《自动检测技术》课件第4章.ppt

3.串联式温度补偿的实现1)在A/D转换之前实现如图4–47所示，集成运放A，铜电阻RCu及温度系数很小、可认为不随温度改变的锰铜电阻R1、R2构成了串联式温度补偿器(兼放大器)。设传感器的特性为式中：S0为传感器在0?℃时的灵敏度；a为灵敏度的温度系数；DT为环境温度偏离0?℃的改变量。图4-47串联式温度补偿假设运算放大器的特性是理想的，并设铜电阻在0?℃时的阻值和温度系数分别为RCu0及b，可得温度补偿环节的特性为所以，补偿后的特性为若选择元件参数，使满足则补偿后的灵敏度为2)在A/D转换之中实现例如，对于逐次比较型A/D转换，选取解码网络中的电阻时，使其具有适当的温度系数，即可补偿温度的影响。对双积分型A/D转换，适当选取反向积分电阻，也可补偿温度的影响。3)在A/D转换之后实现图4-48所示是采用类似于非线性补偿中的查表法进行温度补偿的原理图。事先将不同温度下的数据按行、列存储到EPROM中，每一行对应的温度是相同的，每一列对应的被测量是相同的。模拟开关在逻辑控制电路的控制下，定期地将温度传感器的输出接入放大器，并将A/D转换后的数字量由行地址锁存器锁存，其他时间则将主传感器的输出接入放大器，并将A/D转换后的数字量由列地址锁存器锁存，以行、列地址锁存器的输出作为EPROM的行、列地址信号，去访问EPROM中的数据，读出后进行数字显示或输出。图4-48查表法温度补偿原理图4)软件实现显然，上面的查表法需要大容量的存储器，否则难以保证精度。若用软件实现，可减小存储器容量。方法是：根据主传感器在不同温度下的输出输入特性曲线，用解析计算法、分段线性计算法、非线性插值计算法等具体算法，由主传感器的输出，求出被测量x。4.零点温漂和灵敏度温漂综合补偿举例假设测量装置的输出输入特性可用式(4–62)表示，它的零点和灵敏度可能存在温度漂移，即式(4–62)中的a0(T)???0，a1(T)???0，且随温度改变。若测量装置中包括A/D转换、运算器和存储器，则在一定条件下可用下述方法进行零点温漂和灵敏度温漂的补偿。首先令x取值为零，由式(4–62)得然后令x取某一个非零的标准值X(例如输入一个满量程标准量)，由式(4–62)得求解式(4–82)和式(4–83)组成的方程组得若实际测量时的输出为y，则根据式(4–62)可得被测量的值为显然，只要每隔一定时间，测量一次零输入时的输出和某个非零标准输入时的输出，并存储到内存中的相应单元，即可按照式(4–86)计算消除零点温漂和灵敏度温漂后的输入。关键在于如何实现零输入和非零标准输入。对于单元组合仪表，除了变送器以外的其他仪表，输入量往往是电信号，是很容易实现的。因此，这种方法特别适用于这类仪表的温度补偿。对于变送器，若能设法实现零输入和非零标准输入，也可用这种方法。5.温度补偿原理与方法的推广应用前面所述温度补偿原理与方法具有一定的普遍适应性，例如，可推广到对湿度影响的补偿。影响测量精度的因素很多，其中两个主要因素是非线性和温度。但是，当对测量装置进行了非线性补偿和温度补偿之后，其他因素如湿度的影响就可能突显出来，给进一步提高测量精度造成困难。在某些情况下，湿度的影响甚至比温度的影响还要严重。然而，人们对湿度测量与控制重要性的认识，同温度相比要晚得多。无论是对湿度传感器、湿度测量方法还是湿度补偿方法的研究，都远没有对温度的研究那样成熟。因此，湿度补偿技术将很可能成为今后检测技术的一个新的研究方向。为了补偿湿度的影响，可以首先在理论上对测量装置的特性进行分析，研究其对湿度的有害灵敏度，以便在理论上对湿度补偿起指导作用，就像分析测量装置对温度的有害灵敏度那样。类似于讨论温度补偿方式，也可得到湿度补偿时若采用反馈补偿方式，应解决哪些关键问题；若采用串联补偿方式，补偿环节的特性应满足什么条件；若采用并联补偿方式，补偿环节与被补偿环节的特性应满足什么样的方程——无非是把式(4-68)和式(4-69)中对温度的求导变成对湿度的求导。然而，湿度补偿与温度补偿相比要困难一些。一个很重要的原因就是目前开发出来的湿敏元件大多具有严重的非线性特性，使得在测量电路中串、并联湿敏元件的硬件补偿往往很难获得令人满意的效果，用查表法时，因湿度测量结果的非线性也会使问题复杂化。另外，湿度补偿往往需要和整个测量装置及湿敏元件本身的温度补偿、非线性补偿同时进行，用软件实现也非易事。有人研究了基于人工智能的温、湿度综合补偿方法，用于CO气体浓度的测量中，取得了一定的效果，具体可参考有关文献。思考与练习