過程控制儀表第7章檢測(cè)電路、檢測(cè)算法及抗干擾技術(shù)

1、18 檢測(cè)電路、檢測(cè)算法 及抗干擾技術(shù)8.1 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)8.2 檢測(cè)算法檢測(cè)算法 8.3 檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 28.1 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)1）信號(hào)放大電路）信號(hào)放大電路2）信號(hào)變換電路）信號(hào)變換電路3）信號(hào)分離電路（濾波）信號(hào)分離電路（濾波）4）信號(hào)調(diào)制電路）信號(hào)調(diào)制電路38.2 檢測(cè)算法1） 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)2） 克服系統(tǒng)誤差的軟件算法克服系統(tǒng)誤差的軟件算法3） 量程自動(dòng)切換及標(biāo)度變換量程自動(dòng)切換及標(biāo)度變換48.3 檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)1） 干擾的類型及產(chǎn)生干擾的類型及產(chǎn)生2） 常用的抑制干擾措施常用的抑制干擾措施3） 其他抑制干擾的措施其他抑制干擾的措施58

2、.1 檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 1）信號(hào)放大電路 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)： 420mA ，1 5V其它標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)其它標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)方便對(duì)被測(cè)信號(hào)的后續(xù)變換、處理、記錄、分析方便對(duì)被測(cè)信號(hào)的后續(xù)變換、處理、記錄、分析電壓、電勢(shì)、電位電壓、電勢(shì)、電位電流、電荷電流、電荷電阻、電容、電感電阻、電容、電感光、磁信號(hào)光、磁信號(hào)信號(hào)放大的目的：信號(hào)放大的目的：傳感器直接輸出的信號(hào)：傳感器直接輸出的信號(hào)：6放大電路的主要類型比例放大器比例放大器：通用型：通用型差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器：電勢(shì)、電位式傳感器：電勢(shì)、電位式傳感器電橋放大電路電橋放大電路：電阻應(yīng)變、電感、差動(dòng)變壓器、電容式傳感器：電阻應(yīng)變、電感、差動(dòng)變

3、壓器、電容式傳感器電荷放大器電荷放大器：電荷式傳感器：電荷式傳感器儀用放大器儀用放大器：電位差、電勢(shì)差：電位差、電勢(shì)差隔離放大電路隔離放大電路：噪聲隔離、光電、磁電、電：噪聲隔離、光電、磁電、電容容 7同相比例放大電路 同相比例放大器是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相比，同相比例放大器是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相比，相位相同相位相同，幅值成一定比例。，幅值成一定比例。 增益增益 輸入阻抗輸入阻抗u12A1R /R (1)iirrAF2121/uRFARR其中其中： A為運(yùn)放的開環(huán)增益；為運(yùn)放的開環(huán)增益； F為電路的反饋系數(shù)；為電路的反饋系數(shù)； ri為運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗。為運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗。8反相比例放大電

4、路 反相比例放大器是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相反相比例放大器是指輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相比，比，相位相反相位相反，幅值成一定比例。，幅值成一定比例。u1A/fRR 9交流電壓跟隨電路 交流電壓跟隨電交流電壓跟隨電 路是同相放大電路的路是同相放大電路的 特例。為減小失調(diào)電特例。為減小失調(diào)電 流，常取流，常取R R3 3=R=R2 210差動(dòng)放大電路n差動(dòng)放大是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相差動(dòng)放大是把二個(gè)輸入信號(hào)分別輸入到運(yùn)算放大器的同相端和反相端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，而端和反相端，然后在輸出端取出二個(gè)信號(hào)的差模成分，而盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。盡量抑制二個(gè)信號(hào)的共模成分。n

5、特點(diǎn)：提高電路共模抑制比，減小溫漂。特點(diǎn)：提高電路共模抑制比，減小溫漂。 112122()OSRRUUUURR11RVVVRVORVVBFFFi)21(01RVVRVVRVOBTTST而而 VTVF 則則 V01 = 2（Vi VS） 可列出兩輸入節(jié)點(diǎn)的電流方程：可列出兩輸入節(jié)點(diǎn)的電流方程：DDZ-調(diào)節(jié)器的輸入電路調(diào)節(jié)器的輸入電路12電橋放大電路n 特點(diǎn)： 靈敏度高；線性好；測(cè)量范圍寬；容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。直流電橋（電阻應(yīng)變式測(cè)力稱重傳感器）交流電橋（電感式、差動(dòng)變壓器式、電容式傳感器）n 分類： 13直流電橋 直流電橋的橋臂為純電阻，如圖所示，圖中直流電橋的橋臂為純電阻，如圖所示，圖中UB為電

6、橋電源電壓。為電橋電源電壓。電橋輸出接運(yùn)放輸入端，電橋的平衡條件為：電橋輸出接運(yùn)放輸入端，電橋的平衡條件為：R1R4=R2R3 。 電橋輸出為：電橋輸出為：uOUB+-R1R2R3R4)(43213241212434RRRRRRRRUURRRURRRuBBBO()()()oBR RRRd RuURRRRd R4BUdRR 令令 R1=R2=R3=R，R4=R+dR（單臂工作）有（單臂工作）有：14交流電橋i1 3241324z zz z 和 1324132413312442R RR RX XX XR XR XR XR X和24131234()()osZ ZZ ZuuZZZZ或或 交流電橋的結(jié)構(gòu)

7、與工作原理和直流電橋基本相同。不同的是輸入交流電橋的結(jié)構(gòu)與工作原理和直流電橋基本相同。不同的是輸入輸出為交流，其平衡條件應(yīng)為輸出為交流，其平衡條件應(yīng)為Z1Z3=Z2Z4 由于由于 式中式中Ri、Xi為各橋臂電阻和電抗；為各橋臂電阻和電抗； zi、 為各橋臂復(fù)阻抗的模和輻角。為各橋臂復(fù)阻抗的模和輻角。 因此，式中的平衡條件必須同時(shí)滿足因此，式中的平衡條件必須同時(shí)滿足：輸出輸出(1,2,3,4)ijiiiZRjXzei15電荷放大電路n特點(diǎn)特點(diǎn)：把壓電器件高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，：把壓電器件高內(nèi)阻的電荷源變換為傳感器低內(nèi)阻的電壓源，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，并使其輸出電壓與電荷成正比。實(shí)現(xiàn)阻

8、抗匹配，并使其輸出電壓與電荷成正比。n電荷放大電路可用于電荷放大電路可用于壓電式傳感器、壓電式傳感器、CCD傳感器傳感器圖（圖（b）電荷放大器等效電路）電荷放大器等效電路圖（圖（a）電荷放大器電路原理框圖）電荷放大器電路原理框圖fAQUoACC（1+ ）+aei+CC C C輸出回路電容16 儀用放大器 儀用放大器又稱儀用放大器又稱測(cè)量放大器測(cè)量放大器，為抑制共模輸入電壓與增益調(diào)節(jié)和阻抗匹配之間互，為抑制共模輸入電壓與增益調(diào)節(jié)和阻抗匹配之間互相牽連和矛盾而設(shè)計(jì)，電路如圖所示。相牽連和矛盾而設(shè)計(jì)，電路如圖所示。 左邊部分由左邊部分由運(yùn)放運(yùn)放A1、A2構(gòu)成同相放大器，右邊部分由運(yùn)算放大器構(gòu)成同相放

