测量系统的智能化new.ppt

智能化特征： 就智能化仪表和装置来说，则应该具有以下特征：　　（1）能自动完成某些测量任务或在程序指导下完成预定动作；　　（2）具有进行各种复杂计算和修正误差的数据处理能力；　　（3）具有自校准、自检测、自诊断功能；　　（4）便于通过标准总线组成个多种仪表的复杂系统，实现复杂的控制功能，并能灵活地改变和扩展功能”。 温度变化对检测系统的影响： （1）传感器材料具有线膨胀系数； （2）检测系统的电子电路中大量采用的半导体器件工作点、增益随温度变化； （3）电阻、电容性能随温度改变。 温度补偿基本原理 温度补偿就是利用检测系统自身的几个环节受温度影响产生的变化相反而相互抵消的作用，或在检测系统中附加一个环节、一个电路或一段程序，用它去控制检测系统的输出值，使之不随环境温度的变化而变化或控制在测量误差允许的范围之内。 一般希望测量仪表的输出量y与输入量x 被测量 之间关系y＝f x 呈线性关系。以保证仪表在整个测量范围内灵敏系数为常数，有利于读数和分析，也便于处理测量结果。但在实际检测中，利用传感器把许多物理量转换成电量时，大多数传感器的输出电量与被测物理量之间的关系不是线性的。 产生非线性的原因: 一方面是由于传感器变换原理的非线性； 另一方面是由于转换电路的非线性。 因此，为了保证测量仪表的输出与输入之间具有线性关系，除了对传感器本身在设计和制造工艺上采取一定措施外，还必须对输入参量的非线性进行补偿，或称线性化处理。 线性化处理的方法很多，目前经常使用的可分成两大类：一类是模拟线性化：另一类是数字线性化。 模拟量线性化技术 在模拟量中采用的线性化技术，包括采用小范围线性化、差动结构补偿、最佳参数选择和加入非线性校正环节等。 1 小范围线性化 当被测量x在大范围内变化时，传感器或检测系统的输出y和输入x之间的函数关系呈非线性,但着缩小x的变化范围，在较小范围内可把一小段曲线近似成直线。 2 采用差动结构补偿 通常总把传感器设计成差动结构工作方式，二个特性完全相同的传感器，一个接受x的正变化 +Δx 一个接受负变化 -Δx ，以二个传感器输出之差y1—y2来反映Δx，比起单个工作不仅会使灵敏度提高，而且线性也有明显改善。 3 最佳参数选择 最佳参数选择是指用线性特性替代实际的非线性特性时，选择合适的参数使二者之间的误差满足设定值的要求。在非线性特性的线性标定中，寻找一条直线取代整条曲线，取代的约束条件是根据需要设定，例如要求取代后的某种误差 如相加误差、或相乘误差等 符合某种限定 如处于最小等 ，依据此约束条件就能找出取代直线的最佳参数。 4 加入校正环节 在整个检测系统中加入非线性校正环节的方式，可以是串联方式接入，即开环式；也可以是作为系统的反馈回路接入，即闭环式。 非线性校正环节本身的持性是非线性的，用它的非线性去补偿检测系统的非线性。非线性校正环节持性，由检测系统的非线性持性用解析法或图解法求得。 1、 计算法 当传感器的输入量与输出量之间有确定的数学表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。计算法就是在软件中编制一段完成数学表达式的计算程序，当被测参量经过采样、滤波和变换后，直接进入计算程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出量。 这是一种分段线性插值法。它是根据精度要求对反非线性特性曲线（如图5－2）进行分段，用若干段折线逼近曲线。将折点座标值（ui，xi）存入数据表中，测量时首先要判断输入被测量xi的电压值ui是在哪一段，然后根据那一段的斜率进行线性插值，即得输出值yi xi。 以三段为例，折点座标值为： ul，xl），（u2，x2）， u3，x3 ， u4，x4），如图5－3所示。 （2） 散粒噪声 散粒噪声存在于电子管和半导体两种元器件中。在电子管里，散粒噪声来自阴极电子的随机发射；在半导体内，散粒噪声是通过晶体管基区载流子的随机扩散以及电子—空穴对的随机发生及其复合形成的。 （3） 接触噪声 接触噪声是由两种材料之间不完全接触，从而形成电导率的起伏而产生的。它发生在两个导体连接的地方，如继电器的接点、电位器的滑动触点等。 人为噪声源：人为噪声源主要是指各种电气设备所产生的噪声，主要有以下几种： ①工频噪声：大功率输电线是典型的工频噪声源。低电平的信号线只要有一定长度与输电线平行，就会受到明显的干扰；即使一般室内的交流电源线，对输入阻抗和灵敏度均高的检测系统来说也全是很大的干扰源。在检测系统内部，也会因工频感应而产生交流噪声。 ②射频噪声：高频感应加热，高频焊接等工业电子设备以及广播、电视、雷达及通讯设备等通过电磁辐射给附近的检测系统带来干扰。 ③电子开关 ：由于电子开关通断的速度极快，使电路中的电压和电流发生急剧的变化，形成冲击脉