过程控制仪表第7章检测电路、检测算法及抗干扰技术ppt课件

1、8 检测电路、检测算法检测电路、检测算法 及抗干扰技术及抗干扰技术8.1 检测电路设计检测电路设计8.2 检测算法检测算法 8.3 检测系统抗干扰技术检测系统抗干扰技术 8.1 检测电路设计检测电路设计1信号放大电路信号放大电路2信号变换电路信号变换电路3信号分别电路滤波信号分别电路滤波4信号调制电路信号调制电路8.2 检测算法检测算法1 数字滤波技术数字滤波技术2 抑制系统误差的软件算法抑制系统误差的软件算法3 量程自动切换及标度变换量程自动切换及标度变换8.3 检测系统抗干扰设计检测系统抗干扰设计1 干扰的类型及产生干扰的类型及产生2 常用的抑制干扰措施常用的抑制干扰措施3 其他抑制干扰的

2、措施其他抑制干扰的措施8.1 检测电路设计检测电路设计 1信号放大电路信号放大电路 规范电信号：规范电信号： 420mA ，1 5V其它规范电压、电流信号其它规范电压、电流信号方便对被测信号的后续变换、处置、记录、分析方便对被测信号的后续变换、处置、记录、分析电压、电势、电位电压、电势、电位电流、电荷电流、电荷电阻、电容、电感电阻、电容、电感光、磁信号光、磁信号信号放大的目的：信号放大的目的：传感器直接输出的信号：传感器直接输出的信号：放大电路的主要类型比例放大器：通用型比例放大器：通用型差动放大器：电势、电位式传感器差动放大器：电势、电位式传感器电桥放大电路：电阻应变、电感、差动变压器、电容

3、式传感器电桥放大电路：电阻应变、电感、差动变压器、电容式传感器电荷放大器：电荷式传感器电荷放大器：电荷式传感器仪用放大器：电位差、电势差仪用放大器：电位差、电势差隔离放大电路：噪声隔离、光电、磁电、电容隔离放大电路：噪声隔离、光电、磁电、电容 同相比例放大电路 同相比例放大器是指输出信号与输入信号相比，相位一样，幅值成一定比例。 增益 输入阻抗u12A1R /R (1)iirrAF2121/uRFARR其中：其中： A为运放的开环增益；为运放的开环增益； F为电路的反响系数；为电路的反响系数； ri为运放的开环输入阻抗。为运放的开环输入阻抗。反相比例放大电路 反相比例放大器是指输出信号与输入信

4、号相反相比例放大器是指输出信号与输入信号相比，相位相反，幅值成一定比例。比，相位相反，幅值成一定比例。u1A/fRR 交流电压跟随电路 交流电压跟随电交流电压跟随电 路是同相放大电路的路是同相放大电路的 特例。为减小失调电特例。为减小失调电 流，常取流，常取R3=R2R3=R2差动放大电路n差动放大是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相差动放大是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相端和反相端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而端和反相端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。尽量抑制二个信号的共模成分。n特点：提高电路共模抑制比，减小温漂。特点：提高电路

5、共模抑制比，减小温漂。 112122()OSRRUUUURRRVVVRVORVVBFFFi)21(01RVVRVVRVOBTTST而而 VTVF 那么那么 V01 = 2Vi VS 可列出两输入节点的电流方程：可列出两输入节点的电流方程：DDZ-调理器的输入电路调理器的输入电路电桥放大电路n 特点： 灵敏度高；线性好；丈量范围宽；容易实现温度补偿。直流电桥电阻应变式测力称重传感器交流电桥电感式、差动变压器式、电容式传感器n 分类： n 直流电桥 直流电桥的桥臂为纯电阻，如下图，图中UB为电桥电源电压。电桥输出接运放输入端，电桥的平衡条件为：R1R4=R2R3 。 电桥输出为：uOUB+-R1R

6、2R3R4)(43213241212434RRRRRRRRUURRRURRRuBBBO()()()oBR RRRd RuURRRRd R4BUdRR 令 R1=R2=R3=R，R4=R+dR单臂任务有：交流电桥i1 3241324z zz z 和 1324132413312442R RR RX XX XR XR XR XR X和24131234()()osZ ZZ ZuuZZZZ或或 交流电桥的构造与任务原理和直流电桥根本一样。不同的是输入输出为交流，其平衡条件应为Z1Z3=Z2Z4 由于 式中Ri、Xi为各桥臂电阻和电抗； zi、 为各桥臂复阻抗的模和辐角。 因此，式中的平衡条件必需同时满足

7、：输出输出(1,2,3,4)ijiiiZRjXzei电荷放大电路n特点：把压电器件高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，特点：把压电器件高内阻的电荷源变换为传感器低内阻的电压源，实现阻抗匹配，并使其输出电压与电荷成正比。实现阻抗匹配，并使其输出电压与电荷成正比。n电荷放大电路可用于压电式传感器、电荷放大电路可用于压电式传感器、CCDCCD传感器传感器图图b电荷放大器等效电路电荷放大器等效电路图图a电荷放大器电路原理框图电荷放大器电路原理框图fAQUoACC（1+ ）+aei+CC C C输出回路电容 仪用放大器 仪用放大器又称丈量放大器，为抑制共模输入电压与仪用放大器又称丈量放大器，为抑制

