第8章 測量系統(tǒng)智能化

1、 實現(xiàn)測量系統(tǒng)智能化，建立具有智能化功能的測量系統(tǒng)，實現(xiàn)測量系統(tǒng)智能化，建立具有智能化功能的測量系統(tǒng)，是克服測量系統(tǒng)自身不足，獲得高穩(wěn)定性、高可靠性、高精是克服測量系統(tǒng)自身不足，獲得高穩(wěn)定性、高可靠性、高精度以及提高分辨率與適應(yīng)性的趨勢。度以及提高分辨率與適應(yīng)性的趨勢。 以微型計算機、微處理器為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳感器以微型計算機、微處理器為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳感器相結(jié)合的測量系統(tǒng)，可以在最少硬件條件基礎(chǔ)上，采用軟件相結(jié)合的測量系統(tǒng)，可以在最少硬件條件基礎(chǔ)上，采用軟件優(yōu)勢，賦予測量系統(tǒng)器智能化功能。優(yōu)勢，賦予測量系統(tǒng)器智能化功能。 實現(xiàn)實現(xiàn)智能化功能智能化功能有：有： 非線性自校正；自校零

2、與自校準；自動量程切換；自補償；非線性自校正；自校零與自校準；自動量程切換；自補償；噪聲抑制；自檢驗與故障自診斷；多信息數(shù)據(jù)融合；通訊功噪聲抑制；自檢驗與故障自診斷；多信息數(shù)據(jù)融合；通訊功能能 非線性自校正、自校零與自校準、自動量程切換、自補償非線性自校正、自校零與自校準、自動量程切換、自補償功能是常用智能化功能功能是常用智能化功能第八章第八章 測量系統(tǒng)智能化測量系統(tǒng)智能化 一、非線性自校正一、非線性自校正 測量系統(tǒng)非線性誤差是影響系統(tǒng)精度的重要因素。測量系統(tǒng)非線性誤差是影響系統(tǒng)精度的重要因素。 為減小非線性誤差，實現(xiàn)系統(tǒng)輸入為減小非線性誤差，實現(xiàn)系統(tǒng)輸入輸出直線化，即在滿量程輸出直線化，即在

3、滿量程測量范圍內(nèi)靈敏度為常數(shù)。測量范圍內(nèi)靈敏度為常數(shù)。 傳感器設(shè)計、非線性校正器電路環(huán)節(jié)傳感器設(shè)計、非線性校正器電路環(huán)節(jié) 以軟件實現(xiàn)非線性自校正智能化功能，自動按對應(yīng)的反非線性以軟件實現(xiàn)非線性自校正智能化功能，自動按對應(yīng)的反非線性特性進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)測量系統(tǒng)輸入與輸出的理想直線關(guān)系特性進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)測量系統(tǒng)輸入與輸出的理想直線關(guān)系 非線性自校正實現(xiàn)方法：查表法、曲線擬合非線性自校正實現(xiàn)方法：查表法、曲線擬合法法 1. 查表法查表法 1)工作原理：工作原理： 分段線性插值法分段線性插值法 根據(jù)精度要求對反非線性特性曲線進行分段，用若干段折線逼根據(jù)精度要求對反非線性特性曲線進行分段，用若干段折線逼近

4、曲線。將折點座標值存入數(shù)據(jù)表中，測量時首先判斷輸入被測量近曲線。將折點座標值存入數(shù)據(jù)表中，測量時首先判斷輸入被測量的電壓值是在哪一段，然后根據(jù)那一段的斜率進行線性插值，即得的電壓值是在哪一段，然后根據(jù)那一段的斜率進行線性插值，即得輸出值輸出值11()iiiiiixxxxuuuu 2)折線與折點的確定折線與折點的確定 近似法與截線近似法近似法與截線近似法 按照精度要求，各點誤差按照精度要求，各點誤差i都不得超過給定允許最大誤差都不得超過給定允許最大誤差界界m (1)近似法近似法 折點處誤差最大，折點在折點處誤差最大，折點在m最大誤差界上，折線與逼近最大誤差界上，折線與逼近的曲線之間的最大誤差值為

