第6章 6.3 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

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1、6.3測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)6.3.1系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)6.3.2線(xiàn)性化處理和非線(xiàn)性補(bǔ)償6.3.3標(biāo)度變換方法6.3.4越限報(bào)警處理傳感器把生產(chǎn)過(guò)程的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用A／D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，讀入計(jì)算機(jī)中，完成數(shù)據(jù)的采集。對(duì)于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進(jìn)行一些預(yù)處理，其中最基本的處理有線(xiàn)性化處理、標(biāo)度變換和系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。6.3.1系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差：是指在相同條件下，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，誤差的數(shù)值(包括大小符號(hào))保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。特點(diǎn)：在一定的測(cè)量條件下，其變化規(guī)律是可以掌握的，產(chǎn)生誤差的原因一般也是知道的。因此，原則上講，系統(tǒng)

2、誤差是可以通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)途徑來(lái)確定并加以校正的。方法：偏移校準(zhǔn)在實(shí)際中應(yīng)用最多，并且常采用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)為數(shù)字調(diào)零。(模擬電路中常用)除了數(shù)字調(diào)零外，還可以采用偏移和增益誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。自動(dòng)校準(zhǔn)的基本思想是在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后或每隔一定時(shí)間自動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)參數(shù)，如數(shù)字電壓表中的基準(zhǔn)參數(shù)為基準(zhǔn)電壓和零電壓，然后計(jì)算誤差模型，獲得并存貯誤差補(bǔ)償因子。在正式測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和誤差補(bǔ)償因子，計(jì)算校準(zhǔn)方程，從而消除誤差。調(diào)零電路的實(shí)現(xiàn)：在測(cè)量時(shí)，先把多路輸入接到所需測(cè)量的一組輸入電壓上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出這時(shí)的輸入值為x1，然后把多路開(kāi)關(guān)的輸入接地，測(cè)出零輸入時(shí)A／D轉(zhuǎn)換器的輸出為x0，用x1

3、減去x0即為實(shí)際輸入電壓x=x1－x0。1.全自動(dòng)校準(zhǔn)全自動(dòng)校準(zhǔn)由系統(tǒng)自動(dòng)完成，不需人的介入。該電路的輸入部分加有一個(gè)多路開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)在剛上電時(shí)或每隔一定時(shí)間時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行一次校準(zhǔn)。這時(shí)，先把開(kāi)關(guān)接地，測(cè)出這時(shí)的輸入值x0，然后把開(kāi)關(guān)接VR，測(cè)出輸入值x1，并存放x1、x0，在正式測(cè)量時(shí)，如測(cè)出的輸入值為x，則這時(shí)的V可用下式計(jì)算得出：（公式推導(dǎo)見(jiàn)講稿2P30）采用這種方法測(cè)得的V與放大器的漂移和增益變化無(wú)關(guān)，與VR的精度也無(wú)關(guān)（？）。這樣可大大提高測(cè)量精度，降低對(duì)電路器件的要求。2.人工自動(dòng)校準(zhǔn)全自動(dòng)校準(zhǔn)只適于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號(hào)的場(chǎng)合，并且它不能校正由傳感器引入的誤差。為了

4、克服這種缺點(diǎn)，可采用人工自動(dòng)校準(zhǔn)。人工自動(dòng)校準(zhǔn)的原理與全自動(dòng)校準(zhǔn)差不多，是由人工在需要時(shí)接入標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，把測(cè)得的數(shù)據(jù)存貯起來(lái)，供后使用。一般人工自動(dòng)校準(zhǔn)只測(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)yR，零信號(hào)的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來(lái)完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測(cè)出的數(shù)據(jù)分別為xR(接校準(zhǔn)輸入yR時(shí))和x(接被測(cè)輸入y時(shí))，則可按下式來(lái)計(jì)算y。如果在校準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算并存放yR／xR的值，則測(cè)量校準(zhǔn)時(shí)，只需進(jìn)行一次乘法即可。人工自動(dòng)校準(zhǔn)特別適于傳感器特性隨時(shí)間會(huì)發(fā)生變化的場(chǎng)合。如常用的濕敏電容等濕度傳感器。有時(shí)校準(zhǔn)輸入信號(hào)yR不容易得到，這時(shí)可采用現(xiàn)時(shí)的輸入信號(hào)yi。校準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算機(jī)測(cè)出這時(shí)的對(duì)應(yīng)輸入xi，

5、而人采用其它的高精度儀器測(cè)出這時(shí)的yi，并輸入計(jì)算機(jī)中，然后計(jì)算機(jī)計(jì)算并存放yi／xi的值，代替前面的yR／xR來(lái)作校準(zhǔn)系數(shù)。6.3.2線(xiàn)性化處理和非線(xiàn)性補(bǔ)償1.鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系-200－0度：Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100℃)t3]0－850度：Rt=R0[1+At+Bt2]其中：A=3.90802×10-3℃-1B=-5.802×10-7℃-1C=-4.27350×10-12℃-1R0=100Ω(0℃時(shí)的電阻值)2.熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系0~400℃:T=a4E4+a3E3+a2E2+a1E400~1000℃:T=b4E4+b3E3+b2

6、E2+b1E+b0對(duì)非線(xiàn)性曲線(xiàn)處理，一般有兩種方法：（1）分段線(xiàn)性化：利用多段折線(xiàn)代替曲線(xiàn)，然后利用線(xiàn)性化公式計(jì)算求取結(jié)果。（2）分度表法：離線(xiàn)計(jì)算出輸入值與輸出值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后利用查表法求取。分段線(xiàn)性化法是將函數(shù)根據(jù)其變化情況分成幾段，然后將每一段區(qū)間分別用直線(xiàn)去逼近。分段插值的分段點(diǎn)的選取可按實(shí)際曲線(xiàn)的情況靈活決定，既可以采用等距分段法，又可采用非等距分段法。如熱敏電阻溫度t與阻值R的插值多項(xiàng)式，其計(jì)算量較大，程序也較復(fù)雜。為使計(jì)算簡(jiǎn)單，提高實(shí)時(shí)性，可采用分段線(xiàn)性插值公式或稱(chēng)分段線(xiàn)性化的方法，即用多段折線(xiàn)代替曲線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算。圖中曲線(xiàn)為熱敏電阻的負(fù)溫度-電阻特性，折線(xiàn)

7、L0、L1、L2代替或逼近曲線(xiàn)。當(dāng)獲取某個(gè)采樣值R后，先判斷R的大小處于哪一折線(xiàn)段內(nèi)，然后就可按相應(yīng)段的線(xiàn)性化公式計(jì)算出標(biāo)度變換值。其計(jì)算公式是：－k0(R-R0)+t3R0≤R≤R1t=－k1(R-R1)+t2R1≤R≤R2－k2(R–R2)+t1R2≤R≤R3式中k0、k1、k2分別為線(xiàn)段L0、L1、L2的斜率。分段數(shù)越多，線(xiàn)性化精度越高，軟件開(kāi)銷(xiāo)也相應(yīng)增加。分段數(shù)應(yīng)視具體情況和要求而定。分度表法：所謂分度表法就是把事先計(jì)算或測(cè)得的數(shù)據(jù)按照一定順序編制成表格，查表程序的任務(wù)就是根據(jù)被測(cè)參數(shù)的值或者中間結(jié)果，查出最終所需要的結(jié)果。它是一