9、大器，右邊部分由運(yùn)算放大器A3和電阻和電阻R3R6組成減法器。設(shè)組成減法器。設(shè)R1=R2=R，R3=R4=R5=R6，則有則有IgOuRRu）（/21 儀用放大器僅儀用放大器僅調(diào)調(diào)Rg即可調(diào)整放大器即可調(diào)整放大器增益，不需多電位器聯(lián)動(dòng)，不影響電路增益，不需多電位器聯(lián)動(dòng)，不影響電路的對(duì)稱性，輸入阻抗高、對(duì)稱性好、共的對(duì)稱性，輸入阻抗高、對(duì)稱性好、共模抑制比高、增益設(shè)定調(diào)整方便，模抑制比高、增益設(shè)定調(diào)整方便，適用適用于電勢(shì)差、電位差輸出型傳感器。于電勢(shì)差、電位差輸出型傳感器。uI1uI2uIA1A2A3uOR1R2R3R4R5R6+-ABRgiG對(duì)稱同相放大器減法器17隔離放大器 隔離放大器能在輸

10、入與輸出信號(hào)之間保持隔離放大器能在輸入與輸出信號(hào)之間保持電氣隔離電氣隔離的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輸?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電壓的線性傳輸。其組成及符號(hào)如下圖所示。隔離放大器出與輸入電壓的線性傳輸。其組成及符號(hào)如下圖所示。隔離放大器主要主要用于噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)，適合于電感式、用于噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信號(hào)，適合于電感式、磁電式、電渦流式、光電式、霍爾式等傳感器的信號(hào)調(diào)理與放大。磁電式、電渦流式、光電式、霍爾式等傳感器的信號(hào)調(diào)理與放大。18隔離放大器n 隔離的媒介隔離的媒介主要有主要有電磁電磁隔離（變壓器隔離）、隔離（變壓器隔離）、光電光電隔離隔離和和電容電容隔離。隔離

11、。a）變壓器隔離放大器原理框圖b）光電隔離放大器原理框圖19n變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器：因變壓器體積大，成本高，功耗：因變壓器體積大，成本高，功耗大，無法集成，使器件價(jià)格高，體積大，一般為非標(biāo)準(zhǔn)大，無法集成，使器件價(jià)格高，體積大，一般為非標(biāo)準(zhǔn)集成電路封裝；但一般把隔離電源也固化在器件內(nèi)，甚集成電路封裝；但一般把隔離電源也固化在器件內(nèi)，甚至可實(shí)現(xiàn)三端隔離，且通過引腳將電源輸出，可外接負(fù)至可實(shí)現(xiàn)三端隔離，且通過引腳將電源輸出，可外接負(fù)載，不需另配隔離載，不需另配隔離DC-DC變換器，使用方便。變換器，使用方便。n光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器：全由半導(dǎo)體器件構(gòu)成，便于集：全由半導(dǎo)體器

12、件構(gòu)成，便于集成，成本低，體積小，性能穩(wěn)定，不需外接任何器件，成，成本低，體積小，性能穩(wěn)定，不需外接任何器件，使用方便。但器件本身不帶隔離電源，需另接隔離使用方便。但器件本身不帶隔離電源，需另接隔離DC-DC變換器。變換器。n電容耦合隔離放大器電容耦合隔離放大器：引出線少，使用方便，但需使：引出線少，使用方便，但需使用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，頻帶寬度不及光電耦合型隔離放大用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，頻帶寬度不及光電耦合型隔離放大器。器。三種隔離放大器的特點(diǎn)202） 信號(hào)變換電路n 電壓電壓- -電流轉(zhuǎn)換電路電流轉(zhuǎn)換電路 n 交流交流- -直流轉(zhuǎn)換電路直流轉(zhuǎn)換電路n 電壓電壓- -頻率轉(zhuǎn)換電路頻率轉(zhuǎn)換電路n 電壓電壓

13、- -脈寬轉(zhuǎn)換電路脈寬轉(zhuǎn)換電路21電壓-電流轉(zhuǎn)換電路 在成套儀表和計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，傳感器和儀表之間、在成套儀表和計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，傳感器和儀表之間、儀表和儀表之間的信號(hào)傳送都采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即儀表和儀表之間的信號(hào)傳送都采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即1-5V直流電壓直流電壓或或4-20mA直流電流。直流電流。 在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中，常用電壓在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中，常用電壓/電流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電壓、電流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電壓、電流信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。例如，在電流信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。例如，在遠(yuǎn)距離測(cè)量遠(yuǎn)距離測(cè)量中，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換中，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流傳輸，以減小傳輸導(dǎo)線阻抗對(duì)信號(hào)的影響。測(cè)電流信號(hào)成電流傳輸，以減小傳輸導(dǎo)線阻抗對(duì)信號(hào)的影

14、響。測(cè)電流信號(hào)時(shí)，先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓，再由數(shù)字電壓表測(cè)量，或經(jīng)時(shí)，先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓，再由數(shù)字電壓表測(cè)量，或經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由計(jì)算機(jī)測(cè)控。轉(zhuǎn)換后由計(jì)算機(jī)測(cè)控。 22電壓-電流(V/I)變換 輸出負(fù)載中的電流正比于輸入電壓的電路，稱為電壓輸出負(fù)載中的電流正比于輸入電壓的電路，稱為電壓- -電電流變換器。流變換器。 （1）浮地負(fù)載的浮地負(fù)載的V-I變換電路變換電路 一個(gè)簡(jiǎn)單的一個(gè)簡(jiǎn)單的V-I變換電路如變換電路如 圖圖(1)所示。流過所示。流過RL兩端的電流與兩端的電流與 輸入電壓的關(guān)系為輸入電壓的關(guān)系為 io1wUIR +R圖圖(1) 簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的V-I變換器電路變換器電路23 U/ I 轉(zhuǎn)

15、換電路 圖圖(2) 帶三極管驅(qū)動(dòng)的帶三極管驅(qū)動(dòng)的V-I變換器電路變換器電路 由上式可知，調(diào)節(jié)由上式可知，調(diào)節(jié)R Rw w可改可改變輸入電壓與輸出電流之間的變輸入電壓與輸出電流之間的變換系數(shù)。變換系數(shù)。 為為降低降低運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器功耗功耗，擴(kuò)大輸出電流，在運(yùn)算放大器擴(kuò)大輸出電流，在運(yùn)算放大器的輸出端可加一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)的輸出端可加一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)電路，如圖電路，如圖(2)(2)所示。所示。24接地負(fù)載V-I變換電路 圖圖(3)中中Al為同相加法器，為同相加法器，A2為跟隨器，所以為跟隨器，所以 V02=VL=ILRL A1的同相端電壓為：的同相端電壓為： V+=ViR4/(R3+R4)+ILR

16、LR3/(R3+R4) A1的同相端電壓經(jīng)放大后輸出為：的同相端電壓經(jīng)放大后輸出為： Vol=V+(R1+R2)/R1=ILR5+ILRL 選擇元件參數(shù)值滿足：選擇元件參數(shù)值滿足： R3(Rl+R2)Rl(R3+R4)， 可得負(fù)載中的電流可得負(fù)載中的電流IL與負(fù)載與負(fù)載RL無關(guān)。無關(guān)。 為此選取為此選取R3R1，R4R2，則輸出負(fù)載中的電流為：，則輸出負(fù)載中的電流為： IL=ViR2/(R1R5)圖圖(3)接地負(fù)載的接地負(fù)載的V-I變換電路變換電路25差動(dòng)式V-I變換電路圖圖a：理想條件下：理想條件下：V-=V+=Vi2，RL中的電流：中的電流：IL=(Vi1-Vi2)/R1 圖圖b：若滿足條

