Расчет действительных значений измеряемых величин в физических единицах по кодам АЦП

Сигнал измеряемой величины, поступающий от датчика в УВМ, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе в число, вернее в двоичный код, который определяет не собственно измеряемою величину, а значение выходного сигнала датчика, функционально связанного с измеряемой величиной. Для решения задач контроля и управления необходимо иметь не выходной сигнал датчика, а саму измеряемую величину, выраженную в физических единицах измерения (⁰С, Мпа, м³/ч и др.).

(1)

Свойства конкретных датчиков и характер производимых в них преобразований определяют функциональную зависимость между измеряемой величиной х и выходным сигналом датчика y

y=F(x),

где F(x) – монотонная функция, называемая статистической характеристикой датчика.

(2)

Задача заключается в определении измеряемой величины по выходному сигналу датчика y, т.е. в нахождении функции:

x=F’(y)=f(y),

где f(y) – функция, обратная статистической характеристике датчика, называемая его градировочной характеристикой.

На практике встречаются три основных варианта градуировычных характеристик:

(3)

Линейные, описываемые зависимостью:

y=ax+b,

(4)

откуда

x=(y-b)/a,

где а и b – постоянные коэффициенты.

Такими характеристиками обладают, например, датчики давления, уровня, pH – метры, ротаметры, многие автоматические газоанализаторы, датчики химического состава и др. измерительные преобразователи.

2. Нелинейные, описываемые известной аналитической зависимостью. Типичным примером могут служить расходомеры переменного перепада давления с градировочной характеристикой вида:

(5)

где a – постоянный коэффициент (если условия измерения соответствуют градуировочным).

3. Нелинейные, заданные градуировочной таблицей. К этой группе относятся, например, термопара и термометры сопротивления.

Градуировочные характеристики, заданные таблицей, чаще всего, аппроксимируют аналитическими выражением, которое в дальнейшем и используется для расчета оценок измеряемой величины.

Аппроксимирующая функция обычно является многочленом степени n в виде:

(6)

где a_k – коэффициенты, определяемы, например, по методу наименьших квадратов, т.е. из условия:

(7)

(8)

При расчете действительных значений измеряемых величин задача заключается в определении измеряемой величины x не по выходному сигнала y датчика, а по коду АЦП К_АЦП, связанному с у соотношением:

К_АЦП= К_М*y,

где К_М – масштабный коэффициент, численное значение которого определяется коэффициентом усиления нормирующего преобразователя НП и разрядностью АЦП (рис.1)

Рис.1. Типовой измерительный канал АСУ ТП: Д- датчик, НП – нормирующие преобразователь, КС – коммутатор сигналов, АЦП – аналого-цифровой преобразователь.

Величина К_М легко может быть определена по формуле:

(9)