5、的曲線之間的最大誤差值為m，且有正有負。，且有正有負。 (2)截線近似法截線近似法 折點在曲線上且誤差最小折點在曲線上且誤差最小 利用標定值作為折點的座標值，折線與被逼近曲線之間的利用標定值作為折點的座標值，折線與被逼近曲線之間的最大誤差在折線段中部，故應(yīng)控制該誤差值不大于允許的最最大誤差在折線段中部，故應(yīng)控制該誤差值不大于允許的最大誤差界大誤差界m 各折線段的誤差符號相同，均為正或均為負。各折線段的誤差符號相同，均為正或均為負。 2曲線擬合法曲線擬合法 采用采用n次多項式來逼近反非線性曲線，該多項式方程的各次多項式來逼近反非線性曲線，該多項式方程的各個系數(shù)由最小二乘法確定。個系數(shù)由最小二乘法

6、確定。 步驟：步驟： 1)列出逼近反非線性曲線的多項式方程列出逼近反非線性曲線的多項式方程 (1)對傳感器及其調(diào)理電路進行靜態(tài)實驗標定對傳感器及其調(diào)理電路進行靜態(tài)實驗標定 輸入輸入ui，輸出，輸出xi(i=1n) (2)假設(shè)反非線性特性擬合方程為假設(shè)反非線性特性擬合方程為n次多項式方程次多項式方程2012nnxaa ua ua u n的數(shù)值由所要求的精度確定的數(shù)值由所要求的精度確定 (3)求解待定常數(shù)求解待定常數(shù)(設(shè)設(shè)n=3) 根據(jù)最小二乘法原理確定待定常數(shù)，獲得輸入根據(jù)最小二乘法原理確定待定常數(shù)，獲得輸入輸出特輸出特性性 2)將所求得常系數(shù)存入內(nèi)存，將已知的反非線性特性擬合方將所求得常系數(shù)存

7、入內(nèi)存，將已知的反非線性特性擬合方程式改寫程式改寫(假定為假定為3次多項式次多項式)332210uauauaaxuauauaa)(1230 為了求取對應(yīng)輸入電壓為為了求取對應(yīng)輸入電壓為u的被測值的被測值x，每次需將采樣值，每次需將采樣值u代代入進行三次入進行三次(b+ai)u的循環(huán)運算再加上常數(shù)的循環(huán)運算再加上常數(shù)a0即可即可二、自校零與自校準二、自校零與自校準 測量系統(tǒng)在輸入為零時其輸出往往不為零測量系統(tǒng)在輸入為零時其輸出往往不為零(存在零點誤存在零點誤差差)固定系統(tǒng)誤差固定系統(tǒng)誤差 在某些干擾因素如溫度、電源電壓波動作用下，測量系在某些干擾因素如溫度、電源電壓波動作用下，測量系統(tǒng)的增益、零

8、點發(fā)生漂移，將引入可變系統(tǒng)誤差統(tǒng)的增益、零點發(fā)生漂移，將引入可變系統(tǒng)誤差 具有自校零與自校準智能功能的測量系統(tǒng)，在軟件程序的具有自校零與自校準智能功能的測量系統(tǒng)，在軟件程序的導(dǎo)引下進行導(dǎo)引下進行三步測量法三步測量法(校零、標定、測量校零、標定、測量)，自動校正零點、，自動校正零點、自動消除因零點漂移、增益漂移自動消除因零點漂移、增益漂移(靈敏度漂移靈敏度漂移)而引入的誤差，而引入的誤差，提高系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性提高系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性 根據(jù)測量系統(tǒng)的輸入根據(jù)測量系統(tǒng)的輸入輸出特性是理想線性還是非線性特輸出特性是理想線性還是非線性特性，自校準分：性，自校準分： 二標準值實時自校法與多標準值實時自校法

9、二標準值實時自校法與多標準值實時自校法 1. 二標準值實時自校法二標準值實時自校法 1)誤差與漂移量誤差與漂移量 設(shè)測量系統(tǒng)經(jīng)標定實驗得到的靜態(tài)輸出設(shè)測量系統(tǒng)經(jīng)標定實驗得到的靜態(tài)輸出輸入特性為一理輸入特性為一理想直線想直線xaay10 對于理想測量系統(tǒng)，對于理想測量系統(tǒng)，a0與與a1應(yīng)為保持恒定不變的常量，但應(yīng)為保持恒定不變的常量，但實際上由于各種內(nèi)在和外來因素的影響不可能保持恒定不變，實際上由于各種內(nèi)在和外來因素的影響不可能保持恒定不變，系統(tǒng)總靈敏度發(fā)生變化系統(tǒng)總靈敏度發(fā)生變化 零位漂移、靈敏度漂移零位漂移、靈敏度漂移 2)二標準值實時自校法二標準值實時自校法 原理框圖原理框圖(實時自校環(huán)節(jié)