8、共模输入电压与增益调理和阻抗匹配之间相互牵连和矛盾而设计，电路增益调理和阻抗匹配之间相互牵连和矛盾而设计，电路如下图。如下图。 左边部分由运放左边部分由运放A1、A2构成同相放大器，右边部分构成同相放大器，右边部分由运算放大器由运算放大器A3和电阻和电阻R3R6组成减法器。设组成减法器。设R1=R2=R，R3=R4=R5=R6，那么有，那么有IgOuRRu）（/21 仪用放大器仅调仪用放大器仅调RgRg即可调整放大器即可调整放大器增益，不需多电位器联动，不影响电路增益，不需多电位器联动，不影响电路的对称性，输入阻抗高、对称性好、共的对称性，输入阻抗高、对称性好、共模抑制比高、增益设定调整方便，

9、适用模抑制比高、增益设定调整方便，适用于电势差、电位差输出型传感器。于电势差、电位差输出型传感器。uI1uI2uIA1A2A3uOR1R2R3R4R5R6+-ABRgiG对称同相放大器减法器隔离放大器 隔离放大器能在输入与输出信号之间隔离放大器能在输入与输出信号之间坚持电气隔离的同时，实现输出与输入坚持电气隔离的同时，实现输出与输入电压的线性传输。其组成及符号如以下电压的线性传输。其组成及符号如以下图所示。隔离放大器主要用于噪声环境图所示。隔离放大器主要用于噪声环境下以高阻抗、高共模抑制才干传送信号，下以高阻抗、高共模抑制才干传送信号，适宜于电感式、磁电式、电涡流式、光适宜于电感式、磁电式、电

10、涡流式、光电式、霍尔式等传感器的信号调理与放电式、霍尔式等传感器的信号调理与放大。大。隔离放大器n 隔离的媒介主要有电磁隔离变压器隔离、光电隔离隔离的媒介主要有电磁隔离变压器隔离、光电隔离和电容隔离。和电容隔离。a变压器隔离放大器原理框图b光电隔离放大器原理框图n变压器隔离放大器：因变压器体积大，本钱高，功耗变压器隔离放大器：因变压器体积大，本钱高，功耗n大，无法集成，使器件价钱高，体积大，普通为非规大，无法集成，使器件价钱高，体积大，普通为非规范范n集成电路封装；但普通把隔离电源也固化在器件内，集成电路封装；但普通把隔离电源也固化在器件内，甚甚n至可实现三端隔离，且经过引脚将电源输出，可外接

11、至可实现三端隔离，且经过引脚将电源输出，可外接负负n载，不需另配隔离载，不需另配隔离DC-DC变换器，运用方便。变换器，运用方便。n光电耦合隔离放大器：全由半导体器件构成，便于集光电耦合隔离放大器：全由半导体器件构成，便于集n成，本钱低，体积小，性能稳定，不需外接任何器件，成，本钱低，体积小，性能稳定，不需外接任何器件，n运用方便。但器件本身不带隔离电源，需另接隔离运用方便。但器件本身不带隔离电源，需另接隔离DC-nDC变换器。变换器。n电容耦合隔离放大器：引出线少，运用方便，但需运电容耦合隔离放大器：引出线少，运用方便，但需运用调制解调技术，频带宽度不及光电耦合型隔离放大用调制解调技术，频带

12、宽度不及光电耦合型隔离放大器。器。三种隔离放大器的特点2 信号变换电路信号变换电路n 电压电压- -电流转换电路电流转换电路 n 交流交流- -直流转换电路直流转换电路n 电压电压- -频率转换电路频率转换电路n 电压电压- -脉宽转换电路脉宽转换电路电压-电流转换电路 在成套仪表和计算机测控系统中，传感器和仪表在成套仪表和计算机测控系统中，传感器和仪表之间、仪表和仪表之间的信号传送都采用规范信号，之间、仪表和仪表之间的信号传送都采用规范信号，即即1-5V直流电压或直流电压或4-20mA直流电流。直流电流。 在传感器丈量系统中，常用电压在传感器丈量系统中，常用电压/电流转换电路电流转换电路进展

13、电压、电流信号间的转换。例如，在远间隔丈量进展电压、电流信号间的转换。例如，在远间隔丈量中，把电压信号转换成电流传输，以减小传输导线阻中，把电压信号转换成电流传输，以减小传输导线阻抗对信号的影响。测电流信号时，先将电流信号转换抗对信号的影响。测电流信号时，先将电流信号转换成电压，再由数字电压表丈量，或经成电压，再由数字电压表丈量，或经A/D转换后由计转换后由计算机测控。算机测控。 电压-电流(V/I)变换 输出负载中的电流正比于输入电压的电路，称为输出负载中的电流正比于输入电压的电路，称为电压电压- -电流变换器。电流变换器。 1 1浮地负载的浮地负载的V-IV-I变换电路变换电路 一个简单的

