Linjärisering av sensoregenskaper

Linjärisering av sensoregenskaper — en icke-linjär transformation av sensorns utgående värde eller en kvantitet som är proportionell mot det (analog eller digital) som uppnår ett linjärt förhållande mellan det uppmätta värdet och värdet som representerar det.

Med hjälp av linjärisering är det möjligt att uppnå linjäritet på skalan för den sekundära enheten till vilken en sensor med en icke-linjär karakteristik är ansluten (t.ex. termoelement, termiskt motstånd, gasanalysator, flödesmätare etc.). Linjäriseringen av sensoregenskaperna gör det möjligt att erhålla den nödvändiga mätnoggrannheten genom sekundära enheter med digital utgång. Detta är nödvändigt i vissa fall när sensorer ansluts till inspelningsenheter eller när matematiska operationer utförs på det uppmätta värdet (t.ex. integration).

När det gäller kodarkarakteristiken fungerar lineariseringen som en omvänd funktionell transformation.Om sensorns karakteristik representeras som y = F (a + bx), där x är det uppmätta värdet, a och b är konstanter, bör karakteristiken för linearisatorn som är ansluten i serie med sensorn (fig. 1) se ut. så här: z = kF (y), där F är den inversa funktionen av F.

Som ett resultat kommer utsignalen från linjäriseraren att vara z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, dvs en linjär funktion av det uppmätta värdet.

Ris. 1. Generaliserat linjäriseringsblockschema: D — sensor, L — linjärisering.

Vidare, genom skalning, reduceras beroendet z till formen z '= mx, där m är den lämpliga skalfaktorn. Om lineariseringen görs på ett kompenserande sätt, d.v.s. baserat på ett servosystem som fig. 2, då bör karakteristiken för linjäriseringsfunktionsomvandlaren likna karaktäristiken för sensorn z = cF (a + bx), eftersom det linjäriserade värdet för det uppmätta värdet tas från ingången till omvandlaren för funktionslinjäriseraren och dess utgång jämförs med givarens utgångsvärde.

Ett karakteristiskt särdrag hos linjäriserare som funktionella omvandlare är en relativt smal klass av beroenden som reproduceras av dem, begränsade till monotona funktioner, som bestäms av typen av sensoregenskaper.

Ris. 2. Blockschema över linjärisering baserat på spårningssystemet: D — sensor, U — förstärkare (givare), FP — funktionell omvandlare.

Linearisatorer kan klassificeras enligt följande kriterier:

1. Enligt metoden för att ställa in funktionen: rumslig i form av mallar, matriser, etc., i form av en kombination av icke-linjära element, i form av en digital beräkningsalgoritm, enheter.

2.Genom graden av flexibilitet hos systemet: universell (dvs omkonfigurerbar) och specialiserad.

3. Av strukturdiagrammets natur: öppen (Fig. 1) och kompensationstyp (Fig. 2).

4. I form av in- och utgångsvärden: analog, digital, blandad (analog-digital och digital-analog).

5. Efter typ av element som används i kretsen: mekaniska, elektromekaniska, magnetiska, elektroniska, etc.

Linjärerare för rumslig funktion inkluderar i första hand kammekanismer, mönster och icke-linjära potentiometrar. De används i fall där det uppmätta värdet för varje omvandlingssteg presenteras i form av mekanisk rörelse (kammar - för linjärisering av egenskaperna hos manometriska sensorer och transformatorsensorer, modeller - i brännare, icke-linjära potentiometrar - i potential- och bryggkretsar ).

Potentiometerns olinjäritet uppnås genom att linda på profilerade ramar och sektionera med den bitvis linjära approximationsmetoden genom att manövrera sektionerna med lämpliga motstånd.

I en linjäriserare baserad på ett elektromekaniskt servosystem av den potentiometriska typen som använder en icke-linjär potentiometer (fig. 3), uppträder det linjäriserade värdet som en rotationsvinkel eller mekanisk förskjutning. Dessa linjäriserare är enkla, mångsidiga och används ofta i centraliserade styrsystem.

Ris. 3. Linearisator för elektromekaniskt servosystem av potentiometrisk typ: D — sensor med utgång i form av likspänning, Y — förstärkare, M — elmotor.

Icke-linjäriteter för egenskaperna hos enskilda element (elektroniska, magnetiska, termiska, etc.) används i parametriska funktionella omvandlare. Men mellan de funktionella beroenden de utvecklar och sensorernas egenskaper är det vanligtvis inte möjligt att uppnå en fullständig matchning.

Det algoritmiska sättet att ställa in en funktion används i digitala funktionsomvandlare. Deras fördelar är hög noggrannhet och stabilitet av egenskaper. De använder de matematiska egenskaperna hos individuella funktionella beroenden eller principen om linjär approximation av delar. Till exempel utvecklas en parabel utifrån egenskaperna hos kvadrater av heltal.

Till exempel är en digital linjäriserare baserad på den bitvis linjära approximationsmetoden, som fungerar enligt principen att fylla de närmande segmenten med pulser med olika upprepningshastigheter. Fyllningsfrekvenserna ändras i hopp vid gränspunkterna för de kommande segmenten enligt programmet som infogats i enheten enligt typen av olinjäritet. Den linjäriserade kvantiteten omvandlas sedan till en enhetskod.

En partiell linjär approximation av olinjäriteten kan också utföras med användning av en digital linjär interpolator. I detta fall förblir fyllningsfrekvenserna för interpolationsintervallen konstanta endast i genomsnitt.

Fördelarna med digitala linearizers baserade på metoden för linjär approximering av delar är: enkel omkonfigurering av den ackumulerade olinjäriteten och hastigheten för att växla från en olinjäritet till en annan, vilket är särskilt viktigt i höghastighets centraliserade styrsystem.

I komplexa styrsystem som innehåller universella miniräknare, maskiner, kan linearisering utföras direkt från dessa maskiner, i vilka funktionen är inbäddad i form av en motsvarande subrutin.