10、不含傳感器實時自校環(huán)節(jié)不含傳感器) 標準發(fā)生器產(chǎn)生標準值標準發(fā)生器產(chǎn)生標準值VR以及零點標準值都與傳感器輸出以及零點標準值都與傳感器輸出參量參量Vx為同類屬性為同類屬性 傳感器輸出參量為電壓，標準發(fā)生器產(chǎn)生標準值傳感器輸出參量為電壓，標準發(fā)生器產(chǎn)生標準值VR就是標就是標準電壓，零點標準值就是地電平準電壓，零點標準值就是地電平 多路轉(zhuǎn)換器是可傳輸電壓信號的多路開關(guān)多路轉(zhuǎn)換器是可傳輸電壓信號的多路開關(guān) 數(shù)采系統(tǒng)在每一特定周期內(nèi)發(fā)出指令，控制多路轉(zhuǎn)換器執(zhí)數(shù)采系統(tǒng)在每一特定周期內(nèi)發(fā)出指令，控制多路轉(zhuǎn)換器執(zhí)行三步測量法，使自校環(huán)節(jié)接通不同的輸入信號行三步測量法，使自校環(huán)節(jié)接通不同的輸入信號第一步第一步校

11、零校零，輸入信號為零點標準值，輸出值為，輸入信號為零點標準值，輸出值為 00ay 第二步第二步標定標定，輸入信號標準值，輸入信號標準值VR，輸出值，輸出值yR 第三步第三步測量測量，輸入信號為傳感器的輸出，輸入信號為傳感器的輸出Vx，輸出值為，輸出值為yx，得被校，得被校環(huán)節(jié)的增益環(huán)節(jié)的增益a1RRVyya01被測信號被測信號RRxxxVyyyyayyV0010實時測量實時測量y0，實時標定增益，實時標定增益(靈敏度靈敏度)a1，消除零點、漂移影響，消除零點、漂移影響2. 多標準值實時自校法多標準值實時自校法輸入輸入輸出特性呈非線性特性輸出特性呈非線性特性(至少二次多項式至少二次多項式)221

12、0 xaxaay 零位值、一次項靈敏度、二次項靈敏度零位值、一次項靈敏度、二次項靈敏度 為縮短實時在線標定時間，標定點數(shù)不能多，但又要反為縮短實時在線標定時間，標定點數(shù)不能多，但又要反映出輸入映出輸入輸出特性的非線性，一般規(guī)定標定點不能少于三輸出特性的非線性，一般規(guī)定標定點不能少于三點，要求標準發(fā)生器至少提供三個標準值。點，要求標準發(fā)生器至少提供三個標準值。2210 xaxaay 實時在線自校準功能的實時在線自校準功能的實施過程：實施過程： (1)對傳感器系統(tǒng)進行在線測量前的實時三點標定，即依次對傳感器系統(tǒng)進行在線測量前的實時三點標定，即依次輸入輸入3個標準值個標準值xR1，xR2，xR3，測

13、得相應(yīng)輸出值，測得相應(yīng)輸出值yR1，yR2，yR3 (2)列出反非線性特性擬合方程式列出反非線性特性擬合方程式(二階多項式二階多項式) (3)由標定值求反非線性特性擬合方程的系數(shù)由標定值求反非線性特性擬合方程的系數(shù) 按最小二乘法原則求待定系數(shù)。按最小二乘法原則求待定系數(shù)。 求出求出ai后，將其存入內(nèi)存，測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)向測量狀態(tài)，系統(tǒng)后，將其存入內(nèi)存，測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)向測量狀態(tài)，系統(tǒng)輸入被測量輸入被測量x即可直接求出輸出即可直接求出輸出y。 只要測量系統(tǒng)在實時標定與測量期間內(nèi)保持輸入只要測量系統(tǒng)在實時標定與測量期間內(nèi)保持輸入-輸出特輸出特性不變，測量系統(tǒng)的測量精度就決定于實時標定的精度。性不變，測量系統(tǒng)的