17、件：若滿足條件：R3/R5=R1/(R2+R4)，則浮地負(fù)載中的總電流為：，則浮地負(fù)載中的總電流為： IL=IL1+IL2=(Vi2-Vi1)(R2+R4)/(R1R4)圖圖c：負(fù)載中的電流為：負(fù)載中的電流為IL=I3-I4，為使負(fù)載的電流與為使負(fù)載的電流與RL無關(guān)，電阻選無關(guān)，電阻選擇須滿足：擇須滿足：R1R4=R2R3，相應(yīng)的接地負(fù)載電流為：相應(yīng)的接地負(fù)載電流為：IL=(Vi2-Vil)/R3a） b） c）圖(4)差動(dòng)式V-I變換電路26電流-電壓轉(zhuǎn)換電路 在遠(yuǎn)程監(jiān)控中，電流信號(hào)常常經(jīng)長(zhǎng)距離導(dǎo)線傳送到數(shù)據(jù)采集接口，在遠(yuǎn)程監(jiān)控中，電流信號(hào)常常經(jīng)長(zhǎng)距離導(dǎo)線傳送到數(shù)據(jù)采集接口，需需I-V比例轉(zhuǎn)

18、換后再進(jìn)行比例轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換。如圖。如圖(5)所示。所示。 最簡(jiǎn)單的電流最簡(jiǎn)單的電流-電壓變換電路如圖電壓變換電路如圖(6)所示。常用高輸入阻抗運(yùn)放組成所示。常用高輸入阻抗運(yùn)放組成電流電流-電壓變換電路，一種簡(jiǎn)單的方案如圖電壓變換電路，一種簡(jiǎn)單的方案如圖(7)所示。所示。oiUI R 圖(5)圖(6)圖(7)27交流-直流變換電路 把交流電壓變換成直流電壓亦稱把交流電壓變換成直流電壓亦稱AC-DC變換。圖變換。圖(10)是使用是使用二極管的整流電路，利用半波整流把交流電變成直流電。二極管的整流電路，利用半波整流把交流電變成直流電。 從圖從圖(11)所示硅二極管的正向伏安特性可知，用

19、硅二極管做半所示硅二極管的正向伏安特性可知，用硅二極管做半波整流時(shí)，若波整流時(shí)，若Um mXm。smuU cos()cwmx t （4）67調(diào)頻信號(hào)的波形xtOOtusa) 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)b) 調(diào)頻信號(hào)調(diào)頻信號(hào) 調(diào)頻信號(hào)的波形調(diào)頻信號(hào)的波形68n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。：抗干擾能力強(qiáng)。 調(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化之中，調(diào)頻信號(hào)所攜帶的信息包含在頻率變化之中， 并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表并非振幅之中，而干擾波的干擾作用則主要表 現(xiàn)在振幅之中現(xiàn)在振幅之中。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：占頻帶寬度大，復(fù)雜。：占頻帶寬度大，復(fù)雜。 調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶，甚至為調(diào)幅所要調(diào)頻波通常要求很寬的頻帶

20、，甚至為調(diào)幅所要 求帶寬的求帶寬的20倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜，倍；調(diào)頻系統(tǒng)較之調(diào)幅系統(tǒng)復(fù)雜， 因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。因?yàn)轭l率調(diào)制是一種非線性調(diào)制。調(diào)頻調(diào)制的特點(diǎn)69 傳感器調(diào)頻電路實(shí)例n與調(diào)幅情況一樣，為提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求信號(hào)形成與調(diào)幅情況一樣，為提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求信號(hào)形成時(shí)已是已調(diào)信號(hào)。因此，常在傳感器中進(jìn)行調(diào)頻。時(shí)已是已調(diào)信號(hào)。因此，常在傳感器中進(jìn)行調(diào)頻。 測(cè)力或壓力的振弦式傳感器測(cè)力或壓力的振弦式傳感器n實(shí)例實(shí)例：測(cè)力或壓力的振弦式傳感器：測(cè)力或壓力的振弦式傳感器n振弦振弦3的一端與支承的一端與支承4相連，另一端與相連，另一端與膜片膜片1連接，振弦連

21、接，振弦3的固有頻率隨張力的固有頻率隨張力T變化變化。振弦變化變化。振弦3在磁鐵在磁鐵2形成的磁形成的磁場(chǎng)內(nèi)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其輸出場(chǎng)內(nèi)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其輸出為調(diào)頻信號(hào)。為調(diào)頻信號(hào)。70調(diào)相鑒相電路n調(diào)相調(diào)相：利用：利用調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)x控制高頻載波信號(hào)的相位。控制高頻載波信號(hào)的相位。n常用方法：常用方法：線性線性調(diào)相，即使得被調(diào)相信號(hào)的相位按調(diào)制調(diào)相，即使得被調(diào)相信號(hào)的相位按調(diào)制 信號(hào)信號(hào)x的線性函數(shù)變化。的線性函數(shù)變化。n調(diào)相信號(hào)調(diào)相信號(hào)us的一般的一般表達(dá)式表達(dá)式： us=Umcos(wc t +mx) 式中，式中，wc為載波信號(hào)的角頻率；為載波信號(hào)的角頻率；Um為調(diào)相信號(hào)中載

22、波為調(diào)相信號(hào)中載波信號(hào)的幅度；信號(hào)的幅度；m為調(diào)制度。為調(diào)制度。71a)b)c)txOttucusOO調(diào)相信號(hào)的波形調(diào)相信號(hào)的波形調(diào)相信號(hào)的波形a）調(diào)制信號(hào)；）調(diào)制信號(hào)；b）載波信號(hào)；）載波信號(hào)；c）調(diào)相信號(hào)）調(diào)相信號(hào)72n同調(diào)幅、調(diào)頻的情況一樣，為提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求同調(diào)幅、調(diào)頻的情況一樣，為提高測(cè)量信號(hào)抗干擾能力，常要求從信號(hào)剛一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號(hào)，因此常在傳感器中進(jìn)行調(diào)制。從信號(hào)剛一形成就已經(jīng)是已調(diào)信號(hào)，因此常在傳感器中進(jìn)行調(diào)制。n實(shí)例實(shí)例：感應(yīng)式扭距傳感器感應(yīng)式扭距傳感器13245M傳感器調(diào)相電路實(shí)例感應(yīng)式扭距傳感器感應(yīng)式扭距傳感器73n影響鑒相影響鑒相誤差誤差的主要的主要

23、因素因素：非線性、信號(hào)幅值、占空比、門電路：非線性、信號(hào)幅值、占空比、門電路 與時(shí)鐘脈沖頻率等。與時(shí)鐘脈沖頻率等。n RS觸發(fā)器觸發(fā)器鑒相精度最高，線性好，對(duì)鑒相精度最高，線性好，對(duì)Us和和Uc的占空比沒有要求。的占空比沒有要求。 鑒鑒相范圍接近相范圍接近2 ；n 相敏檢波器相敏檢波器或乘法器鑒相原理上有非線性，信號(hào)幅值影響鑒相誤差?；虺朔ㄆ麒b相原理上有非線性，信號(hào)幅值影響鑒相誤差。鑒相范圍為鑒相范圍為 /2 ；n脈沖采樣脈沖采樣鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相中鋸齒波的非線性影響鑒相誤差。鑒相范圍接近鑒相范圍接近2 ；n異或門異或門鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒相中占空比影響鑒相誤差。鑒

