 位移 = 斜率 × I − 零位。

代入前面那组数：I₀ = 4.032 mA、I₁ = 19.884 mA，实测行程 980 mm。斜率 = 980 ÷ 15.852 = 61.82 mm/mA，零位 = 61.82 × 4.032 = 249.3 mm。任意读数代进第三式即得毫米位置，用 I = 19.884 验算，61.82 × 19.884 − 249.3 = 980 mm，闭合。

不要拿"量程 ÷ 16 mA"当斜率。按 980 ÷ 16 = 61.25 mm/mA 算，末端差约 0.9% FS，980 mm 行程上是 9 mm 上下，误差全部来自那 0.148 mA 的跨度不足。用实测两点算，跨度不足被吸收进斜率，读数才对得上。

填参数还有一个形式问题：有的控制器要"斜率加零位"两个系数，有的要"4 mA 对应下限、20 mA 对应上限"的端点式。两种写法数学等价，混填会得到一半的行程——把 61.82 填进"上限"栏的那种错误，读数会直接翻倍。

电压输出的场合公式一字不改：4-20 mA 落在 250 Ω 上就是 1-5 V，单位换一下即可；0-10 V 输出的传感器同样是两点读数、一个斜率一个零位。这套两点法的完整推导与原厂算例见 零位标定：机械基准加两点法，那里用的是 0.2 V / 9.5 V / 98 mm 的例子，本文只补电流口径的算例。

中间点只用来验证

两点定一条直线，两端对上，不代表中间也对。中间点用来判线性，不是用来调的。

让活塞走到行程 50% 的机械位置，读电流，标称 12.000 mA（按实际跨度算的中间，不是 8 mA 那种算术中值）。中点偏差超过 0.1% FS，说明这条链路不是单纯的零点与增益问题，按偏差形态分三种：

• 两端准、中间偏一个方向。测杆受侧向力弯曲，或缸筒与测杆不同轴。查同轴，见 磁环与测杆偏心超差判定。
• 两端偏、中间准。量程订大了，实际行程没走满，两个端点都落在有效量程的线性段之外。
• 中间某一段单独偏。机械侧的问题居多——缸内有台阶、缓冲段介入、磁环经过焊缝。缓冲对读数的影响见 行程末端缓冲区。

四个把校准做废的现场坑

• 表的内阻没算进去。拿 A 档或高内阻表串进 250 Ω 回路，20 mA 时表上压降 2 V 以上，实际电流被压到 19 mA 出头。这时候你把一支本来合格的尺调偏了，还留下了"新尺不准"的结论。
• 校准点落进死区。有效量程两端各有几十毫米盲区，在那一段里电流不动或者乱跳。把起点设在死区里，等于拿一个不变化的数当零点。
• 冷机热机只信了一次。油温从 30℃ 升到 55℃，测杆热膨胀和电子件温漂叠加，读数能差出零点几毫米。校准记录要注明当时的温度；温差大的场合冷热各测一次，把差值也写进去。
• 只校了电流，没校控制器里的数。电流全对，缩放系数还是旧的，读数照样错。最后一关必须回到 PLC 监视表看毫米数，不是看电流表。

校准记录怎么写

记录必须有原始电流，不能只写一句"已校准"。下次换件时，这张纸是唯一能复现刻度的东西。

点位	机械位置	实测电流	标称电流	偏差	判定
起点	活塞到底，机械基准	4.000 mA	4.000 mA	0	合格
中点	行程 50%	12.004 mA	12.000 mA	+0.025% FS	合格
终点	留 20 mm 死区	19.996 mA	20.000 mA	−0.025% FS	合格

备注一栏别省：油温、表的内阻、负载电阻档位、动了传感器还是动了控制器。这四项写清楚，下一个人接手机台不用从头猜。

数字量输出不走这套，零点照样要设

SSI、CANopen、EtherCAT、PROFINET 输出的是数字位置，没有 DAC，也就没有 4 mA 与 20 mA 的零点增益问题。它们要做的是另一件事：把机械起点对应到某个位置值上。SSI 的时序与数据位、CANopen 的 DSP406 配置里各自有做法，原理一样，工具不同。

输出型式怎么选见 4-20mA 模拟量与 CANopen 的选型；模拟量两线、三线、四线怎么接见 两种输出的接线对照，18 系列 184（4-20mA）是这类现场最常用的一款。校准多久做一次、什么时候该送检，见 校准周期与三条判定线。

一句话的判据

串表量电流、始端看零点、跨度看增益、中点看线性、最后回控制器看毫米。五步走完还对不上，问题就不在电气侧了，去查机械。