14、測量精度就決定于實時標定的精度。 要想對包含傳感器在內(nèi)的全系統(tǒng)進行實時自校零與自校準，要想對包含傳感器在內(nèi)的全系統(tǒng)進行實時自校零與自校準，就要求標準量發(fā)生器產(chǎn)生的標準值與傳感器的測量量有相同就要求標準量發(fā)生器產(chǎn)生的標準值與傳感器的測量量有相同屬性屬性 壓力測量系統(tǒng)需標準壓力值發(fā)生器；溫度測量系統(tǒng)需標準壓力測量系統(tǒng)需標準壓力值發(fā)生器；溫度測量系統(tǒng)需標準溫度值發(fā)生器溫度值發(fā)生器 標準電壓值容易建立，目前測量系統(tǒng)的自校零與自校準往標準電壓值容易建立，目前測量系統(tǒng)的自校零與自校準往往不含傳感器往不含傳感器 三、自補償三、自補償 當自校零、自校準環(huán)節(jié)不包含傳感器時，傳感器的零點以當自校零、自校準環(huán)節(jié)不包

15、含傳感器時，傳感器的零點以及各種干擾因素及各種干擾因素(如溫度如溫度)引起的零點漂移、靈敏度漂移等固定引起的零點漂移、靈敏度漂移等固定系統(tǒng)誤差與可變系統(tǒng)誤差都將引入系統(tǒng)，影響測量系統(tǒng)的穩(wěn)系統(tǒng)誤差與可變系統(tǒng)誤差都將引入系統(tǒng)，影響測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度定性與精度 在要求測量精度較高的情況下，采用以監(jiān)測法為基礎(chǔ)的軟在要求測量精度較高的情況下，采用以監(jiān)測法為基礎(chǔ)的軟件自補償智能化技術(shù)，消除干擾因素影響，改善測量系統(tǒng)穩(wěn)件自補償智能化技術(shù)，消除干擾因素影響，改善測量系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強抗干擾能力定性，增強抗干擾能力 采用軟件實現(xiàn)智能化頻率自補償技術(shù)還可以改善測量系統(tǒng)采用軟件實現(xiàn)智能化頻率自補償技術(shù)還可以改善測

16、量系統(tǒng)的動態(tài)特性，展寬測量系統(tǒng)的頻帶的動態(tài)特性，展寬測量系統(tǒng)的頻帶 1. 頻率自補償頻率自補償 已知一階系統(tǒng)工作頻段，已知一階系統(tǒng)工作頻段， 被測信號角頻率、系統(tǒng)轉(zhuǎn)折角頻率被測信號角頻率、系統(tǒng)轉(zhuǎn)折角頻率(=1/) 二階系統(tǒng)工作頻段二階系統(tǒng)工作頻段0 信號角頻率、系統(tǒng)無阻尼固有振蕩角頻率信號角頻率、系統(tǒng)無阻尼固有振蕩角頻率 不同角頻率的輸入信號通過系統(tǒng)都將產(chǎn)生不同程度的動態(tài)不同角頻率的輸入信號通過系統(tǒng)都將產(chǎn)生不同程度的動態(tài)誤差誤差 如果保證信號通過測量系統(tǒng)后產(chǎn)生的幅值誤差如果保證信號通過測量系統(tǒng)后產(chǎn)生的幅值誤差2，則，則二階系統(tǒng)的無阻尼固有振蕩頻率二階系統(tǒng)的無阻尼固有振蕩頻率f0(0)應(yīng)比信號頻

17、率應(yīng)比信號頻率7倍；一階倍；一階系統(tǒng)，則轉(zhuǎn)折頻率系統(tǒng)，則轉(zhuǎn)折頻率f()應(yīng)比信號頻率大應(yīng)比信號頻率大5倍倍 當信號頻率高，測量系統(tǒng)工作頻帶不能滿足測量允許誤當信號頻率高，測量系統(tǒng)工作頻帶不能滿足測量允許誤差要求時，則希望擴展系統(tǒng)的頻帶以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能差要求時，則希望擴展系統(tǒng)的頻帶以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能以計算機為中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳感器相結(jié)合的現(xiàn)代測試以計算機為中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與傳感器相結(jié)合的現(xiàn)代測試系統(tǒng)具有強大的軟件優(yōu)勢，能夠補償原系統(tǒng)動態(tài)性能的不足，系統(tǒng)具有強大的軟件優(yōu)勢，能夠補償原系統(tǒng)動態(tài)性能的不足，將系統(tǒng)頻帶擴展將系統(tǒng)頻帶擴展 實現(xiàn)頻率自補償：實現(xiàn)頻率自補償：數(shù)字濾波法、頻域校正法數(shù)

