压力变送器的量程自动转换及标尺变换技术
时间：2013-04-02 阅读：3158
一、量程自动转换
如果压力变送器和显示器的分辨率一定，而仪表的测量范围很宽时，为了提高测量的精度，智能化测量控制仪表应能有自动转换量程的功能。因为实际被铡信号需经放大器放大后再进行模数转换，如果用同一增益的放大器去放大，则必然使低电平信号测量精度降低。设如用lOmV及1v两种量程测量小于10mV的同一被测信号，且其放大器的放大倍数都为lO倍，此时若放大器输出误差为0．5InV，那么对lOmV档的输入误差为5％，而对1V档的误差仅0．05％。因此，为了保证信号测量精度，要求放大器能自动转换增益，当小信号时，增益自动变大，而大信号时，增益自动减少。量程自动转换还能防止数据溢出、电路过载，保证系统工作在*电平区域。以前的模拟仪表多采用机械开关人工自动选择量程，这样使用很不方便，也容易出错。目前的数字仪表多采用量程自动转换。在测量时，先把压力变送器量程开关置于zui大处，测量结果如太小，则自动把量程开关降低一档，再测量，直到测出值适中或量程开关处于zui小为止。在进行量程转换时，并不要求十分的读数，只要测量出输入量的大致范围。量程转换倍率一般为10的倍数，但为了便于同微机接口，提高仪器的精度，自动量程转换可采用2的倍数，其中常用的为4的倍数。因为仪器中常用二进制浮点数运算，使用倍率1，在改变阶码时，只需将阶码加2或减2，即可完成所需乘4或除4的运算。同时，如倍率取得太大，在同一量程内，小信号的有效数字将太小，会降低仪表的分辨率和精度。
二、标尺变换技术
智能化测量控制仪表在读入被测模拟信号并转换成数字量后，往往要转换成操作人员所熟悉的工作量。这是因为被测对象的各种数据的量纲与A／D转换的输入值是不一样的。例如，温度的单位是oc，压力的单位为只，流量的单位为所3／i,等，而经系统前置处理后所得的信号值仅对应于压力变送器被测值的大小，故必须把其转换成带有量纲的数值后才能进行运算、显示和打印输出等处理，为此需对被测值进行标度变换。本段落来源www.tx7878.cn。
l、线性变换
线性变换是zui常用的标度变换方法，其前提要求参数值与模数转换结果之间关系是线性的。变换公式为：Y=（1意一】幺）（x一Ⅳ曲）／（Ⅳ。一Ⅳm）+J麓（2-1）其中，y表示被测量变换后的值，】，雠表示被测档量程zui大值，l么表示被测档量程zui小值，Ⅳ一表示J幺对应的模数转换后的输入值，Ⅳ。表示‰对应的模数转换后的输入值，x表示测量值y对应的模数转换值。对一个实际系统，，r眦、，幺、Ⅳ一、^r曲一般都为己知的，故上式可以变换成如下形式：Y=SCl·X+SCo（2-2）式中$Cl和SCo为多项式系数，$Co取决于零点值，SCl为扩大因子。
2、公式转换法当压力变送器测出的数据与实际参数不是线性关系，而是由压力变送器和测量方法决定的某一解析函数关系，此时标度变换可由公式变换法获得。例如当用差压变送器测流量信号时，由于压差与流量的平方成正比，即其流量】，与经过模数转换后的测量输入值X成平方根关系。这时可采用如下公式计算：k（k一‰）．1／嚣+‰（2．3）式中的各项含义同上，在实际使用时，与前面一样，可以变换为如下计算式：Y=sc2×√。r—scj+SCo（2-4）
3、多项式变换
当压力变送器测得的数据与实际参数成非线性，且无法用一简单的式子来表示，或其解析式复杂而难以满足实时处理要求时，应采用多项式法进行非线性标度变换。此时应先确定多项式的阶数N，然后选取N+1个测量点，并测出其实际参数值】】=与压力变送器输出值Xj（i=班N），再使用插值多项式计算求出变换值。这种标度变换是zui简单、*的一种非线性变换方法，适用于许多应用场合。在实际使用时，还可根据需要采用二次变换，即*次采用线性变换，其系数sc,、SCo可任意修改，以改进压力变送器或其电路的偏差，因为即使对两个同型号的压力变送器来说，它们的转换特性也可能不*一样，故需先修改SCl、SCo来补偿压力变送器的差异，然后再进行非线性标度变换。由以上分析可知，各种标度变换方法都有其特定的适应条件，在满足精度的条件下应选择简单的变换方法。在本项目中，流量计采样得到的数据与实际数据具有近似的线性关系，并且我们还通过非线性补偿来满足线性变换的条件，因此可以采用线性变换来实现标度的变换。
2．3系统总体结构设计
通过对智能压力变送器检测仪表关键技术的分析、研究和比较，并综合国内外电磁流量检测仪表产品智能化、继承化、开放化的发展趋势，我们提出了集转换器、计算仪、RS485标准总线于一体的智能压力变送器。其总体结构如图2．8：电==爿兰曼兰至l篇幅磊翮I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J磁器辟MCU仁回流量压力变送器仁阿磊冲=一。d485总线接口图2．8系统总体结构
系统主要由电磁流量压力变送器和转换器组成，转换器又包括流量转换单元和流量积算、控制单元。其中流量转换单元包括信号转换模块、A／D转换模块、励磁电流发生模块；流量积算、控制单元包括RS-485通信接口、键盘控制模块、液晶显示模块和数据存储模块。各单元功能如下：
I、电磁流量压力变送器：依据线性关系将导管内被测流体的流量信号转换成相应的电压信号。
2、信号转换模块：将压力变送器所输出的小电压信号进行放大，并滤除掉与被测信号无关的干扰信号使信号纯化，为A／D转换器提供放大的模拟量。
3、A／D模块：将模拟量转换成数字量提供给单片机进行处理。
4、励磁模块：为变送器提供励磁电流。
5、RS-485通信模块：为仪表提供RS-485标准总线通信接口。
6、键盘控制模块：完成仪表的参数设置和控制。
7、液晶显示模块：完成仪表的瞬时流量、累计流量等实时显示。
8、数据存储模块：存放流量积算后的累计流量数据以及系统正常工作所必须设置的各项参数。
2．4本章小结
本章通过对压力变送器系统的分析、比较和论证，确定了系统开发所采用的方案，并对系统的总体结构进行了设计。为后面压力变送器系统设计工作的展开奠定了基础。看过本文的人还看过：2012年中国进口差压变送器共计达7亿美元。