14、一个简单的V-IV-I变换电路如变换电路如 图图(1)(1)所示。流过所示。流过RLRL两端的电流与两端的电流与 输入电压的关系为输入电压的关系为 io1wUIR +R图图(1) 简单的简单的V-I变换器电路变换器电路 U/ I 转换电路 图图(2) 带三极管驱动的带三极管驱动的V-I变换器电路变换器电路 由上式可知，调理Rw可改动输入电压与输出电流之间的变换系数。 为降低运算放大器功耗，扩展输出电流，在运算放大器的输出端可加一个三极管驱动电路，如图(2)所示。接地负载V-I变换电路 图图(3)中中Al为同相加法器，为同相加法器，A2为跟随器，所以为跟随器，所以 V02=VL=ILRL A1的

15、同相端电压为：的同相端电压为： V+=ViR4/(R3+R4)+ILRLR3/(R3+R4) A1的同相端电压经放大后输出为：的同相端电压经放大后输出为： Vol=V+(R1+R2)/R1=ILR5+ILRL 选择元件参数值满足：选择元件参数值满足： R3(Rl+R2)Rl(R3+R4)， 可得负载中的电流可得负载中的电流IL与负载与负载RL无关。无关。 为此选取为此选取R3R1，R4R2，那么输出负载中的，那么输出负载中的电流为：电流为： IL=ViR2/(R1R5)图图(3)接地负载的接地负载的V-I变换电路变换电路差动式V-I变换电路图图a：理想条件下：理想条件下：V-=V+=Vi2，R

16、L中的电流：中的电流：IL=(Vi1-Vi2)/R1 图图b：假设满足条件：假设满足条件：R3/R5=R1/(R2+R4)，那么浮地负载中的总电流为：，那么浮地负载中的总电流为： IL=IL1+IL2=(Vi2-Vi1)(R2+R4)/(R1R4)图图c：负载中的电流为：负载中的电流为IL=I3-I4，为使负载的电流与，为使负载的电流与RL无关，电阻选无关，电阻选择须满足：择须满足：R1R4=R2R3，相应的接地负载电流为：，相应的接地负载电流为：IL=(Vi2-Vil)/R3a b c图(4)差动式V-I变换电路电流-电压转换电路 在远程监控中，电流信号经常经长间隔导线传送到数据在远程监控中

17、，电流信号经常经长间隔导线传送到数据采集接口，需采集接口，需I-V比例转换后再进展比例转换后再进展A/D转换。如图转换。如图(5)所示。所示。 最简单的电流最简单的电流-电压变换电路如图电压变换电路如图(6)所示。常用高输入阻所示。常用高输入阻抗运放组成电流抗运放组成电流-电压变换电路，一种简单的方案如图电压变换电路，一种简单的方案如图(7)所所示。示。oiUI R 图(5)图(6)图(7)交流-直流变换电路 把交流电压变换成直流电压亦称AC-DC变换。图(10)是运用二极管的整流电路，利用半波整流把交流电变成直流电。 从图(11)所示硅二极管的正向伏安特性可知，用硅二极管做半波整流时，假设U

18、m mXm。smuU cos()cwmx t （4）调频信号的波形xtOOtusa) 调制信号调制信号b) 调频信号调频信号 调频信号的波形n优点：抗干扰才干强。优点：抗干扰才干强。n 调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，调频信号所携带的信息包含在频率变化之中， n 并非振幅之中，而干扰波的干扰作用那么主并非振幅之中，而干扰波的干扰作用那么主要表要表n 如今振幅之中。如今振幅之中。n缺陷：占频带宽度大，复杂。缺陷：占频带宽度大，复杂。n 调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅所要要 n 求带宽的求带宽的20倍；调频系统较之调幅系统复杂，倍；调频系统较之调

19、幅系统复杂，n 由于频率调制是一种非线性调制。由于频率调制是一种非线性调制。调频调制的特点 传感器调频电路实例n与调幅情况一样，为提高丈量信号抗干扰才干，常要求信号构成与调幅情况一样，为提高丈量信号抗干扰才干，常要求信号构成时已是已调信号。因此，常在传感器中进展调频。时已是已调信号。因此，常在传感器中进展调频。 测力或压力的振弦式传感器n实例：测力或压力的振弦式传感器实例：测力或压力的振弦式传感器n振弦振弦3的一端与支承的一端与支承4相连，另一端与相连，另一端与膜片膜片1衔接，振弦衔接，振弦3的固有频率随张力的固有频率随张力T变化变化。振弦变化变化。振弦3在磁铁在磁铁2构成的磁构成的磁场内振动

20、时产生感应电动势，其输出场内振动时产生感应电动势，其输出为调频信号。为调频信号。调相鉴相电路n调相：利用调制信号调相：利用调制信号x控制高频载波信号的相位。控制高频载波信号的相位。n常用方法：线性调相，即使得被调置信号的相位按调制常用方法：线性调相，即使得被调置信号的相位按调制 n 信号信号x的线性函数变化。的线性函数变化。n调置信号调置信号us的普通表达式：的普通表达式：n us=Umcos(wc t +mx)n 式中，式中，wc为载波信号的角频率；为载波信号的角频率；Um为调置信号为调置信号中载波信号的幅度；中载波信号的幅度；m为调制度。为调制度。a)b)c)txOttucusOO调置信号