18、字濾波法、頻域校正法 1)數(shù)字濾波法數(shù)字濾波法 頻率補償思想：給現(xiàn)有傳遞函數(shù)為頻率補償思想：給現(xiàn)有傳遞函數(shù)為W(s)的待補償系統(tǒng)串接的待補償系統(tǒng)串接傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為I(s)的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)總傳遞函數(shù)的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)總傳遞函數(shù)H(s)= W(s) I(s)滿足動滿足動態(tài)性能要求態(tài)性能要求 附加串聯(lián)環(huán)節(jié)附加串聯(lián)環(huán)節(jié)I(s)由軟件編程設(shè)計的等效數(shù)字濾波器來實由軟件編程設(shè)計的等效數(shù)字濾波器來實現(xiàn)。以一階環(huán)節(jié)為例說明數(shù)字濾波法實現(xiàn)擴展頻帶原理現(xiàn)。以一階環(huán)節(jié)為例說明數(shù)字濾波法實現(xiàn)擴展頻帶原理 欲將某一階環(huán)節(jié)傳感器頻帶擴展欲將某一階環(huán)節(jié)傳感器頻帶擴展A倍，其傳遞函數(shù)倍，其傳遞函數(shù)W(s)、頻率特性頻率特性W(j

19、)ssW11)( 將頻帶擴展將頻帶擴展A倍，即擴展后轉(zhuǎn)折角頻率倍，即擴展后轉(zhuǎn)折角頻率=A，也就是時也就是時間常數(shù)減小間常數(shù)減小A倍，即倍，即=/A 附加串聯(lián)環(huán)節(jié)附加串聯(lián)環(huán)節(jié)(校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié))達到目的達到目的 串入校正環(huán)節(jié)串入校正環(huán)節(jié)I(s)后，與原傳感器后，與原傳感器W(s)組成新環(huán)節(jié)組成新環(huán)節(jié)H(s)，應(yīng)，應(yīng)具有所希望動態(tài)特性具有所希望動態(tài)特性1( )( ) ( )1H sW s I ss得校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)得校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)I(s)sssI11)(求模擬濾波器求模擬濾波器I(s)的等效數(shù)字濾波器的等效數(shù)字濾波器I(z)已知已知 11( )11/ssI sss A采用向后差分法，整理為標準形

20、式采用向后差分法，整理為標準形式( )sCI sAsBC=1/，B=A/=AC( )sCI sAsB令令 11(1)szT(T采樣周期采樣周期)整理后得差分方程整理后得差分方程 1( )(1) ( )(1)(1)1y kCT x kx ky kBT實現(xiàn)編程算式就實現(xiàn)了串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的等效數(shù)字濾波器，但實現(xiàn)編程算式就實現(xiàn)了串聯(lián)校正環(huán)節(jié)的等效數(shù)字濾波器，但必須已知該擴展頻帶環(huán)節(jié)原有的動態(tài)特性，即必須已知表征必須已知該擴展頻帶環(huán)節(jié)原有的動態(tài)特性，即必須已知表征一階環(huán)節(jié)動態(tài)特性的特征參數(shù)一階環(huán)節(jié)動態(tài)特性的特征參數(shù) 確定確定值：值： 頻率特性法頻率特性法要求輸入信號頻率可調(diào)、幅值恒定的正弦要求輸入信號頻率

