第四章测量数据处理精选文档.ppt
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1、第四章测量数据处理第四章测量数据处理本讲稿第一页,共六十八页4 测量数据处理测量数据处理原始测量数据原始测量数据A/D转换转换微机内部先预处理微机内部先预处理显示或输出显示或输出数据处理算法数据处理算法本讲稿第二页,共六十八页4.测量数据处理测量数据处理4.1 零位和灵敏度的误差校正零位和灵敏度的误差校正4.2 量程自动切换量程自动切换4.3 超限自动报警超限自动报警4.4 标度变换标度变换4.5 非线性校正算法非线性校正算法4.6 数字滤波数字滤波本讲稿第三页,共六十八页4.1零位和灵敏度的误差校正零位和灵敏度的误差校正软件校正方法软件校正方法理想的线性测试系统理想的线性测试系统输出读数输出
2、读数被测真值被测真值该通道的标称灵敏度该通道的标称灵敏度或增益或增益 本讲稿第四页,共六十八页软件校正方法软件校正方法实际的线性测试系统实际的线性测试系统存在存在“零位误差零位误差”和和“灵敏度误差灵敏度误差”“零位误差零位误差”x”x0 0输入输入y y为为零时的输出零时的输出 指实际灵敏度指实际灵敏度k k与标与标称灵敏度称灵敏度k k0 0的偏差的偏差 本讲稿第五页,共六十八页软件校正方法软件校正方法测量误差测量误差(系统误差)(系统误差)误差误差值值真值真值系统误差系统误差系统误差系统误差本讲稿第六页,共六十八页软件校正方法软件校正方法误差校正算法误差校正算法?根据式根据式根据式根据式
3、4 41 12 2推导推导推导推导本讲稿第七页,共六十八页软件校正方法软件校正方法误差校正算法误差校正算法被测系统被测系统被测系统被测系统X X1 1Y Y1 1被测系统被测系统被测系统被测系统X X2 2Y Y2 2 本讲稿第八页,共六十八页软件校正方法软件校正方法误差校正算法误差校正算法被测系统被测系统被测系统被测系统X X0 00 0简简简简化化化化本讲稿第九页,共六十八页软件校正方法软件校正方法标准标准输入输入输入输入为零为零被测量被测量本讲稿第十页,共六十八页硬件校正方法硬件校正方法零位调整电路零位调整电路传感器调零电路传感器调零电路 许多传感器都设置了专门的调零电路,许多传感器都设
4、置了专门的调零电路,当被测非电量当被测非电量为零而传感器的输出不为零为零而传感器的输出不为零,可调整调零电路中的调可调整调零电路中的调零电位器实现调零。零电位器实现调零。本讲稿第十一页,共六十八页硬件校正方法硬件校正方法电桥调零电路电桥调零电路 传感器常采用电桥作为测量电路传感器常采用电桥作为测量电路为保证被测参数为零时,电桥输出也为零。设置为保证被测参数为零时,电桥输出也为零。设置了调零电位器。了调零电位器。图中为调零电位器,调整它可图中为调零电位器,调整它可图中为调零电位器,调整它可图中为调零电位器,调整它可使温度为使温度为使温度为使温度为0 0时,电桥输出电压时,电桥输出电压时,电桥输出
5、电压时,电桥输出电压为零为零为零为零本讲稿第十二页,共六十八页硬件校正方法硬件校正方法放大器输入偏移调零电路放大器输入偏移调零电路 放大器输入电压放大器输入电压放大器输入电压放大器输入电压为前级测量电路的零位输出。为前级测量电路的零位输出。调整目的调整目的调整目的调整目的:保证放大器输出电压:保证放大器输出电压:保证放大器输出电压:保证放大器输出电压U U0 0在在在在x=0 x=0时为零时为零时为零时为零K K本讲稿第十三页,共六十八页硬件校正方法硬件校正方法A/D转换器调零电路转换器调零电路若若A/D的输入高端:被测电压的输入高端:被测电压Ux低端:调零电路提供偏移电压低端:调零电路提供偏
6、移电压UaU b,则有则有S S传感器和传感器和传感器和传感器和A/DA/D转换之前模拟电路的总灵敏度,转换之前模拟电路的总灵敏度,转换之前模拟电路的总灵敏度,转换之前模拟电路的总灵敏度,q qA/DA/D转换器的量化单位,即转换器的量化单位,即转换器的量化单位,即转换器的量化单位,即N=1N=1所对应的模拟电压。所对应的模拟电压。所对应的模拟电压。所对应的模拟电压。本讲稿第十四页,共六十八页AD590调零电路调零电路本讲稿第十五页,共六十八页灵敏度调整的硬件实现灵敏度调整的硬件实现 调整传感器本身的灵敏度调整传感器本身的灵敏度调整传感器电桥电源电压调整传感器电桥电源电压调整放大器放大倍数调整
7、放大器放大倍数最常用。最常用。调整调整A/D转换器的基准电压转换器的基准电压注意:在零点和灵敏度都发生漂移的情况下,通注意:在零点和灵敏度都发生漂移的情况下,通常是先调零,后调灵敏度。常是先调零,后调灵敏度。本讲稿第十六页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换量程量程指检测系统测量上限指检测系统测量上限x max和测量下限和测量下限xmin之代数之代数差,即:差,即:量程自动切换量程自动切换使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上既能防止数据溢出和系统过载,又能保证一定的既能防止数据溢出和系统过载,又能保证一定的测量精度。测量精度。传统:手动传统:手动切换