24、相范圍為鑒相范圍為0 ；n通過通過相位相位 - 脈寬變換脈寬變換鑒相：門電路的動(dòng)作時(shí)間與時(shí)鐘脈沖頻率誤差對(duì)鑒相：門電路的動(dòng)作時(shí)間與時(shí)鐘脈沖頻率誤差對(duì)精度有影響，但一般誤差較小。精度有影響，但一般誤差較小。各種鑒相方法及其比較74n脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制指用脈沖作為載波信號(hào)的調(diào)制方法。指用脈沖作為載波信號(hào)的調(diào)制方法。n在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。在脈沖調(diào)制中具有廣泛應(yīng)用的一種方式是脈沖調(diào)寬。n脈沖調(diào)寬脈沖調(diào)寬的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：B=b+mx，n波形圖：波形圖：脈沖調(diào)制電路Ua) 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)b) 脈沖調(diào)寬信號(hào)脈沖調(diào)寬信號(hào)txOxTBtO脈沖調(diào)寬信號(hào)的波形脈沖調(diào)寬信號(hào)的

25、波形75用電壓變化實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的電路電壓調(diào)寬電壓調(diào)寬uCuR3R4CR2RR1uxVSuou+-+N用電壓變化實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的電路用電壓變化實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的電路43434x3oRRRRRuRuu )( ux為正使為正使u+升高。升高。u+升高升高使使uo處于高電平的脈寬加大，處于高電平的脈寬加大，uo處于低電平的時(shí)間縮短；處于低電平的時(shí)間縮短； u+下降，使下降，使uo處于低電平處于低電平的脈寬加大，的脈寬加大，uo處于高電平的脈處于高電平的脈寬減小，使脈寬受到調(diào)制。寬減小，使脈寬受到調(diào)制。768.2 檢測(cè)算法1） 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)2） 克服系統(tǒng)誤差的軟件算法克服系統(tǒng)誤差的軟件算法3） 量

26、程自動(dòng)切換及標(biāo)度變換量程自動(dòng)切換及標(biāo)度變換771）數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： （1）不需增加硬件，只是一個(gè)計(jì)算程序，）不需增加硬件，只是一個(gè)計(jì)算程序，可靠性可靠性高，高， 數(shù)字濾波可對(duì)頻率很高或很低的信號(hào)濾波；數(shù)字濾波可對(duì)頻率很高或很低的信號(hào)濾波； （2）用軟件算法實(shí)現(xiàn)，可以使多個(gè)輸入通道共享一個(gè)）用軟件算法實(shí)現(xiàn)，可以使多個(gè)輸入通道共享一個(gè) 軟件軟件“濾波器濾波器”，降低硬件，降低硬件成本成本； （3）改變軟件濾波器程序和參數(shù)，即可改變?yōu)V波特）改變軟件濾波器程序和參數(shù)，即可改變?yōu)V波特 性，對(duì)于抑制低頻脈沖干擾、隨機(jī)噪聲特別有效。性，對(duì)于抑制低頻脈沖干擾、隨機(jī)噪聲特別有效。n不足不足：

27、需要計(jì)算時(shí)間：需要計(jì)算時(shí)間78數(shù)字濾波方法n程序判斷濾波（限幅濾波）程序判斷濾波（限幅濾波）n中（位）值濾波法中（位）值濾波法n算術(shù)平均濾波法算術(shù)平均濾波法n遞推平均濾波法遞推平均濾波法n加權(quán)遞推平均濾波法加權(quán)遞推平均濾波法n一階慣性濾波法一階慣性濾波法n復(fù)合濾波法復(fù)合濾波法79程序判斷濾波（限幅濾波）程序判斷濾波算法程序判斷濾波算法： : 相鄰兩個(gè)采樣值之差的最大可能變化范圍相鄰兩個(gè)采樣值之差的最大可能變化范圍21112nnnnnnnnnnyyyyyayyayyy或n程序判斷濾波又稱限幅濾波，很容易用程序判斷方法實(shí)現(xiàn)。程序判斷濾波又稱限幅濾波，很容易用程序判斷方法實(shí)現(xiàn)。n過程的動(dòng)態(tài)特性決定其

28、輸出參數(shù)的變化速度，可根據(jù)檢測(cè)實(shí)過程的動(dòng)態(tài)特性決定其輸出參數(shù)的變化速度，可根據(jù)檢測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或按參數(shù)可能的最大變化速度踐經(jīng)驗(yàn)或按參數(shù)可能的最大變化速度Vmax及采樣周期及采樣周期T來決定來決定值，即：值，即： =TVmax 80 對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣n次次(一般一般n取奇數(shù)取奇數(shù))，把，把n次采樣值按大小次采樣值按大小排隊(duì)，取中間值作為本次有效采樣值。排隊(duì)，取中間值作為本次有效采樣值。 對(duì)溫度、液位等緩慢變化的被測(cè)參數(shù)采用此算法能收到良好濾波效對(duì)溫度、液位等緩慢變化的被測(cè)參數(shù)采用此算法能收到良好濾波效果，能有效抑制脈沖干擾，但對(duì)于壓力等快變參數(shù)一般不宜采用。果，能有效抑制

29、脈沖干擾，但對(duì)于壓力等快變參數(shù)一般不宜采用。中（位）值濾波法：中（位）值濾波法：連續(xù)取幾個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為連續(xù)取幾個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 NiiyNy11 算術(shù)平均濾波法：算術(shù)平均濾波法： 適用于一般有隨機(jī)干擾的信號(hào)的濾波，對(duì)信號(hào)的平滑程度完全取適用于一般有隨機(jī)干擾的信號(hào)的濾波，對(duì)信號(hào)的平滑程度完全取決于決于N。N大，平滑度高，靈敏度低；大，平滑度高，靈敏度低；N小，平滑度低，靈敏度高。小，平滑度低，靈敏度高。中值濾波法與算術(shù)平均濾波法81 只需一次測(cè)量，就能得到當(dāng)前算術(shù)平均濾波值。此方法是把只需一次測(cè)量，就能得到當(dāng)前算術(shù)平均濾波值。此方法是把N個(gè)測(cè)個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)看

30、成一個(gè)隊(duì)列。計(jì)算濾波值時(shí)，只要把隊(duì)列中的量數(shù)據(jù)看成一個(gè)隊(duì)列。計(jì)算濾波值時(shí)，只要把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，就得到新的濾波值。術(shù)平均，就得到新的濾波值。 遞推平均濾波法：遞推平均濾波法： 101NiinnyNy加權(quán)遞推平均濾波法：加權(quán)遞推平均濾波法：101NiininyCNy01110110NNCCCCCC其中其中設(shè)設(shè) 為對(duì)象的純滯后時(shí)間，且為對(duì)象的純滯后時(shí)間，且 )1(21Neee)1(110,1NNeCeCC則則 遞推平均濾波與加權(quán)遞推平均濾波82 以數(shù)字形式通過算法實(shí)現(xiàn)一階慣性（動(dòng)態(tài)）以數(shù)字形式通過算法實(shí)現(xiàn)一階慣性（動(dòng)態(tài)）RC濾波，能很好地克濾波，能很好地克服上述模擬濾波器

31、的缺點(diǎn)。適用于波動(dòng)頻繁的參數(shù)濾波，但帶來了相服上述模擬濾波器的缺點(diǎn)。適用于波動(dòng)頻繁的參數(shù)濾波，但帶來了相位滯后位滯后(取決于取決于a值值)，靈敏度低。，靈敏度低。 一階慣性濾波法：一階慣性濾波法：復(fù)合濾波法：復(fù)合濾波法： 如果如果yly2yn，其中，其中，3n14 (y1和和yn分別是采樣值中的最小分別是采樣值中的最小值和最大值值和最大值)，則，則 1)1 (nnnyayay)/(TTTaff ，其中其中 不能濾除頻率高于采樣頻率二分之一不能濾除頻率高于采樣頻率二分之一(奈奎斯特頻率奈奎斯特頻率)的干擾信號(hào)。的干擾信號(hào)。高于奈奎斯特頻率的干擾信號(hào)，應(yīng)采用模擬濾波器。高于奈奎斯特頻率的干擾信號(hào)，