21、可調(diào)、幅值恒定的正弦波信號波信號 階躍響應(yīng)法階躍響應(yīng)法要求輸入信號為階躍信號要求輸入信號為階躍信號 對于被測量是非電量的傳感器系統(tǒng)，多采用階躍響應(yīng)法，對于被測量是非電量的傳感器系統(tǒng)，多采用階躍響應(yīng)法，因為獲得非電量因為獲得非電量(如溫度、壓力如溫度、壓力)的階躍信號比獲得正弦信號容的階躍信號比獲得正弦信號容易得多易得多 2)頻域校正法頻域校正法 由于系統(tǒng)頻帶寬度不夠，或者說動態(tài)性能不理想，系統(tǒng)對由于系統(tǒng)頻帶寬度不夠，或者說動態(tài)性能不理想，系統(tǒng)對輸入信號輸入信號x(t)的輸出響應(yīng)信號的輸出響應(yīng)信號y(t)將產(chǎn)生畸變。若用畸變的將產(chǎn)生畸變。若用畸變的y(t)代表被測輸入信號代表被測輸入信號x(t)

22、就存在動態(tài)誤差。就存在動態(tài)誤差。 頻率校正法頻率校正法校正思想：校正思想： 在已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)在已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)W(s)的前提下，把畸變的前提下，把畸變y(t)經(jīng)過處理，經(jīng)過處理，找到被測輸入信號的找到被測輸入信號的x(t)頻譜頻譜X(m)，通過快速傅里葉反變換獲，通過快速傅里葉反變換獲得被測信號得被測信號x(t)。校正步驟：校正步驟：1)采樣采樣 對輸入信號對輸入信號x(t)的輸出響應(yīng)信號的輸出響應(yīng)信號y(t)進行采樣，得時間進行采樣，得時間序列序列y(n)。信號記錄長度。信號記錄長度tp=NTs2)對采樣信號對采樣信號y(n)進行頻譜分析進行頻譜分析 得頻譜得頻譜Y(m)，基波頻率，基波頻

23、率=1/tp。3)做復(fù)數(shù)除法運算做復(fù)數(shù)除法運算 W()=Y()/ X() 離散時間系統(tǒng)只能得到離散的譜線，即離散時間系統(tǒng)只能得到離散的譜線，即= m。3)做復(fù)數(shù)除法運算做復(fù)數(shù)除法運算W()=Y()/ X()離散時間系統(tǒng)只能得到離散的譜線，即離散時間系統(tǒng)只能得到離散的譜線，即= m。系統(tǒng)頻譜特性的離散時間表達式系統(tǒng)頻譜特性的離散時間表達式W(m)=Y(m)/ X(m)X(m) =Y(m)/ W(m)4)對頻譜對頻譜X()進行進行IFFT得原函數(shù)得原函數(shù)x(t)的離散時間序列的離散時間序列x(n)測量系統(tǒng)的輸入信號測量系統(tǒng)的輸入信號 2. 溫度自補償溫度自補償 實現(xiàn)溫度自補償：實現(xiàn)溫度自補償： 硬

24、件電路硬件電路調(diào)整不便，補償精度不高調(diào)整不便，補償精度不高 軟件補償軟件補償提高測量系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性、減小溫度變化提高測量系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性、減小溫度變化帶來的溫度附加誤差帶來的溫度附加誤差 基于溫度監(jiān)測法的軟件補償方法基于溫度監(jiān)測法的軟件補償方法基本思想：基本思想： 找出測量系統(tǒng)靜態(tài)輸入找出測量系統(tǒng)靜態(tài)輸入-輸出特性隨溫度變化的規(guī)律性，輸出特性隨溫度變化的規(guī)律性，當監(jiān)測出測量系統(tǒng)當前的工作溫度時，立即確立當時溫度下當監(jiān)測出測量系統(tǒng)當前的工作溫度時，立即確立當時溫度下的輸入的輸入輸出特性，進行刻度轉(zhuǎn)換，避免仍采用最初標定時輸出特性，進行刻度轉(zhuǎn)換，避免仍采用最初標定時的輸入的輸入-輸出特性來讀數(shù)引

25、入的誤差輸出特性來讀數(shù)引入的誤差 補償步驟：補償步驟： 1)實驗標定實驗標定 在工作溫度下限至上限的范圍內(nèi)選擇不同溫度，對輸入在工作溫度下限至上限的范圍內(nèi)選擇不同溫度，對輸入-輸出特性進行實驗標定輸出特性進行實驗標定 以以壓力壓力p測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)為例為例 2)建立各標定溫度下輸入建立各標定溫度下輸入-輸出特性的反非線性擬合方輸出特性的反非線性擬合方程式程式 設(shè)用五階多項式方程描述設(shè)用五階多項式方程描述250125( )( )( )( )iiiipA TA T uA T uA T u (i=16)A0(Ti)不同工作溫度不同工作溫度Ti時的零位置；時的零位置；A1(Ti)不同工作溫度不同工作溫

