實驗四：標(biāo)度變換

1、西華大學(xué)實驗報告（理工類）電氣信息學(xué)院 專業(yè)實驗中心實驗室:6A-222實驗時間：2014年6月20日學(xué)生姓名學(xué)號成績學(xué)生所在學(xué)院年級/專業(yè)/班課程名稱智能儀器原理及設(shè)計課程代碼6001439實驗項目名稱標(biāo)度變換（工程量變換）項目代碼4指導(dǎo)教師王勝項目學(xué)分一、實驗?zāi)康模赫莆諛?biāo)度變換的原理及方法二、實驗原理：一、定義智能儀器的被測量一般均通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后得到與被測量相對的數(shù)字 量，最后這些數(shù)字量還常需要轉(zhuǎn)換成人們所熟悉的工程量。例如，測量機(jī)械壓力時，常利用壓力傳感器。 當(dāng)壓力變化為0100N時，壓力傳感器輸出的電壓為010mV，放大為05V后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 得到00H

2、FFH的數(shù)字量（假設(shè)也采用8位A/D轉(zhuǎn)換器）。這些數(shù)碼并不等于原來帶有量綱的參數(shù)值， 它僅僅對應(yīng)于參數(shù)的大小，必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換就是標(biāo)度變 換，又稱工程量變換。標(biāo)度變換指通過一個關(guān)系式，用測量到的數(shù)字量，表示出被測物理量的客觀值。分 為線性和非線性參數(shù)標(biāo)度變換兩種。一、線性參數(shù)標(biāo)度變換線性參數(shù)標(biāo)度變換是最常用的標(biāo)度變換，其變換前提條件是被測參數(shù)與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系。 線性標(biāo)度變換的公式為：A = （A - A ） Nx - N0 + A（1）Xm m N 0Q顯然是線性關(guān)系。式中：A0測量儀表量程的下限（測量范圍最小值）；Am一測量儀表量程的上限（

3、測量范圍最大值）；Ax實際測量值（工程量）；N0儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量；Nm一儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量；Nx實際測量值所對應(yīng)的數(shù)字量。式（1）為線性標(biāo)度變換的通用公式，其中A0，Am，N0，Nm對某一個具體的被測參數(shù)與輸入通道來說都是常數(shù)，不同的參數(shù)有著不同的值。為使程序設(shè)計簡單，一般把一次測量儀表的下限A0所對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn) 換值置為0,即N0=0。這樣式（1）可寫成：A =( A - A)(2)在多數(shù)測量系統(tǒng)中，儀表下限值 為：A0=0，對應(yīng)的NxN0=0則式 （2 ）可進(jìn)一步簡化(3)式（1）、式（2）、式（3）即為在不同情況下的線性刻度儀表測量參數(shù)的標(biāo)度變換公式。例1：某加熱爐溫度測量儀表

4、的量程為200800 C，在某一時刻計算機(jī)系統(tǒng)采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量 為CDH，求此時的溫度值是多少？（設(shè)該儀表的量程是線性的）。解：根據(jù)式（2）已知，A0 = 200C, Am = 800C，Nx = CDH = （205）D，Nm= FFH = （255）D。所以此時的溫度為4 八 A、N aA =（A A）令 +A =（800-200）當(dāng) + 200 = 682 Cx m 0 n 0255m例2：某壓力測量系統(tǒng)中，壓力測量儀表的量程為4001200Pa，采用8位A/D,設(shè)某采樣周期計算機(jī)中經(jīng)采樣 及數(shù)字濾波后的數(shù)字量為ABH,求此時的壓力值。Nm=FF=255D, N0=0解：A0=

5、400Pa, Am = 1200Pa,Nx=ABH=171,m(0則：171=(1200-400) x + 400255=936Pa三、非線性參數(shù)標(biāo)度變換實際上許多智能儀器所使用的傳感器是非線性的，則上面的三個線性變換式均不適用。此時，一般先 進(jìn)行非線性校正，然后再進(jìn)行標(biāo)度變換。但是，如果能將非線性關(guān)系表示為以被測量為因變量、傳感器輸 出信號為自變量的解析式時，則一般可直接利用該解析式來進(jìn)行標(biāo)度變換。通過具體實例介紹。例如，在差壓法測流量中，流量與壓差之間的關(guān)系為(4)式中：Q流體流量；P一節(jié)流裝置前后的差壓；K一刻度系數(shù)，與流體的性質(zhì)及節(jié)流裝置的尺寸有關(guān)。可見，流體的流量2與被測流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓力差的平方根（嘉成正比，由此可得測量流體時的標(biāo)度變換公式：N -Nm 0(5)式中:Qo 差壓流量儀表的下限值；Qm一 差壓流量儀表的上限值；Qx被測液體的流量測量值；N0差壓流量儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量；Nm一差壓流量儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量；Nx差壓流量儀表測得差壓值所對應(yīng)的數(shù)字量。Qm、Q0、Nm、N0均為常數(shù)，一般情況下，流量的下限取Q =0, N0=0，則Q = 0 x .V；Nm許多非線性傳感器并不像流量傳感器那樣，可以寫出簡單的公式，或者雖然能夠用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述， 但計算相當(dāng)困難。這時可采用多項式插值法、線性插