32、應(yīng)采用模擬濾波器。 )2/()(132nyyyynn一階慣性濾波法與復(fù)合濾波法a由實(shí)驗(yàn)定，只要使被測(cè)信號(hào)不產(chǎn)生明顯紋波。由實(shí)驗(yàn)定，只要使被測(cè)信號(hào)不產(chǎn)生明顯紋波。，Tf為濾波時(shí)間常數(shù)，為濾波時(shí)間常數(shù)， T為為采樣周期采樣周期83 校正系統(tǒng)誤差的關(guān)鍵是建立誤差模型。多數(shù)情況下誤差模型未知，只能通過測(cè)量數(shù)據(jù)建立反映測(cè)量值變化的近似數(shù)學(xué)模型，即校正模型。 系統(tǒng)誤差的模型校正法（非線性校正）系統(tǒng)誤差的模型校正法（非線性校正） 2）克服系統(tǒng)誤差的軟件算法 代數(shù)插值法：代數(shù)插值法： 設(shè)有n+1組離散點(diǎn)：(x0，y0)，(xl，y1)，(xn，yn)，x a，b和未知函數(shù)f(x)，并有 f(x0)=y0 f(

33、x1)=y1 f(xn)=yn，找到一個(gè)函數(shù)g(x)，使g(x)在xi(i=0，n)處與f(xi)相等。滿足這個(gè)條件的函數(shù)g(x)，稱為f(x)的插值函數(shù)，xi稱為插值節(jié)點(diǎn)。 用一個(gè)次數(shù)不超過n的代數(shù)多項(xiàng)式 Pn(x)=anxn+an-1xn-1+ +a1x+a0去逼近f(x)，使Pn(x)在節(jié)點(diǎn)xi處滿足Pn(xi) = f(xi) = yi i=0,2, ,n nnnnnnnnnnnnnnnnyaxaxaxayaxaxaxayaxaxaxa01110111000001101084 通常給出離散點(diǎn)總是多于求解插值方程所需的離散數(shù)，因通常給出離散點(diǎn)總是多于求解插值方程所需的離散數(shù)，因此，用多項(xiàng)

34、式插值法求解離散點(diǎn)的插值函數(shù)時(shí)，先必須根據(jù)所此，用多項(xiàng)式插值法求解離散點(diǎn)的插值函數(shù)時(shí)，先必須根據(jù)所需的逼近精度決定多項(xiàng)式次數(shù)，該次數(shù)與所要逼近的函數(shù)有關(guān)需的逼近精度決定多項(xiàng)式次數(shù)，該次數(shù)與所要逼近的函數(shù)有關(guān)。一般最常用。一般最常用線性插值線性插值和和拋物線拋物線(二次二次)插值插值。線性插值：線性插值： 在一組數(shù)據(jù)在一組數(shù)據(jù)(xi , yi )中選取兩個(gè)具有代表性的點(diǎn)中選取兩個(gè)具有代表性的點(diǎn)(x0 , y0), (x1 , y1)，然后根據(jù)插值原理求出插值方程：然后根據(jù)插值原理求出插值方程： 01101001011axayxxxxyxxxxP010001011,xayaxxyya其其中中線性插

35、值85非線性特性的直線方程校正圖非線性特性的直線方程校正圖 實(shí)際測(cè)量中，每采樣一個(gè)值，就用校正方程計(jì)算實(shí)際測(cè)量中，每采樣一個(gè)值，就用校正方程計(jì)算P1 (x)，并把，并把P1 (x)當(dāng)當(dāng)做被測(cè)量值的校正值。做被測(cè)量值的校正值。 當(dāng)當(dāng)(x0 , y0)、(x1 , y1)為非線性特性曲線為非線性特性曲線f (x)或數(shù)組的兩端點(diǎn)或數(shù)組的兩端點(diǎn)A、B時(shí)，時(shí)，如圖所示，線性插值是常用的直線方程校正法如圖所示，線性插值是常用的直線方程校正法(端點(diǎn)連線法端點(diǎn)連線法)。當(dāng)擬合。當(dāng)擬合誤差小于允許的擬合誤差時(shí)，則直線方程是理想的校正方程。誤差小于允許的擬合誤差時(shí)，則直線方程是理想的校正方程。 線性插值86 拋物

36、線插值是在數(shù)據(jù)中選取三點(diǎn)拋物線插值是在數(shù)據(jù)中選取三點(diǎn)(x0，y0)、(x1，y1)、(x2，y2)，相，相應(yīng)的插值方程為：應(yīng)的插值方程為： 2120210121012002010212)()()()()()()(yxxxxxxxxyxxxxxxxxyxxxxxxxxxP拋物線插值87 當(dāng)很難建立合適的誤差校正模型時(shí)，可用實(shí)驗(yàn)手段求得校正曲線，當(dāng)很難建立合適的誤差校正模型時(shí)，可用實(shí)驗(yàn)手段求得校正曲線，然后把曲線上的各校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)以表格形式存入內(nèi)存。一個(gè)校正點(diǎn)的數(shù)然后把曲線上的各校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)以表格形式存入內(nèi)存。一個(gè)校正點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)(或幾個(gè)或幾個(gè))內(nèi)存單元，以后實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)，通過查表來求

37、得修正內(nèi)存單元，以后實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)，通過查表來求得修正后的測(cè)量結(jié)果。后的測(cè)量結(jié)果。 查表法88 傳感器、測(cè)量電路等不可避免地存在溫度漂移和時(shí)間漂移，這給傳感器、測(cè)量電路等不可避免地存在溫度漂移和時(shí)間漂移，這給整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)引入零位誤差和增益誤差。這類誤差均屬系統(tǒng)誤差。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)引入零位誤差和增益誤差。這類誤差均屬系統(tǒng)誤差。 零位誤差的校正方法：零位誤差的校正方法： 在每個(gè)測(cè)量周期中或中斷正常的測(cè)量過程中，使輸入接地在每個(gè)測(cè)量周期中或中斷正常的測(cè)量過程中，使輸入接地(輸入為輸入為零零)，此時(shí)包括傳感器在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量輸入通道的輸出即為零位輸出，此時(shí)包括傳感器在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量輸入通道的輸出即為零位輸出 (

38、一般該值不為零一般該值不為零)N0；再把輸入接基準(zhǔn)電壓；再把輸入接基準(zhǔn)電壓VR測(cè)得數(shù)據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)NR，并將，并將N0和和NR存于內(nèi)存。然后輸入接存于內(nèi)存。然后輸入接Vx，測(cè)得，測(cè)得Nx，則測(cè)量結(jié)果可用下式計(jì)算。，則測(cè)量結(jié)果可用下式計(jì)算。Vx =VR (Nx-N0) / (NR-N0) 即在正常測(cè)量過程中，即在正常測(cè)量過程中，每次測(cè)量后均從采樣值中減去原先存入的每次測(cè)量后均從采樣值中減去原先存入的零位輸出值，實(shí)現(xiàn)零位校正零位輸出值，實(shí)現(xiàn)零位校正。但在對(duì)溫度、流量、壓力等的工業(yè)測(cè)量。但在對(duì)溫度、流量、壓力等的工業(yè)測(cè)量中，很難提供零位輸入狀態(tài)，因此零位誤差很難補(bǔ)償。中，很難提供零位輸入狀態(tài)，因此零位誤