21、的波形调置信号的波形调置信号的波形a调制信号；调制信号；b载波信号；载波信号；c调置信号调置信号n同调幅、调频的情况一样，为提高丈量信号抗干扰才干，常要求同调幅、调频的情况一样，为提高丈量信号抗干扰才干，常要求从信号刚一构成就曾经是已调信号，因此常在传感器中进展调制。从信号刚一构成就曾经是已调信号，因此常在传感器中进展调制。n实例：感应式扭距传感器实例：感应式扭距传感器13245M传感器调相电路实例感应式扭距传感器感应式扭距传感器n影响鉴相误差的主要要素：非线性、信号幅值、占空比、门电路影响鉴相误差的主要要素：非线性、信号幅值、占空比、门电路n 与时钟脉冲频率等。与时钟脉冲频率等。n RS触发

22、器鉴相精度最高，线性好，对触发器鉴相精度最高，线性好，对Us和和Uc的占空比没有要求。的占空比没有要求。 鉴鉴相范围接近相范围接近2；n 相敏检波器或乘法器鉴相原理上有非线性，信号幅值影响鉴相误差。相敏检波器或乘法器鉴相原理上有非线性，信号幅值影响鉴相误差。鉴相范围为鉴相范围为/2 ；n脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。鉴相范围接近脉冲采样鉴相中锯齿波的非线性影响鉴相误差。鉴相范围接近2；n异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。鉴相范围为异或门鉴相中占空比影响鉴相误差。鉴相范围为0；n经过相位经过相位 - 脉宽变换鉴相：门电路的动作时间与时钟脉冲频率误差对脉宽变换鉴相：门电路的动作时间与时钟

23、脉冲频率误差对精度有影响，但普通误差较小。精度有影响，但普通误差较小。各种鉴相方法及其比较n脉冲调制指用脉冲作为载波信号的调制方法。脉冲调制指用脉冲作为载波信号的调制方法。n在脉冲调制中具有广泛运用的一种方式是脉冲调宽。在脉冲调制中具有广泛运用的一种方式是脉冲调宽。n脉冲调宽的数学表达式为：脉冲调宽的数学表达式为：B=b+mx，n波形图：波形图：脉冲调制电路Ua) 调制信号调制信号b) 脉冲调宽信号脉冲调宽信号txOxTBtO脉冲调宽信号的波形脉冲调宽信号的波形用电压变化实现脉宽调制的电路电压调宽uCuR3R4CR2RR1uxVSuou+-+N用电压变化实现脉宽调制的电路用电压变化实现脉宽调制

24、的电路43434x3oRRRRRuRuu )( ux为正使为正使u+升高。升高。u+升高升高使使uo处于高电平的脉宽加大，处于高电平的脉宽加大，uo处于低电平的时间缩短；处于低电平的时间缩短； u+下降，使下降，使uo处于低电平处于低电平的脉宽加大，的脉宽加大，uo处于高电平的脉处于高电平的脉宽减小，使脉宽遭到调制。宽减小，使脉宽遭到调制。8.2 检测算法检测算法1 数字滤波技术数字滤波技术2 抑制系统误差的软件算法抑制系统误差的软件算法3 量程自动切换及标度变换量程自动切换及标度变换1数字滤波技术数字滤波技术n优点：优点：n 1不需添加硬件，只是一个计算程序，可靠性不需添加硬件，只是一个计算

25、程序，可靠性高，高， n 数字滤波可对频率很高或很低的信号滤波；数字滤波可对频率很高或很低的信号滤波；n 2用软件算法实现，可以使多个输入通道共用软件算法实现，可以使多个输入通道共享一个享一个n 软件软件“滤波器，降低硬件本钱；滤波器，降低硬件本钱；n 3改动软件滤波器程序和参数，即可改动滤改动软件滤波器程序和参数，即可改动滤波特波特n 性，对于抑制低频脉冲干扰、随机噪声特性，对于抑制低频脉冲干扰、随机噪声特别有效。别有效。n缺乏：需求计算时间缺乏：需求计算时间数字滤波方法n程序判别滤波限幅滤波程序判别滤波限幅滤波n中位值滤波法中位值滤波法n算术平均滤波法算术平均滤波法n递推平均滤波法递推平均

26、滤波法n加权递推平均滤波法加权递推平均滤波法n一阶惯性滤波法一阶惯性滤波法n复合滤波法复合滤波法程序判别滤波限幅滤波程序判别滤波算法：程序判别滤波算法： : 相邻两个采样值之差的最大能够变化范围相邻两个采样值之差的最大能够变化范围21112nnnnnnnnnnyyyyyayyayyy或n程序判别滤波又称限幅滤波，很容易用程序判别方法实现。程序判别滤波又称限幅滤波，很容易用程序判别方法实现。n过程的动态特性决议其输出参数的变化速度，可根据检测实过程的动态特性决议其输出参数的变化速度，可根据检测实际阅历或按参数能够的最大变化速度际阅历或按参数能够的最大变化速度Vmax及采样周期及采样周期T来决来决

27、议议值，即：值，即： =TVmax 对某一被测参数延续采样n次(普通n取奇数)，把n次采样值按大小排队，取中间值作为本次有效采样值。 对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此算法能收到良好滤波效果，能有效抑制脉冲干扰，但对于压力等快变参数普通不宜采用。中位值滤波法：中位值滤波法：延续取几个采样值进展算术平均，其数学表达式为延续取几个采样值进展算术平均，其数学表达式为 NiiyNy11 算术平均滤波法：算术平均滤波法： 适用于普通有随机干扰的信号的滤波，对信号的平滑程度完全取决于N。N大，平滑度高，灵敏度低；N小，平滑度低，灵敏度高。中值滤波法与算术平均滤波法 只需一次丈量，就能得到当前算术平均滤