8、切换本讲稿第十七页,共六十八页两个问题:两个问题:1、如何才能知道什么时候该量程切换?、如何才能知道什么时候该量程切换?2、怎么实现量程切换?、怎么实现量程切换?4.2 量程自动切换量程自动切换本讲稿第十八页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换量程切换的依据量程切换的依据 本讲稿第十九页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换 量程切换的依据量程切换的依据量程切换的依据量程切换的依据不能使数据溢出,要求不能使数据溢出,要求不能使数据溢出,要求不能使数据溢出,要求或或或或本讲稿第二十页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换相对误差相对误差要求:要求:要求:要求:或或或或本讲稿第
9、二十一页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换量程判别条件量程判别条件 本讲稿第二十二页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换模拟判别的方法模拟判别的方法窗口比较器。图窗口比较器。图421,通常取:通常取:通常取:通常取:过量程过量程过量程过量程 欠量程欠量程欠量程欠量程 本讲稿第二十三页,共六十八页4.2 量程自动切换量程自动切换数字判别的方法数字判别的方法1 1、高位检测法、高位检测法、高位检测法、高位检测法读取读取读取读取A/DA/D转换数据的高两位或高三位:转换数据的高两位或高三位:转换数据的高两位或高三位:转换数据的高两位或高三位:若都为若都为若都为若都为“1”“1”,则
10、,则,则,则“过量程过量程过量程过量程”,若都为若都为若都为若都为“0”“0”,则,则,则,则“欠量程欠量程欠量程欠量程”。2 2、A/DA/D自检测法自检测法自检测法自检测法A/DA/D自身提供自身提供自身提供自身提供“过量程过量程过量程过量程”和和和和“欠量程欠量程欠量程欠量程”指指指指示信号。示信号。示信号。示信号。本讲稿第二十四页,共六十八页量程切换的方法量程切换的方法 程控放大器和程控衰减器程控放大器和程控衰减器 量程(上限)值量程(上限)值量程(上限)值量程(上限)值 本讲稿第二十五页,共六十八页量程切换的方法量程切换的方法 改变量程值方法改变量程值方法改变量程值方法改变量程值方法
11、改变改变改变改变E E改变改变改变改变S S改变改变改变改变KK最常用最常用最常用最常用 改变改变改变改变K K的常用电路的常用电路的常用电路的常用电路数控放大器数控放大器数控放大器数控放大器由多路开关由多路开关由多路开关由多路开关MUXMUX和放大器构成(和放大器构成(和放大器构成(和放大器构成(a a)。)。)。)。程控衰减器程控衰减器程控衰减器程控衰减器由多路开关由多路开关由多路开关由多路开关MUXMUX和电阻分压网络构成。和电阻分压网络构成。和电阻分压网络构成。和电阻分压网络构成。MUXMUX用作用作用作用作“量程切换开关量程切换开关量程切换开关量程切换开关”。本讲稿第二十六页,共六十
12、八页量程切换的程序量程切换的程序编程原则编程原则若判别结果是若判别结果是“欠量程欠量程”,则切换到较小的量程,则切换到较小的量程即降一个量程;即降一个量程;若判别结果是若判别结果是“超量程超量程”,则切换到较大的量程,则切换到较大的量程即升一个量程;即升一个量程;若判别结果是既不若判别结果是既不“欠量程欠量程”也不也不“超量程超量程”,则不进行量程切换;则不进行量程切换;若已经达到最小量程或最大量程,也不再进行量若已经达到最小量程或最大量程,也不再进行量程切换。程切换。通常一开始应先选用最大量程进行测量,以避免通常一开始应先选用最大量程进行测量,以避免仪器过载或损坏。仪器过载或损坏。图图4 4
13、2 23 3本讲稿第二十七页,共六十八页4.3 超限自动报警超限自动报警重要参数重要参数上下限检查上下限检查报警报警程序设计:比较方法程序设计:比较方法采样、数字滤波以及标度变换、比较采样、数字滤波以及标度变换、比较本讲稿第二十八页,共六十八页上限上限处理处理下限下限处理处理本讲稿第二十九页,共六十八页越限报警系统设计实例越限报警系统设计实例锅炉报警系统锅炉报警系统P1口各位功能分配口各位功能分配报警参数:水位报警参数:水位(X1)、炉温、炉温(X2)、蒸汽压力下限、蒸汽压力下限(X3);报警点:水位上、下限、温度上、下限和蒸汽下限。报警点:水位上、下限、温度上、下限和蒸汽下限。报警方式:当各