39、差很難補(bǔ)償。 系統(tǒng)零位誤差的校正方法89 基本思想基本思想：系統(tǒng)開始工作后或每隔一定時(shí)間測(cè)一次基準(zhǔn)參數(shù)，然后建立：系統(tǒng)開始工作后或每隔一定時(shí)間測(cè)一次基準(zhǔn)參數(shù)，然后建立誤差校正模型，確定并存儲(chǔ)校正模型參數(shù)。正式測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果誤差校正模型，確定并存儲(chǔ)校正模型參數(shù)。正式測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和校正模型求取校正值，消除誤差。有兩種常用方法。和校正模型求取校正值，消除誤差。有兩種常用方法。 （1） 全自動(dòng)校正全自動(dòng)校正 用這種方法測(cè)得的信號(hào)與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，可大大提高用這種方法測(cè)得的信號(hào)與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，可大大提高測(cè)量精度，降低對(duì)電路器件的要求。測(cè)量精度，降低對(duì)電路器件的要求

40、。 電路的輸入部分有一個(gè)多路電路的輸入部分有一個(gè)多路開關(guān)，由主機(jī)控制。校正時(shí)，先開關(guān)，由主機(jī)控制。校正時(shí)，先將開關(guān)接地，測(cè)出這時(shí)的輸入將開關(guān)接地，測(cè)出這時(shí)的輸入x0。然后把開關(guān)接。然后把開關(guān)接VR，測(cè)出輸入，測(cè)出輸入x1，存放，存放x0, x1，得校正方程，得校正方程 y=a1x+a0 式中，式中，a1=VR/(x1-x0), a0=VRx0/(x0-x1)。系統(tǒng)增益增益誤差的校正方法190 （2）人工自動(dòng)校正人工自動(dòng)校正 由人工在需要時(shí)接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校正測(cè)量，存放測(cè)得的數(shù)據(jù)，由人工在需要時(shí)接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校正測(cè)量，存放測(cè)得的數(shù)據(jù)，供以后使用。一般人工自動(dòng)校正只測(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)供以后使用。一般

41、人工自動(dòng)校正只測(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)yR，零位信號(hào)的補(bǔ)，零位信號(hào)的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測(cè)得的數(shù)據(jù)分別為償由數(shù)字調(diào)零完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測(cè)得的數(shù)據(jù)分別為xR(接標(biāo)準(zhǔn)輸入接標(biāo)準(zhǔn)輸入yR時(shí)時(shí)) 和和x (接被測(cè)輸入接被測(cè)輸入y時(shí)時(shí))，則可計(jì)算出，則可計(jì)算出y。 y= yRx/xR 人工自動(dòng)校正特別人工自動(dòng)校正特別適于傳感器特性隨時(shí)間變化適于傳感器特性隨時(shí)間變化的場(chǎng)合。例如常用的場(chǎng)合。例如常用的濕敏電容等濕度傳感器，其特性隨時(shí)間變化而變化。的濕敏電容等濕度傳感器，其特性隨時(shí)間變化而變化。 全自動(dòng)校正只適用于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號(hào)的場(chǎng)合，且不能校正由傳全自動(dòng)校正只適用于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號(hào)的場(chǎng)合，且不能校正由傳

42、感器引入的誤差。感器引入的誤差。 系統(tǒng)增益增益誤差的校正方法291 只需建立較精確的溫度誤差數(shù)學(xué)模型，就可實(shí)現(xiàn)完善的補(bǔ)償。只需建立較精確的溫度誤差數(shù)學(xué)模型，就可實(shí)現(xiàn)完善的補(bǔ)償。 一個(gè)可行方法是在傳感器內(nèi)靠近敏感元件處，安裝一一個(gè)可行方法是在傳感器內(nèi)靠近敏感元件處，安裝一測(cè)溫元件測(cè)溫元件，感，感受傳感器的工作環(huán)境溫度。常用測(cè)溫元件為受傳感器的工作環(huán)境溫度。常用測(cè)溫元件為PN二極管、熱敏電阻等，二極管、熱敏電阻等，它們的某些特性隨溫度變化，經(jīng)測(cè)溫電路、它們的某些特性隨溫度變化，經(jīng)測(cè)溫電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為與溫轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為與溫度有關(guān)的數(shù)字量度有關(guān)的數(shù)字量 ， 作為計(jì)算溫度誤差時(shí)的作為計(jì)算溫

43、度誤差時(shí)的補(bǔ)償量補(bǔ)償量。 對(duì)某些傳感器，可采用較簡(jiǎn)單的溫度誤差校正數(shù)學(xué)模型對(duì)某些傳感器，可采用較簡(jiǎn)單的溫度誤差校正數(shù)學(xué)模型yC=y(1+a0 )+a1 式中：式中：y -未經(jīng)溫度誤差校正的測(cè)量值；未經(jīng)溫度誤差校正的測(cè)量值； yC -經(jīng)校正后的測(cè)量值；經(jīng)校正后的測(cè)量值； -實(shí)驗(yàn)工作環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之差；實(shí)驗(yàn)工作環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度之差； a0、a1-溫度變化系數(shù)，溫度變化系數(shù)，a1用于補(bǔ)償零位漂移，用于補(bǔ)償零位漂移， a0用于補(bǔ)償傳用于補(bǔ)償傳 感器靈敏度的溫度變化（溫漂）。感器靈敏度的溫度變化（溫漂）。 傳感器溫度誤差的校正方法192 對(duì)環(huán)境溫度變化不大的場(chǎng)合，用上式補(bǔ)償可收到比較好的效對(duì)環(huán)境溫

44、度變化不大的場(chǎng)合，用上式補(bǔ)償可收到比較好的效果；對(duì)于環(huán)境溫度變化比較大，且補(bǔ)償精度要求很高的場(chǎng)合，這果；對(duì)于環(huán)境溫度變化比較大，且補(bǔ)償精度要求很高的場(chǎng)合，這種補(bǔ)償會(huì)帶來很大誤差。為此，需采用更復(fù)雜的公式進(jìn)行修正：種補(bǔ)償會(huì)帶來很大誤差。為此，需采用更復(fù)雜的公式進(jìn)行修正： yC = y(1+a0 + a1 2)+a2 +a3 2 式中，式中，a0、a1用于補(bǔ)償傳感器靈敏度的變化；用于補(bǔ)償傳感器靈敏度的變化；a2、a3用于補(bǔ)償零位漂移。用于補(bǔ)償零位漂移。 對(duì)于傳感器的靈敏度及零漂溫度呈非線性變化的情況，上式對(duì)于傳感器的靈敏度及零漂溫度呈非線性變化的情況，上式可收到較好的效果?？墒盏捷^好的效果。 傳感

45、器溫度誤差的校正方法2933）量程自動(dòng)切換及標(biāo)度變換量程自動(dòng)切換：量程自動(dòng)切換： 如果傳感器和顯示器的分辨率一定，而系統(tǒng)如果傳感器和顯示器的分辨率一定，而系統(tǒng)(儀表儀表)的測(cè)量范的測(cè)量范圍很寬，為提高測(cè)量精度，系統(tǒng)應(yīng)具有量程自動(dòng)切換功能。自動(dòng)圍很寬，為提高測(cè)量精度，系統(tǒng)應(yīng)具有量程自動(dòng)切換功能。自動(dòng)切換量程有采用切換量程有采用程控放大器程控放大器和和不同量程傳感器不同量程傳感器兩條途徑。兩條途徑。（1）采用程控放大）采用程控放大 通過控制放大器增益，對(duì)小幅值信號(hào)用大增益，對(duì)大幅值信號(hào)小幅值信號(hào)用大增益，對(duì)大幅值信號(hào)用小增益用小增益，使A/D轉(zhuǎn)換器信號(hào)滿量程達(dá)到均一化，程控放大器的反饋回路中包含一