28、波值。此方法是把N个丈量数据看成一个队列。计算滤波值时，只需把队列中的N个数据进展算术平均，就得到新的滤波值。 递推平均滤波法：递推平均滤波法： 101NiinnyNy加权递推平均滤波法：加权递推平均滤波法：101NiininyCNy01110110NNCCCCCC其中其中设设为对象的纯滞后时间，且为对象的纯滞后时间，且 )1(21Neee)1(110,1NNeCeCC那么那么 递推平均滤波与加权递推平均滤波 以数字方式经过算法实现一阶惯性动态RC滤波，能很好地抑制上述模拟滤波器的缺陷。适用于动摇频繁的参数滤波，但带来了相位滞后(取决于a值)，灵敏度低。 一阶惯性滤波法：一阶惯性滤波法：复合滤

29、波法：复合滤波法： 假设yly2yn，其中，3n14 (y1和yn分别是采样值中的最小值和最大值)，那么 1)1 (nnnyayay)/(TTTaff ，其中 不能滤除频率高于采样频率二分之一(奈奎斯特频率)的干扰信号。高于奈奎斯特频率的干扰信号，应采用模拟滤波器。 )2/()(132nyyyynn一阶惯性滤波法与复合滤波法a由实验定，只需使被测信号不产生明显纹波。由实验定，只需使被测信号不产生明显纹波。，Tf为滤波时间常数， T为采样周期 校正系统误差的关键是建立误差模型。多数情况下误差模型未知，只能经过丈量数据建立反映丈量值变化的近似数学模型，即校正模型。 系统误差的模型校正法非线性校正系

30、统误差的模型校正法非线性校正 2抑制系统误差的软件算法抑制系统误差的软件算法 代数插值法：代数插值法： 设有n+1组离散点：(x0，y0)，(xl，y1)，(xn，yn)，x a，b和未知函数f(x)，并有 f(x0)=y0 f(x1)=y1 f(xn)=yn，找到一个函数g(x)，使g(x)在xi(i=0，n)处与f(xi)相等。满足这个条件的函数g(x)，称为f(x)的插值函数，xi称为插值节点。 用一个次数不超越n的代数多项式 Pn(x)=anxn+an-1xn-1+ +a1x+a0去逼近f(x)，使Pn(x)在节点xi处满足Pn(xi) = f(xi) = yi i=0,2, ,n n

31、nnnnnnnnnnnnnnnyaxaxaxayaxaxaxayaxaxaxa011101110000011010 通常给出离散点总是多于求解插值方程所需的离散数，因此，用多项式插值法求解离散点的插值函数时，先必需根据所需的逼近精度决议多项式次数，该次数与所要逼近的函数有关。普通最常用线性插值和抛物线(二次)插值。线性插值：线性插值： 在一组数据(xi , yi )中选取两个具有代表性的点(x0 , y0), (x1 , y1)，然后根据插值原理求出插值方程： 01101001011axayxxxxyxxxxP010001011,xayaxxyya其其中中线性插值非线性特性的直线方程校正图非线

32、性特性的直线方程校正图 实践丈量中，每采样一个值，就用校正方程计算P1 (x)，并把P1 (x)当做被丈量值的校正值。 当(x0 , y0)、(x1 , y1)为非线性特性曲线f (x)或数组的两端点A、B时，如下图，线性插值是常用的直线方程校正法(端点连线法)。当拟合误差小于允许的拟合误差时，那么直线方程是理想的校正方程。 线性插值 抛物线插值是在数据中选取三点(x0，y0)、(x1，y1)、(x2，y2)，相应的插值方程为： 2120210121012002010212)()()()()()()(yxxxxxxxxyxxxxxxxxyxxxxxxxxxP抛物线插值 当很难建立适宜的误差校正

33、模型时，可用实验手段求得校正曲线，然后把曲线上的各校正点的数据以表格方式存入内存。一个校正点的数据对应一个(或几个)内存单元，以后实时丈量时，经过查表来求得修正后的丈量结果。 查表法 传感器、丈量电路等不可防止地存在温度漂移和时间漂移，这给整个丈量系统引入零位误差和增益误差。这类误差均属系统误差。 零位误差的校正方法：零位误差的校正方法： 在每个丈量周期中或中断正常的丈量过程中，使输入接地(输入为零)，此时包括传感器在内的整个丈量输入通道的输出即为零位输出 (普通该值不为零)N0；再把输入接基准电压VR测得数据NR，并将N0和NR存于内存。然后输入接Vx，测得Nx，那么丈量结果可用下式计算。V

34、x =VR (Nx-N0) / (NR-N0) 即在正常丈量过程中，每次丈量后均从采样值中减去原先存入的零位输出值，实现零位校正。但在对温度、流量、压力等的工业丈量中，很难提供零位输入形状，因此零位误差很难补偿。 系统零位误差的校正方法 根本思想：系统开场任务后或每隔一定时间测一次基准参数，然后建立根本思想：系统开场任务后或每隔一定时间测一次基准参数，然后建立误差校正模型，确定并存储校正模型参数。正式丈量时，根据丈量结果误差校正模型，确定并存储校正模型参数。正式丈量时，根据丈量结果和校正模型求取校正值，消除误差。有两种常用方法。和校正模型求取校正值，消除误差。有两种常用方法。 1 全自动校正全

