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稱重儀表非線性自動(dòng)校正方法的探討

日期:2024-12-29 06:37
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摘要:
稱重儀表非線性自動(dòng)校正方法的探討m.lostcity.net.cn
     在稱重儀表中的應(yīng)用在電子衡器中,廣泛采用的稱重傳感器是壓力或拉力傳感器。不論傳感器的量程多大,其滿度輸出一般為2mV左右,因此,對(duì)于同一種類型(靜態(tài)或動(dòng)態(tài))的電子衡器而言,往往可以采用通用的稱重儀表。
  電子衡器尤其是商用電子衡器,不僅對(duì)稱重精度有很高的要求,而且對(duì)實(shí)時(shí)性也有較高的要求。因此,稱重儀表的非線性校正必須采用在線方式。
  2.1 非線性自動(dòng)校正方程的修正
  在稱重儀表中,*小測(cè)量值x0=0kg,對(duì)應(yīng)的零點(diǎn)值N0≠0,而且會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而變化,實(shí)際測(cè)量時(shí),各校正點(diǎn)Xi對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值Ni(i=1,2,3,…)也會(huì)因零點(diǎn)的變化而相應(yīng)發(fā)生變化。也就是說(shuō),環(huán)境溫度變化后,實(shí)際測(cè)量時(shí),當(dāng)被測(cè)量為 Xi時(shí),儀表內(nèi)部獲取的A/D轉(zhuǎn)換值不再是校正時(shí)的Ni,從而使得按上述校正方程式(2)或式(3)求取的測(cè)量校正值是錯(cuò)誤的或不準(zhǔn)確的。
  實(shí)驗(yàn)證明,稱重儀表的零點(diǎn)值N0受環(huán)境溫度的影響較大,而其非線性特性曲線受環(huán)境溫度的影響較小[7]。如圖1中所示,N0發(fā)生變化后,可以近似認(rèn)為非線性特性曲線OM只是適當(dāng)左移或右移。也就是說(shuō),盡管N0是變化的,而Ni-N0(i=1,2,3,… )可以認(rèn)為是不變的。
  一般來(lái)說(shuō),每天的不同時(shí)刻都會(huì)存在一定的溫差,但每天的溫度變化都非常緩慢,稱重儀表的零點(diǎn)在使用過(guò)程中的變化也非常緩慢。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),我們完全可以用軟件的方法實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)跟蹤,即在某個(gè)較短的時(shí)間段(如0.5s)內(nèi),若采樣到的A/D值n與之前的零點(diǎn)N0之差的**值不超過(guò)某個(gè)較小的數(shù)值,則令N0=n。
  鑒于儀表的零點(diǎn)值N0受環(huán)境溫度的影響較大,非線性校正方程要作相應(yīng)的修正:不管是校正時(shí)還是實(shí)際測(cè)量時(shí),均把得到的A/D轉(zhuǎn)換值減去零點(diǎn)值N0。此時(shí),點(diǎn)斜式校正方程修正為:
  
2.2 校正方程參數(shù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
  對(duì)于點(diǎn)斜式校正方程式(4)而言,要存入儀表內(nèi)存的校正方程參數(shù)為:Mi-1、Xi-1和ki(i=l,2,3,…m;M0=X0=0),可用一個(gè)三維數(shù)組形式的表格存放。
  對(duì)于兩點(diǎn)式校正方程式(5)而言,要存入儀表內(nèi)存的校正方程參數(shù)為:Mi、Xi(i=0,1,2,3,…,m;M0=x0=0),可用一個(gè)二維數(shù)組形式的表格存放。
  考慮到M0=x0=0,故M0和X0不必保存,但應(yīng)在表首位置存儲(chǔ)校正點(diǎn)數(shù)j。兩個(gè)校正方程的校正參數(shù)在儀表內(nèi)存中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分別如圖2所示,其中Tab.l和Tab.2分別表示內(nèi)存參數(shù)表首地址。
  


  2.3 非線性自動(dòng)校正
  從兩個(gè)校正方程可以看出,點(diǎn)斜式只要做一次乘法運(yùn)算,而兩點(diǎn)式要做一次乘法運(yùn)算和一次除法運(yùn)算??紤]到:計(jì)算斜率ki時(shí),為了保證測(cè)量精度,小數(shù)點(diǎn)后需要保留足夠的位數(shù),視具體情況而定;而智能儀表中采用的微控制器通常不方便做小數(shù)乘法運(yùn)算,而且位數(shù)越多、運(yùn)算越耗時(shí);另外,當(dāng)分段數(shù)大于3時(shí),點(diǎn)斜式比兩點(diǎn)式所需內(nèi)存空間要多。因此,對(duì)于在線實(shí)時(shí)校正的智能儀表來(lái)說(shuō),采用兩點(diǎn)式校正方程往往更合適一些。這里選用式(5)作為校正方程。為了描述時(shí)區(qū)分校正方程中的變量和儀表內(nèi)存中存儲(chǔ)的校正參數(shù),對(duì)校正方程做如下變量代換,令a=Xi-1,b=Xi,C=Mi-1,d=Mi,則校正方程式(5)變?yōu)椋?br>  


  稱重計(jì)量時(shí)的非線性校正要解決以下三個(gè)問(wèn)題。
  ①如何找出N位于哪一個(gè)直線段,考慮到校正點(diǎn)數(shù)不會(huì)太多,可采用簡(jiǎn)單的順序查找法。
 ?、谠跊](méi)有進(jìn)行校正前,儀表如何顯示實(shí)測(cè)重量。
  按全量程線性處理,即把量程的*大值Xm作為**校正點(diǎn),但校正點(diǎn)數(shù)j記為0,表示未進(jìn)行過(guò)校正。因此,儀表內(nèi)存參數(shù)表初始化時(shí),j處保存0、M1處保存Nm-N0、X1處保存Xm和Xm是可以預(yù)知的,而N0也可以估算出來(lái)或通過(guò)實(shí)測(cè)獲得。
  ③當(dāng)實(shí)際稱量物體的重量超過(guò)*大校準(zhǔn)點(diǎn)重量時(shí),儀表如何顯示實(shí)測(cè)重量。
  按*大校準(zhǔn)點(diǎn)求得的校正參數(shù)進(jìn)行校正。因此,稱重儀表(電子衡器)稱重計(jì)量和校準(zhǔn)時(shí)的非線性自動(dòng)校正程序流程分別如圖3和圖4所示。
  


  


  稱重儀表(電子衡器)的校準(zhǔn)過(guò)程如下:
 ?、僭诜Q重儀表預(yù)熱后,按<校準(zhǔn)>功能鍵(為**起見(jiàn),可要求輸入一串驗(yàn)證碼),進(jìn)入校準(zhǔn)狀態(tài),此時(shí)儀表按原校準(zhǔn)參數(shù)顯示重量值;
 ?、诜Q量重。



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