46、個(gè)精密梯形電阻網(wǎng)絡(luò)或權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，使增益可按二進(jìn)制或十進(jìn)制規(guī)律進(jìn)行控制。程控放大器量程切換原理圖 94量程自動(dòng)切換及標(biāo)度變換（2）采用不同量程傳感器）采用不同量程傳感器 采用不同量程傳感器進(jìn)行切換的方案，由微機(jī)通過多路轉(zhuǎn)換器采用不同量程傳感器進(jìn)行切換的方案，由微機(jī)通過多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行切換。進(jìn)行切換。1#傳感器的最大測(cè)量范圍為傳感器的最大測(cè)量范圍為M1，2#為為M2，且，且M1 M2，設(shè)它們的滿量程輸出相同。設(shè)它們的滿量程輸出相同。 啟動(dòng)時(shí)，總是啟動(dòng)時(shí)，總是1#傳感器先接入工作，傳感器先接入工作，2#處于過載保護(hù)，待軟處于過載保護(hù)，待軟件判別確認(rèn)量程后，再置標(biāo)志位，選取件判別確認(rèn)量程后，再置標(biāo)志位，

47、選取M1或或M2。 95標(biāo)度變換 實(shí)用中，被測(cè)模擬量被檢測(cè)出來并轉(zhuǎn)為數(shù)字量后，常需要轉(zhuǎn)換實(shí)用中，被測(cè)模擬量被檢測(cè)出來并轉(zhuǎn)為數(shù)字量后，常需要轉(zhuǎn)換成操作員熟悉的工程量。因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)的量綱與成操作員熟悉的工程量。因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)的量綱與A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的輸入值不同，這些參數(shù)經(jīng)傳感器和的輸入值不同，這些參數(shù)經(jīng)傳感器和A/D轉(zhuǎn)換后得到一系列數(shù)碼，這轉(zhuǎn)換后得到一系列數(shù)碼，這些數(shù)碼并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值，僅對(duì)應(yīng)于參數(shù)大小，必須些數(shù)碼并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值，僅對(duì)應(yīng)于參數(shù)大小，必須把它轉(zhuǎn)換成帶量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換把它轉(zhuǎn)換成帶量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出

48、，這種轉(zhuǎn)換是是工程量變換工程量變換，又稱，又稱標(biāo)度變換標(biāo)度變換。有線性系統(tǒng)標(biāo)度變換和非線性參數(shù)。有線性系統(tǒng)標(biāo)度變換和非線性參數(shù)標(biāo)度變換。標(biāo)度變換。 在非線性參數(shù)的標(biāo)度變換中，其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析。首在非線性參數(shù)的標(biāo)度變換中，其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析。首先求出其對(duì)應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)或在測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)先求出其對(duì)應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)或在測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)測(cè)一些典型數(shù)據(jù)制作一張數(shù)據(jù)表，再用查表程序?qū)崿F(xiàn)標(biāo)度變換，對(duì)那測(cè)一些典型數(shù)據(jù)制作一張數(shù)據(jù)表，再用查表程序?qū)崿F(xiàn)標(biāo)度變換，對(duì)那些中間數(shù)據(jù)可用插值法計(jì)算得到。些中間數(shù)據(jù)可用插值法計(jì)算得到。 96標(biāo)度變換-線性系統(tǒng) （1）線性系統(tǒng)

49、）線性系統(tǒng) 標(biāo)度變換公式標(biāo)度變換公式 ：0000)(NNNNAAAAmxmx式中：式中：A0測(cè)量范圍最小值；測(cè)量范圍最小值； Am測(cè)量范圍最大值；測(cè)量范圍最大值； NmAm所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； N0A0所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； Nx被測(cè)量工所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。被測(cè)量工所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 例：已知某熱處理爐溫度測(cè)量系統(tǒng)的量程為例：已知某熱處理爐溫度測(cè)量系統(tǒng)的量程為200800，在某一時(shí)刻計(jì)算，在某一時(shí)刻計(jì)算機(jī)采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量機(jī)采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量(8位位)為為0CDH，此時(shí)的溫度值是多少，此時(shí)的溫度值是多少? 解：已知解：已知A0=200， Am=800，Nx =0

50、CDH=205，Nm=0FFH=255，此時(shí)溫度此時(shí)溫度Ax= Nx (Am-A0 )/ Nm + A0=205(800-200)/255+200 = 62897標(biāo)度變換-非線性參數(shù) （2）非線性參數(shù)的標(biāo)度變換非線性參數(shù)的標(biāo)度變換 被測(cè)量為非線性刻度時(shí)，則其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析，首先被測(cè)量為非線性刻度時(shí)，則其變換式應(yīng)根據(jù)具體問題分析，首先求出它所對(duì)應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。求出它所對(duì)應(yīng)的標(biāo)度變換公式，然后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 實(shí)例：在流量測(cè)量中，其流量和壓差的公式為實(shí)例：在流量測(cè)量中，其流量和壓差的公式為 PKQ式中：式中： Q - 流量；流量； P - 節(jié)流裝置前后的差壓；節(jié)流裝置前

51、后的差壓； K - 刻度系數(shù)，與流體的性質(zhì)及節(jié)流裝置的尺寸形狀有關(guān)。刻度系數(shù)，與流體的性質(zhì)及節(jié)流裝置的尺寸形狀有關(guān)。 流體的流量與被測(cè)流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差的平方根成流體的流量與被測(cè)流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差的平方根成正比，于是得到測(cè)量流量時(shí)的標(biāo)度變換式為正比，于是得到測(cè)量流量時(shí)的標(biāo)度變換式為0000)(QNNNNQQQmxmx98標(biāo)度變換-流量測(cè)量上式中，上式中，Qx：被測(cè)液體的流量值；：被測(cè)液體的流量值； Qm：流量?jī)x表的上限值；：流量?jī)x表的上限值； Q0：流量?jī)x表的下限值；：流量?jī)x表的下限值； Nx：差壓變送器所測(cè)得的差壓值：差壓變送器所測(cè)得的差壓值(數(shù)字量數(shù)字量)； Nm：

52、差壓變送器上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；：差壓變送器上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； N0：差壓變送器下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。：差壓變送器下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 對(duì)于流量?jī)x表，一般下限皆為對(duì)于流量?jī)x表，一般下限皆為0，即，即Q0=0，所以上式可簡(jiǎn)化為，所以上式可簡(jiǎn)化為00NNNNQQmxmx99標(biāo)度變換-流量測(cè)量 若取流量表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量若取流量表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量N0=0，則上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為，則上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為mxmxNNQQ 前述三式即為不同初始條件下的流量標(biāo)度變換公式。前述三式即為不同初始條件下的流量標(biāo)度變換公式。 與線性刻度標(biāo)度變換公式一樣，由于與線性刻度標(biāo)度變換公式一樣，由于Qm，Q0，Nm，N0都是常數(shù)，

53、都是常數(shù)，所以公式就可分別記作：所以公式就可分別記作：0010011,NNQQKQNNKQmmxx其中02022,NNQKNNKQmmxx其中mmxxNQKNKQ333,其中 上述三式即為各種不上述三式即為各種不同條件下的流量標(biāo)度變換同條件下的流量標(biāo)度變換公式，同樣可以設(shè)計(jì)出流公式，同樣可以設(shè)計(jì)出流量標(biāo)度變換程序。量標(biāo)度變換程序。1008.3 檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)1） 干擾的類型及產(chǎn)生干擾的類型及產(chǎn)生2） 常用的抑制干擾措施常用的抑制干擾措施3） 其他抑制干擾的措施其他抑制干擾的措施101 抗干擾技術(shù) 由于干擾的普遍存在，任何檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果總是達(dá)不到百分由于干擾的普遍存在，任何檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)