35、自动校正 用这种方法测得的信号与放大器的漂移和增益变化无关，可大大提高用这种方法测得的信号与放大器的漂移和增益变化无关，可大大提高丈量精度，降低对电路器件的要求。丈量精度，降低对电路器件的要求。 电路的输入部分有一个多路开关，由主机控制。校正时，先将开关接地，测出这时的输入x0。然后把开关接VR，测出输入x1，存放x0, x1，得校正方程 y=a1x+a0 式中，a1=VR/(x1-x0), a0=VRx0/(x0-x1)。系统增益误差的校正方法1 2人工自动校正人工自动校正 由人工在需求时接入规范参数进展校正丈量，存放测得的数据，供以后运用。普通人工自动校正只测一个规范信号yR，零位信号的补

36、偿由数字调零完成。设数字调零后测得的数据分别为xR(接规范输入yR时) 和x (接被测输入y时)，那么可计算出y。 y= yRx/xR 人工自动校正特别适于传感器特性随时间变化的场所。例如常用的湿敏电容等湿度传感器，其特性随时间变化而变化。 全自动校正只适用于基准参数是电信号的场所，且不能校正由传感器引入的误差。 系统增益误差的校正方法2 只需建立较准确的温度误差数学模型，就可实现完善的补偿。 一个可行方法是在传感器内接近敏感元件处，安装一测温元件，感受传感器的任务环境温度。常用测温元件为PN二极管、热敏电阻等，它们的某些特性随温度变化，经测温电路、A/D转换电路，转换为与温度有关的数字量，

37、作为计算温度误差时的补偿量。 对某些传感器，可采用较简单的温度误差校正数学模型yC=y(1+a0)+a1 式中：y -未经温度误差校正的丈量值； yC -经校正后的丈量值； -实验任务环境温度与规范温度之差； a0、a1-温度变化系数，a1用于补偿零位漂移， a0用于补偿传 感器灵敏度的温度变化温漂。 传感器温度误差的校正方法1 对环境温度变化不大的场所，用上式补偿可收到比较好的效果；对于环境温度变化比较大，且补偿精度要求很高的场所，这种补偿会带来很大误差。为此，需采用更复杂的公式进展修正： yC = y(1+a0 + a1 2)+a2 +a3 2 式中，a0、a1用于补偿传感器灵敏度的变化；

38、a2、a3用于补偿零位漂移。 对于传感器的灵敏度及零漂温度呈非线性变化的情况，上式可收到较好的效果。 传感器温度误差的校正方法23量程自动切换及标度变换量程自动切换及标度变换量程自动切换：量程自动切换： 假设传感器和显示器的分辨率一定，而系统(仪表)的丈量范围很宽，为提高丈量精度，系统应具有量程自动切换功能。自动切换量程有采用程控放大器和不同量程传感器两条途径。1采用程控放大采用程控放大 经过控制放大器增益，对小幅值信号用大增益，对大幅值信号用小增益，使A/D转换器信号满量程到达均一化，程控放大器的反响回路中包含一个精细梯形电阻网络或权电阻网络，使增益可按二进制或十进制规律进展控制。程控放大器

39、量程切换原理图 量程自动切换及标度变换2采用不同量程传感器采用不同量程传感器 采用不同量程传感器进展切换的方案，由微机经过多路转换器进展切换。1#传感器的最大丈量范围为M1，2#为M2，且M1 M2，设它们的满量程输出一样。 启动时，总是1#传感器先接入任务，2#处于过载维护，待软件判别确认量程后，再置标志位，选取M1或M2。 标度变换 适用中，被测模拟量被检测出来并转为数字量后，常需求转换成操作员熟习的工程量。由于被测对象的各种数据的量纲与A/D转换的输入值不同，这些参数经传感器和A/D转换后得到一系列数码，这些数码并不等于原来带有量纲的参数值，仅对应于参数大小，必需把它转换成带量纲的数值后

40、才干运算、显示或打印输出，这种转换是工程量变换，又称标度变换。有线性系统标度变换和非线性参数标度变换。 在非线性参数的标度变换中，其变换式应根据详细问题分析。首先求出其对应的标度变换公式，然后进展程序设计或在丈量范围内实测一些典型数据制造一张数据表，再用查表程序实现标度变换，对那些中间数据可用插值法计算得到。 标度变换-线性系统 1线性系统线性系统 标度变换公式标度变换公式 ：0000)(NNNNAAAAmxmx式中：式中：A0丈量范围最小值；丈量范围最小值； Am丈量范围最大值；丈量范围最大值； NmAm所对应的数字量；所对应的数字量； N0A0所对应的数字量；所对应的数字量； Nx被丈量工

