Linearizacija karakteristik senzorja

Linearizacija značilnosti senzorja — nelinearna transformacija izhodne vrednosti senzorja ali z njo sorazmerne količine (analogne ali digitalne), ki doseže linearno razmerje med izmerjeno vrednostjo in vrednostjo, ki jo predstavlja.

S pomočjo linearizacije je možno doseči linearnost na skali sekundarne naprave, na katero je priključen senzor z nelinearno karakteristiko (npr. termoelement, toplotni upor, plinski analizator, merilnik pretoka itd.). Linearizacija karakteristik senzorja omogoča pridobitev potrebne merilne natančnosti preko sekundarnih naprav z digitalnim izhodom. To je v nekaterih primerih potrebno pri povezovanju senzorjev z zapisovalnimi napravami ali pri izvajanju matematičnih operacij nad izmerjeno vrednostjo (npr. integracija).

Kar zadeva karakteristiko dajalnika, linearizacija deluje kot inverzna funkcionalna transformacija.Če je značilnost senzorja predstavljena kot y = F (a + bx), kjer je x izmerjena vrednost, a in b sta konstanti, potem mora biti karakteristika linearizatorja, ki je zaporedno povezan s senzorjem (slika 1), videti takole: z = kF (y), kjer je F inverzna funkcija F.

Posledično bo izhod linearizatorja z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, tj. linearna funkcija izmerjene vrednosti.

riž. 1. Generalizirani blokovni diagram linearizacije: D — senzor, L — linearizator.

Nadalje se s skaliranjem odvisnost z reducira na obliko z '= mx, kjer je m ustrezen faktor skale. Če je linearizacija izvedena na kompenzacijski način, tj. na osnovi servo sistema, kot je prikazano na sl. 2, potem mora biti karakteristika pretvornika linearizirajoče funkcije podobna karakteristiki senzorja z = cF (a + bx), ker je linearizirana vrednost izmerjene vrednosti vzeta iz vhoda pretvornika linearizatorja funkcije in njegovega izhod se primerja z izhodno vrednostjo senzorja.

Značilnost linearizatorjev kot funkcionalnih pretvornikov je razmeroma ozek razred odvisnosti, ki jih reproducirajo, omejen na monotone funkcije, ki jih določa vrsta značilnosti senzorja.

riž. 2. Blokovna shema linearizacije na osnovi sledilnega sistema: D — senzor, U — ojačevalnik (pretvornik), FP — funkcijski pretvornik.

Linearizatorje lahko razvrstimo po naslednjih merilih:

1. Glede na način nastavitve funkcije: prostorski v obliki predlog, matrik itd., V obliki kombinacije nelinearnih elementov, v obliki digitalnega algoritma za izračun, naprav.

2.Glede na stopnjo prilagodljivosti sheme: univerzalna (tj. Rekonfigurabilna) in specializirana.

3. Po naravi strukturnega diagrama: odprt (slika 1) in kompenzacijski (slika 2) tip.

4. Po obliki vhodnih in izhodnih vrednosti: analogni, digitalni, mešani (analogno-digitalni in digitalno-analogni).

5. Po vrsti elementov, uporabljenih v vezju: mehanski, elektromehanski, magnetni, elektronski itd.

Linearizatorji prostorske funkcije vključujejo predvsem odmične mehanizme, vzorce in nelinearne potenciometre. Uporabljajo se v primerih, ko je izmerjena vrednost posamezne stopnje pretvorbe predstavljena v obliki mehanskega gibanja (kambi — za linearizacijo karakteristik manometričnih in transformatorskih senzorjev, modeli — v zapisovalnikih, nelinearni potenciometri — v potencialnih in mostičnih vezjih. ).

Nelinearnost karakteristik potenciometra se doseže z navijanjem na profilirane okvirje in sečenjem po metodi delno linearne aproksimacije z manevriranjem rezov z ustreznimi upornostmi.

V linearizatorju, ki temelji na elektromehanskem servo sistemu potenciometričnega tipa z uporabo nelinearnega potenciometra (slika 3), se linearizirana vrednost pojavi kot kot vrtenja ali mehanski premik. Ti linearizatorji so preprosti, vsestranski in se pogosto uporabljajo v centraliziranih nadzornih sistemih.

riž. 3. Linearizator za elektromehanski servo sistem potenciometričnega tipa: D — senzor z izhodom v obliki enosmerne napetosti, Y — ojačevalnik, M — elektromotor.

V parametričnih funkcijskih pretvornikih se uporabljajo nelinearnosti karakteristik posameznih elementov (elektronskih, magnetnih, termičnih itd.). Vendar med funkcionalnimi odvisnostmi, ki jih razvijejo, in značilnostmi senzorjev običajno ni mogoče doseči popolnega ujemanja.

Algoritemski način nastavljanja funkcije se uporablja v digitalnih funkcijskih pretvornikih. Njihove prednosti so visoka natančnost in stabilnost karakteristik. Uporabljajo matematične lastnosti posameznih funkcijskih odvisnosti ali princip linearne aproksimacije po delih. Na primer, parabola je razvita na podlagi lastnosti kvadratov celih števil.

Na primer, digitalni linearizator temelji na metodi delno linearne aproksimacije, ki deluje na principu polnjenja približujočih se segmentov z impulzi različnih stopenj ponavljanja. Frekvence polnjenja se skokovito spreminjajo na mejnih točkah približujočih se segmentov glede na program, vstavljen v napravo, glede na vrsto nelinearnosti. Linearizirana količina se nato pretvori v enotno kodo.

Delno linearno aproksimacijo nelinearnosti je mogoče izvesti tudi z uporabo digitalnega linearnega interpolatorja. V tem primeru ostanejo frekvence polnjenja interpolacijskih intervalov konstantne le v povprečju.

Prednosti digitalnih linearizatorjev, ki temeljijo na metodi linearne aproksimacije delov, so: enostavnost rekonfiguracije akumulirane nelinearnosti in hitrost preklopa iz ene nelinearnosti v drugo, kar je še posebej pomembno pri hitrih centraliziranih krmilnih sistemih.

V kompleksnih krmilnih sistemih, ki vsebujejo univerzalne kalkulatorje, stroje, se lahko linearizacija izvede neposredno iz teh strojev, v katere je funkcija vgrajena v obliki ustreznega podprograma.