54、結(jié)果總是達(dá)不到百分之百的準(zhǔn)確，嚴(yán)重的干擾甚至?xí)箼z測(cè)系統(tǒng)不能正常工作。因此，在之百的準(zhǔn)確，嚴(yán)重的干擾甚至?xí)箼z測(cè)系統(tǒng)不能正常工作。因此，在設(shè)計(jì)、制造和使用檢測(cè)系統(tǒng)的過程中，都不能回避干擾的影響，尤其設(shè)計(jì)、制造和使用檢測(cè)系統(tǒng)的過程中，都不能回避干擾的影響，尤其是高精度的檢測(cè)系統(tǒng)，必須花很大的精力和成本去抑制干擾。是高精度的檢測(cè)系統(tǒng)，必須花很大的精力和成本去抑制干擾。 測(cè)量中測(cè)量中, ,來自測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部和外部、影響測(cè)量裝置或傳輸環(huán)節(jié)正來自測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部和外部、影響測(cè)量裝置或傳輸環(huán)節(jié)正常工作和測(cè)試結(jié)果的常工作和測(cè)試結(jié)果的各種因素的總和各種因素的總和，稱為，稱為干擾干擾( (噪聲噪聲) )。消除或削弱。

55、消除或削弱各種干擾影響的全部技術(shù)措施總稱為抗干擾技術(shù)或稱為防護(hù)各種干擾影響的全部技術(shù)措施總稱為抗干擾技術(shù)或稱為防護(hù)。 形成形成干擾干擾有有三個(gè)要素三個(gè)要素: 干擾源、干擾通道和受感系統(tǒng)干擾源、干擾通道和受感系統(tǒng)。102干擾的類型根據(jù)干擾產(chǎn)生的原因，干擾通常可分為以下幾種類型。根據(jù)干擾產(chǎn)生的原因，干擾通?？煞譃橐韵聨追N類型。（1）電和磁干擾）電和磁干擾 電和磁的干擾對(duì)于傳感器或各種檢測(cè)儀表來說是最為普遍和影電和磁的干擾對(duì)于傳感器或各種檢測(cè)儀表來說是最為普遍和影響最嚴(yán)重的干擾，必須認(rèn)真對(duì)待這種干擾。響最嚴(yán)重的干擾，必須認(rèn)真對(duì)待這種干擾。 （2）機(jī)械干擾）機(jī)械干擾 對(duì)于機(jī)械干擾主要是采取減振措施來解

56、決，例如采用彈簧減振、對(duì)于機(jī)械干擾主要是采取減振措施來解決，例如采用彈簧減振、減振軟墊及隔板等措施。減振軟墊及隔板等措施。 （3）熱干擾）熱干擾 對(duì)于熱干擾，工程上通常采取熱屏蔽、恒溫法、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)對(duì)于熱干擾，工程上通常采取熱屏蔽、恒溫法、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)和溫度補(bǔ)償元件等方法進(jìn)行抑制。和溫度補(bǔ)償元件等方法進(jìn)行抑制。 103（4） 光干擾光干擾 對(duì)于具有光敏作用的元件，要注意光的屏蔽問題對(duì)于具有光敏作用的元件，要注意光的屏蔽問題。 （5） 濕度干擾濕度干擾 通常采取的措施是避免將檢測(cè)裝置放置在潮濕處，儀器裝置定時(shí)通電加熱去潮，電子器件和印刷電路浸漆或用環(huán)氧樹脂封灌等。 （6） 化學(xué)干擾化學(xué)干擾 必

57、須根據(jù)使用環(huán)境對(duì)儀器設(shè)備采取必要的防腐措施，將關(guān)鍵的必須根據(jù)使用環(huán)境對(duì)儀器設(shè)備采取必要的防腐措施，將關(guān)鍵的 元器件密封并保持儀器設(shè)備清潔。元器件密封并保持儀器設(shè)備清潔。 （7） 射線輻射干擾射線輻射干擾 干擾的類型104干擾的來源（1） 自然干擾自然干擾 由大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻由大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻射干擾統(tǒng)稱為自然干擾，如雷電、大氣低層電場(chǎng)的變化，電離層變射干擾統(tǒng)稱為自然干擾，如雷電、大氣低層電場(chǎng)的變化，電離層變化，太陽黑子的電磁輻射等?；柡谧拥碾姶泡椛涞?。（2） 電氣設(shè)備干擾電氣設(shè)備干擾 電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾包括放電干擾、

58、工頻干擾、開關(guān)干擾及電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾包括放電干擾、工頻干擾、開關(guān)干擾及射頻干擾等。射頻干擾等。 （3） 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾 設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計(jì)不良或某些器件工作會(huì)形成干擾。內(nèi)部干擾設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計(jì)不良或某些器件工作會(huì)形成干擾。內(nèi)部干擾有長(zhǎng)期干擾和瞬時(shí)干擾之分。熱電動(dòng)勢(shì)、熱噪聲、信號(hào)耦合、工頻有長(zhǎng)期干擾和瞬時(shí)干擾之分。熱電動(dòng)勢(shì)、熱噪聲、信號(hào)耦合、工頻紋波等造成的干擾屬于長(zhǎng)期干擾，而轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效紋波等造成的干擾屬于長(zhǎng)期干擾，而轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效應(yīng)等干擾屬于瞬時(shí)干擾。應(yīng)等干擾屬于瞬時(shí)干擾。 105電子測(cè)量裝置的兩種干擾類型根據(jù)干擾進(jìn)入測(cè)量電路的方式不同，干擾可分為串模干擾與共模

59、干擾。根據(jù)干擾進(jìn)入測(cè)量電路的方式不同，干擾可分為串模干擾與共模干擾。（1） 串模干擾串模干擾 串模干擾：干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到系統(tǒng)上。串模干擾：干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到系統(tǒng)上。 常見串?dāng)_：外部交變磁場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行電磁耦合；外部高常見串?dāng)_：外部交變磁場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行電磁耦合；外部高壓交變電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行漏電流耦合。壓交變電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的一端進(jìn)行漏電流耦合。（2） 共模干擾共模干擾 共模干擾：相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)共模干擾：相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)( (通常為接地點(diǎn)通常為接地點(diǎn)) )，在信號(hào)接，在信號(hào)接收器的兩個(gè)端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾。收器的兩個(gè)端子上同時(shí)出現(xiàn)的

60、干擾。 它不直接影響結(jié)果，但是，當(dāng)信號(hào)接收器的輸入電路不對(duì)稱時(shí)，它不直接影響結(jié)果，但是，當(dāng)信號(hào)接收器的輸入電路不對(duì)稱時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)為串模干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。它會(huì)轉(zhuǎn)為串模干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。106常用的抑制干擾措施 為保證檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，必須削弱和防止干擾影響，例如消為保證檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，必須削弱和防止干擾影響，例如消除或抑制干擾源、破壞干擾途徑以及削弱被擾對(duì)象除或抑制干擾源、破壞干擾途徑以及削弱被擾對(duì)象( (接收電路接收電路) )對(duì)干對(duì)干擾的敏感性。通過采取各種抗干擾措施，使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，擾的敏感性。通過采取各種抗干擾措施，使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，從而提高檢測(cè)精度。從而提高檢測(cè)