41、所对应的数字量被丈量工所对应的数字量。 例：知某热处置炉温度丈量系统的量程为例：知某热处置炉温度丈量系统的量程为200800，在某一时辰计算机，在某一时辰计算机采样并经数字滤波后的数字量采样并经数字滤波后的数字量(8位位)为为0CDH，此时的温度值是多少，此时的温度值是多少? 解：知解：知A0=200， Am=800，Nx =0CDH=205，Nm=0FFH=255，此时温度此时温度Ax= Nx (Am-A0 )/ Nm + A0=205(800-200)/255+200 = 628标度变换-非线性参数 2非线性参数的标度变换非线性参数的标度变换 被丈量为非线性刻度时，那么其变换式应根据详细问

42、题分析，首先求出它所对应的标度变换公式，然后进展程序设计。 实例：在流量丈量中，其流量和压差的公式为 PKQ式中：式中： Q - 流量；流量； P - 节流安装前后的差压；节流安装前后的差压； K - 刻度系数，与流体的性质及节流安装的尺寸外形有关刻度系数，与流体的性质及节流安装的尺寸外形有关。 流体的流量与被测流体流过节流安装前后产生的压差的平方根成流体的流量与被测流体流过节流安装前后产生的压差的平方根成正比，于是得到丈量流量时的标度变换式为正比，于是得到丈量流量时的标度变换式为0000)(QNNNNQQQmxmx标度变换-流量丈量上式中，上式中，Qx：被测液体的流量值；：被测液体的流量值；

43、 Qm：流量仪表的上限值；：流量仪表的上限值； Q0：流量仪表的下限值；：流量仪表的下限值； Nx：差压变送器所测得的差压值：差压变送器所测得的差压值(数字量数字量)； Nm：差压变送器上限所对应的数字量；：差压变送器上限所对应的数字量； N0：差压变送器下限所对应的数字量。：差压变送器下限所对应的数字量。 对于流量仪表，普通下限皆为对于流量仪表，普通下限皆为0，即，即Q0=0，所以上式可简化为，所以上式可简化为00NNNNQQmxmx标度变换-流量丈量 假设取流量表下限对应的数字量N0=0，那么上式可进一步简化为mxmxNNQQ 前述三式即为不同初始条件下的流量标度变换公式。 与线性刻度标度

44、变换公式一样，由于与线性刻度标度变换公式一样，由于Qm，Q0，Nm，N0都是常数都是常数，所以公式就可分别记作：，所以公式就可分别记作：0010011,NNQQKQNNKQmmxx其中02022,NNQKNNKQmmxx其中mmxxNQKNKQ333,其中 上述三式即为各种不同条件下的流量标度变换公式，同样可以设计出流量标度变换程序。8.3 检测系统抗干扰设计检测系统抗干扰设计1 干扰的类型及产生干扰的类型及产生2 常用的抑制干扰措施常用的抑制干扰措施3 其他抑制干扰的措施其他抑制干扰的措施 抗干扰技术 由于干扰的普遍存在，任何检测系统的检测结果总是达不到百分之百的准确，严重的干扰甚至会使检测

45、系统不能正常任务。因此，在设计、制造和运用检测系统的过程中，都不能逃避干扰的影响，尤其是高精度的检测系统，必需花很大的精神和本钱去抑制干扰。 丈量中,来自丈量系统内部和外部、影响丈量安装或传输环节正常任务和测试结果的各种要素的总和，称为干扰(噪声)。消除或减弱各种干扰影响的全部技术措施总称为抗干扰技术或称为防护。 构成干扰有三个要素构成干扰有三个要素: 干扰源、干扰通道和受感系统。干扰源、干扰通道和受感系统。干扰的类型根据干扰产生的缘由，干扰通常可分为以下几种类型。根据干扰产生的缘由，干扰通常可分为以下几种类型。1电和磁干扰电和磁干扰 电和磁的干扰对于传感器或各种检测仪表来说是最为普遍和影响最

46、严重的干扰，必需仔细对待这种干扰。 2机械干扰机械干扰 对于机械干扰主要是采取减振措施来处理，例如采用弹簧减振、减振软垫及隔板等措施。 3热干扰热干扰 对于热干扰，工程上通常采取热屏蔽、恒温法、对称平衡构造和温度补偿元件等方法进展抑制。 4 光干扰光干扰 对于具有光敏作用的元件，要留意光的屏蔽问题。 5 湿度干扰湿度干扰 通常采取的措施是防止将检测安装放置在潮湿处，仪器安装定时通电加热去潮，电子器件和印刷电路浸漆或用环氧树脂封灌等。 6 化学干扰化学干扰 必需根据运用环境对仪器设备采取必要的防腐措施，将关键的 元器件密封并坚持仪器设备清洁。 7 射线辐射干扰射线辐射干扰 干扰的类型干扰的来源1

47、 自然干扰自然干扰 由大气层发生的自然景象所引起的干扰以及来自宇宙的电磁辐射干扰统称为自然干扰，如雷电、大气低层电场的变化，电离层变化，太阳黑子的电磁辐射等。2 电气设备干扰电气设备干扰 电气设备所产生的干扰包括放电干扰、工频干扰、开关干扰及射频干扰等。 3 内部干扰内部干扰 设备内部由于设计不良或某些器件任务会构成干扰。内部干扰有长期干扰和瞬时干扰之分。热电动势、热噪声、信号耦合、工频纹波等呵斥的干扰属于长期干扰，而转接过程、微音干扰、压电效应等干扰属于瞬时干扰。 电子丈量安装的两种干扰类型根据干扰进入丈量电路的方式不同，干扰可分为串模干扰与共模干扰。根据干扰进入丈量电路的方式不同，干扰可分

