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朱振刚 日记

色谱仪,光谱仪,红外线分析器制造

 
 
 

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分段线性化校正器  

2016-01-15 13:02:33|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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给出了一种通用分段线性化校正器电路及其设计方式,并编制了计算机辅助设计程序。

  一、概述

  许多传感器都存在非线性,有关非线性校正问题,不少同行已作了大量工作,但仍缺乏一种通用而系统化的方法。本文提出一种简单、灵活、通用性强的 非线性输人式求和放大器校正电路。同时给出其设计公式,以便于设计者作计算机辅助设计。在J型热电偶及热敏电阻变送器的设计中,我们使用了该校正电路,结 果表明其精度和稳定性完全满足0.5级国标要求。

  二、校正原理及公式推导

  为了便于说明,假定有图1所示求和放大器,设X1、XO、Xi(i=1、2、.....n)为电导,单位为1/kQ,认为第i个求和输人未转折前所对应的前置放大器输出,Voi为要求的校正输出,认1为转折点电压值,单位均为伏。同时输人E是物理量P的函数。K为前置放大器放大倍数。

  显然根据求和原理有:

  即求和输人端V1……Vn具有图2所求非线性特性,也即具有非线性,如果此非线性特性能正好补偿代表传感器固有特性的V1X1的非线性,那么所得V0即为线性的。

  (2)式中,设:

  则根据(1)式可列出几个线性无关的n元一次方程组,其矩阵方程如下:

  由于X1=1,X0=1,并且在求解过程中取求解点为转折点。由(3)知:Vn一Vz:,此时上式写为:

  显然上式中第一部分为一满阵,(X1,X2……Xn)T具有唯一解,上述校正方法是合理的。

  图3所示为由3片四运放LM324组成的8转换点校正电路,因不同传感器非线性特性各异,对矩阵方程(4)的求解可能出现负值。电路中使用两组8位on/off开关。若求解戈值为正,则接通SWI第i路,反实接通SW2第i路。若SWI第i路接通,SW2第i路必断开。

  图3中显然

  在求得戈后,(5)式中仅Rl为未知数:

  四、计算机辅助设计

  当转折点很多时,计算量是很大的,为此有必要用金十算机进行辅助设计。以下为程序设计步骤:

  (1)输人转折点个数n及其前置放大倍数h:

  (2)输人n个转折点所对应传感器的输出值EZ1一EZn,单位mV;

  (11)输出计算结果。

  笔者用GWBASIC编制的计算机辅助设计程序如下:

  10 CLS

  20 INPUT“请输人转折点数":N

  上述程序中10—110语句为输有关设计值;130—150计算Vz1,Voz1;160- 230生成(4)式中相应矩阵及其增广矩阵;240—360为约当消元法解n元一次线性方程组;370-700为计算电路参数及输出结果。

  后附计算结果是对J型热电偶的五转折点设计值,实践证明该方法灵活、可靠,可供有兴趣的读者参考。

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