14、参数均正常、无报警时绿灯亮,报警方式:当各参数均正常、无报警时绿灯亮,当某参数过限发出报警信号,鸣笛并使相应指示灯当某参数过限发出报警信号,鸣笛并使相应指示灯亮。亮。本讲稿第三十页,共六十八页锅炉报警电路原理图锅炉报警电路原理图 本讲稿第三十一页,共六十八页软件设计控制报警软件设计控制报警报警参数和标志存放地址的分配:报警参数和标志存放地址的分配:设一个报警标志单元如设一个报警标志单元如20H单元,无报警时单元,无报警时20H清清0,有报警时,有报警时20H置置“1”;水位、温度、压力三个参数采样值分别存放在水位、温度、压力三个参数采样值分别存放在SAMP为首地址的内存单元中;为首地址的内存单
15、元中;5个报警点分别存放在个报警点分别存放在30H34H内部内部RAM中。中。水位上、下限用水位上、下限用MAX1、MIN1表示;温度上、下表示;温度上、下限用限用MAX2、MIN2表示,蒸汽压力用表示,蒸汽压力用MIN3表示,表示,依次存于依次存于30H34H单元。单元。本讲稿第三十二页,共六十八页本讲稿第三十三页,共六十八页4.4 标度变换标度变换标度变换标度变换为能从显示器上直接读取带有被测量量纲的数值为能从显示器上直接读取带有被测量量纲的数值所进行必要的变换。所进行必要的变换。普通万用表上电流、电压刻度普通万用表上电流、电压刻度普通万用表上电阻刻度普通万用表上电阻刻度本讲稿第三十四页,
16、共六十八页本讲稿第三十五页,共六十八页硬件实现硬件实现-模拟显示模拟显示线性、非线性线性、非线性线性模拟仪表线性模拟仪表非线性模拟仪表非线性模拟仪表测量通道测量通道不包含任何非线性环不包含任何非线性环节节包含非线性环节包含非线性环节表头指针偏转表头指针偏转角角 与被测量与被测量x x的关系的关系线性关系线性关系非线性关系非线性关系表盘刻度表盘刻度线性均匀刻度线性均匀刻度非线性非均匀刻度非线性非均匀刻度标定方法标定方法两点定标两点定标多点定标:多点定标:加多个标准输入量加多个标准输入量x x1 1,x,x2 2,x,xn n,在,在表头指针偏转表头指针偏转 1 1,2 2,n n所指所指度盘处各
17、刻一刻线,并在刻线处依度盘处各刻一刻线,并在刻线处依次标出次标出x x1 1,x,x2 2,x,xn n的值。的值。典型实例典型实例普通万用表上电流、普通万用表上电流、电压刻度电压刻度普通万用表上电阻刻度普通万用表上电阻刻度本讲稿第三十六页,共六十八页硬件实现硬件实现-模拟显示模拟显示非线性校正电路非线性校正电路 若串接非线性校正电路的传输函数是被校正若串接非线性校正电路的传输函数是被校正非线性环节传输函数的反函数,则刻度盘就非线性环节传输函数的反函数,则刻度盘就可采用线性刻度。可采用线性刻度。开方器开方器开方器开方器实例实例实例实例差压式流量计的指针偏角与流量差压式流量计的指针偏角与流量差压
18、式流量计的指针偏角与流量差压式流量计的指针偏角与流量QQ成非线性关系成非线性关系成非线性关系成非线性关系 本讲稿第三十七页,共六十八页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示线性通道线性通道从从A/D转换结果转换结果Di得到被测量的数值得到被测量的数值Ni本讲稿第三十八页,共六十八页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示线性通道线性通道S S S S传感器灵敏度传感器灵敏度传感器灵敏度传感器灵敏度(即被测量转换成电压的转换系数即被测量转换成电压的转换系数即被测量转换成电压的转换系数即被测量转换成电压的转换系数);E E E EA/DA/DA/DA/D转换器满量程输入电压;转换器满量程输入电压;转换器满量
19、程输入电压;转换器满量程输入电压;DFSDFSDFSDFSA/DA/DA/DA/D转换器满量程输出数字。转换器满量程输出数字。转换器满量程输出数字。转换器满量程输出数字。实现标实现标实现标实现标度度度度变换变换变换变换的条件:的条件:的条件:的条件:本讲稿第三十九页,共六十八页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示线性通道线性通道实现标度变换的方法实现标度变换的方法调整放大增益;调整放大增益;调整传感器灵敏度调整传感器灵敏度(例如调整应变电桥的电源电压例如调整应变电桥的电源电压);调整调整A/D转换器基准电压转换器基准电压E。本讲稿第四十页,共六十八页为了采用硬件方法实现标度变换为了采用硬件方法实
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