48、为串模干扰与共模干扰。1 串模干扰串模干扰 串模干扰：干扰电压与有效信号串联叠加后作用到系统上。 常见串扰：外部交变磁场对传感器的一端进展电磁耦合；外部高压交变电磁场对传感器的一端进展漏电流耦合。2 共模干扰共模干扰 共模干扰：相对于公共的电位基准点(通常为接地点)，在信号接纳器的两个端子上同时出现的干扰。 它不直接影响结果，但是，当信号接纳器的输入电路不对称时，它会转为串模干扰，对丈量结果产生影响。常用的抑制干扰措施 为保证检测系统正常任务，必需减弱和防止干扰影响，例如消除或抑制干扰源、破坏干扰途径以及减弱被扰对象(接纳电路)对干扰的敏感性。经过采取各种抗干扰措施，使系统能稳定可靠任务，从而

49、提高检测精度。 1 1屏蔽技术屏蔽技术 利用铜或铝等低电阻值资料制成容器，将需求防护的部分包起来或者利用导磁性良好的铁磁资料制成的容器将需求防护的部分包起来，这种防静电或电磁的相互感应所采用的技术措施称为屏蔽。 屏蔽的目的就是隔断电、磁场的耦合通道。屏蔽技术 静电屏蔽静电屏蔽 静电屏蔽就是利用与大地相衔接的导电性良好的金属容器，内部无电力线，即各点电位相等。同时外部的电场也不影响其内部。 电磁屏蔽电磁屏蔽 电磁屏蔽是采用导电良好的金属资料做成屏蔽层，利用高频干扰电磁场在屏蔽金属内产生涡流，再利用涡流磁场抵消高频干扰磁场的影响，从而到达抗高频电磁场干扰的效果。 低频磁屏蔽低频磁屏蔽 对低频磁场干

50、扰，要采用高导磁资料作屏蔽层，以便将干扰限制在磁阻很小的磁屏蔽体内，起到抗干扰的作用。 驱动屏蔽驱动屏蔽 驱动屏蔽就是用被屏蔽导体的电位，经过1：1电压跟随器来驱动屏蔽层导体的电位，实现等电位。 接地技术 n合理的接地方式是抑制电容性、电感性以及电阻耦合，减小或减弱合理的接地方式是抑制电容性、电感性以及电阻耦合，减小或减弱干扰的重要措施；干扰的重要措施；n电测安装的地线：电测安装的地线：n保安接地：以平安防护为目的，将电测安装的机壳、底盘等接地；保安接地：以平安防护为目的，将电测安装的机壳、底盘等接地；n信号接地：信号接地是指电测安装中的零电位信号接地：信号接地是指电测安装中的零电位(基准电位

51、基准电位)接地线，接地线，但不一定真正接大地。信号地线分为模拟信号地线和数字信号地线。但不一定真正接大地。信号地线分为模拟信号地线和数字信号地线。前者是指模拟信号的零电平公共线，后者是指数字信号的零电平公前者是指模拟信号的零电平公共线，后者是指数字信号的零电平公共线，两种地线应分别设置。共线，两种地线应分别设置。n信号源接地：信号源地线是传感器本身的零电位电平基准公共线。信号源接地：信号源地线是传感器本身的零电位电平基准公共线。n负载接地负载接地电路一点接地准那么(1)单级电路的一点接地单级电路的一点接地 例如，单级选频放大器的原理电路上有7条线需接地，假设只从原理图的要求接线，那么这7个线端

52、可恣意接在接地母线的不同位置上。这样，不同点间的电位差就有能够成为这级电路的干扰信号，所以，这7个线端要接在接地母线的同一点上。 (2)多级电路的一点接地多级电路的一点接地多级电路的一点接地多级电路的一点接地a)多级电路的串联接地多级电路的串联接地 b)多级电路的并联接地多级电路的并联接地电路一点接地准那么(3) 丈量安装的两点接地丈量安装的两点接地 假设一个系统在两个不同点接地，例如传感器在现场接地而检测假设一个系统在两个不同点接地，例如传感器在现场接地而检测部分在主控室接地，是把大地看作等电位体。实践上大地各处电位部分在主控室接地，是把大地看作等电位体。实践上大地各处电位不同，对两点接地电

53、路呵斥干扰。此时地电位差是一个共模干扰源。不同，对两点接地电路呵斥干扰。此时地电位差是一个共模干扰源。 以下图为两点接地对丈量安装的影响。图中以下图为两点接地对丈量安装的影响。图中VS、RS为信号电压为信号电压及其及其内阻，内阻，R1、R2为外传输线等效电阻，为外传输线等效电阻，Ri为放大器的输入电阻，为放大器的输入电阻，VG、RG为两接地点之间的地电位差和地电阻。设为两接地点之间的地电位差和地电阻。设VG=100mV，RG=0.1，RS=1k，Rl=R2=1， Ri=10k，可计算出干扰，可计算出干扰电压电压VN=90mV，即，即100mV的地电压几乎都加到的地电压几乎都加到放大器输入端，这能够使系统无法正常任务。放大器输入端，这能够使系统无法正