26、度Ti時的靈敏度；時的靈敏度；A2(Ti)A5(Ti)不同工作溫度不同工作溫度Ti時的各次非線性系數(shù)。時的各次非線性系數(shù)。 (1)求求T=T1時的各次時的各次(非非)線性系數(shù)線性系數(shù)Ai(T1) 6個未知數(shù)需要個未知數(shù)需要6個方程個方程 (2) 求求T=T2T=T6時的各次時的各次(非非)線性系數(shù)線性系數(shù)Ai(Tj) 65個未知數(shù)需要個未知數(shù)需要65個方程個方程 3)建立各系數(shù)建立各系數(shù)A i與溫度與溫度T的關(guān)系式的關(guān)系式 各系數(shù)隨溫度變化一般也是非線性的，其非線性的程度取各系數(shù)隨溫度變化一般也是非線性的，其非線性的程度取決于實際的測量系統(tǒng)，仍假定為五階多項式描述各系數(shù)隨溫決于實際的測量系統(tǒng)，

27、仍假定為五階多項式描述各系數(shù)隨溫度變化的非線性特性度變化的非線性特性 (1)零點零點A0(T)與溫度與溫度T的關(guān)系式的關(guān)系式23450012345( )A TaaTa Ta Ta Ta T利用利用6組數(shù)據(jù)建立組數(shù)據(jù)建立6個方程式求解個方程式求解6個待定常系數(shù)個待定常系數(shù)a0a5。 (2)靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)A1(T)、各項非線性系數(shù)、各項非線性系數(shù)A2(T)A5(T)與與溫度溫度T的關(guān)系的關(guān)系 利用利用65組數(shù)據(jù)建立組數(shù)據(jù)建立65個方程式求解個方程式求解65個待定常系數(shù)。個待定常系數(shù)。4)測量系統(tǒng)輸入測量系統(tǒng)輸入-輸出特性的反非線性擬合方程通式輸出特性的反非線性擬合方程通式250125( )(

28、 )( )( )pA TA T uA T uA T u 通過檢測工作溫度通過檢測工作溫度T，將測量的，將測量的T值代入公式求得溫度值代入公式求得溫度T時的系數(shù)時的系數(shù)A0(T)A5(T)，由系統(tǒng)輸出的電壓值，由系統(tǒng)輸出的電壓值u，算出系統(tǒng)，算出系統(tǒng)輸入的被測量。輸入的被測量。 熱電偶測溫?zé)犭娕紲y溫，計算機自動采集系統(tǒng)多采用，計算機自動采集系統(tǒng)多采用冷端溫度實冷端溫度實時測量計算修正法時測量計算修正法 (1) 自動采集兩個輸入量自動采集兩個輸入量 一個是熱電偶回路的溫差電勢一個是熱電偶回路的溫差電勢EAB(T，T0)，另一個是，另一個是冷端溫度冷端溫度T0值。值。 (2) 求取修正量或稱計算補償

29、值求取修正量或稱計算補償值 計算機根據(jù)已測得的計算機根據(jù)已測得的T0值，自動查內(nèi)存中的熱電偶分值，自動查內(nèi)存中的熱電偶分度表，得到度表，得到EAB(T0，0)值。值。 (3) 修正溫差電勢修正溫差電勢EAB(T，T0) 根據(jù)中間溫度定律計算兩結(jié)點溫度分別為根據(jù)中間溫度定律計算兩結(jié)點溫度分別為T，T0時的總溫時的總溫差電勢差電勢EAB(T，0)00( ,0)( ,)(,0)ABABABETET TET 即完成了對溫差電勢即完成了對溫差電勢EAB(T，T0)的修正。的修正。 (4)查表求熱端溫度查表求熱端溫度T 根據(jù)已求得回路總溫差電勢根據(jù)已求得回路總溫差電勢EAB(T，0)查內(nèi)存中的熱電查內(nèi)存中

30、的熱電偶分度表，可得熱端溫度偶分度表，可得熱端溫度T即被測溫度。即被測溫度。 四、量程自動切換四、量程自動切換 量程自動切換就是增益自動選擇，要綜合考慮被測量的數(shù)量程自動切換就是增益自動選擇，要綜合考慮被測量的數(shù)值范圍，以及對測量精度、分辨率的要求諸因素來確定增益值范圍，以及對測量精度、分辨率的要求諸因素來確定增益(含衰減含衰減)檔數(shù)的設(shè)定和確定切換檔的準則檔數(shù)的設(shè)定和確定切換檔的準則例例 被測對象為被測對象為5個電壓值：個電壓值：6.67V，33.3V，57.7V，100V，150V，要求測量系統(tǒng)的相對量化誤差小于要求測量系統(tǒng)的相對量化誤差小于0.05，試設(shè)定增益，試設(shè)定增益/衰減檔數(shù)和衰減

31、檔數(shù)和換檔準則換檔準則 已知測量系統(tǒng)采用已知測量系統(tǒng)采用12位位A/D轉(zhuǎn)換器，滿量程輸入電壓轉(zhuǎn)換器，滿量程輸入電壓VF.S=5V解解 (1)進入進入A/D轉(zhuǎn)換器電壓最大值轉(zhuǎn)換器電壓最大值Vmax的限定的限定 VmaxVF.S=5V 電壓最大值電壓最大值Vmax不能等于不能等于VF.S，因為大于或等于，因為大于或等于VF.S的電壓，的電壓，A/D輸出均無法區(qū)分，都是相同的輸出均無法區(qū)分，都是相同的“1”。因此暫設(shè)。因此暫設(shè) Vmax4.8V 為為增益必須換小一檔的準則增益必須換小一檔的準則(2)增益必須換大一檔的準則增益必須換大一檔的準則 由要求相對量化誤差由要求相對量化誤差Q0.05%來決定。

32、來決定。12位位A/D轉(zhuǎn)換器在滿量轉(zhuǎn)換器在滿量程輸入電壓程輸入電壓=5V時，其量化值時，其量化值Q為為 Q=VF.S/212=1.2mV輸入輸入A/D轉(zhuǎn)換器的電壓最小值轉(zhuǎn)換器的電壓最小值Vmin必須滿足相對量化誤差要求，必須滿足相對量化誤差要求，即即 = Q/Vmin2.4V，因此暫設(shè)，因此暫設(shè)Vmin2.5V 為增益必須換大一檔的準則為增益必須換大一檔的準則被測電壓被測電壓衰減衰減增益增益進入進入A/D電壓值電壓值150V1/10034.5V100V1/10033.0V57.7V1/10052.885V33.3V1/1013.33V6.67V1/1053.335V(3)根據(jù)上述換檔原則，根據(jù)

33、上述換檔原則，5個被測電壓的衰減與增益值設(shè)置個被測電壓的衰減與增益值設(shè)置換檔順序：換檔順序：衰減由最大逐次減小，增益由最小逐次增大衰減由最大逐次減小，增益由最小逐次增大被測電壓被測電壓衰減衰減增益增益進入進入A/D電壓值電壓值150V1/10034.5V100V1/10033.0V57.7V1/10052.885V33.3V1/1013.33V6.67V1/1053.335V以被測電壓以被測電壓6.67V為例，首先置為例，首先置衰減檔衰減檔1/100，依次置增益為，依次置增益為1356.671/1001=0.0667V2.5V6.671/1003=0.2001V2.5V6.671/1005=0

34、.3035V2.5V均小于均小于2.5V，再換衰減檔，置，再換衰減檔，置1/10，再依次置增益為，再依次置增益為1356.671/101=0.667V2.5V6.671/103=2.001V2.5V順序自動換檔順序自動換檔例例 欲測量溫度上限值為欲測量溫度上限值為160，要求分辨率為，要求分辨率為0.1，采用，采用10位位A/D轉(zhuǎn)換器的測量系統(tǒng)，是否需要換檔轉(zhuǎn)換器的測量系統(tǒng)，是否需要換檔?解解 已知已知10位的位的A/D轉(zhuǎn)換器有轉(zhuǎn)換器有210=1024個不同狀態(tài)，若分辨率為個不同狀態(tài)，若分辨率為0.1時，能夠測量的溫度上限值為時，能夠測量的溫度上限值為102.4 160.0有有1600個不同的溫度狀態(tài)個不同的溫度狀態(tài)(分辨