Разработка автоматического программируемого терморегулятора ТР-1, страница 3

ограничено, т.к. при приемлимых в большинстве случаев погрешностях аппроксимации (0,1 - 1 %) требует большого объема ЗУ.

Характеристику  любого  датчика  можно  отразить  некоторой математической функцией, выражающей зависимость между входным воздействием и выходным напряжением. Линеаризация при этом может осуществляться после измерения напряжения датчика путем вычисления функции обратной указанной выше. Такую функцию в измерительных системах называют функцией преобразования. Однако выражение описывающее функцию преобразования может быть достаточно сложным и программное ее вычисление с помощью числовых методов приведет либо к большим вычислительным ошибкам либо к большому времени выполнения вычислений и, как следствие, к невозможности работы системы в реальном масштабе времени.

Для упрощения вычислений функция преобразования аппроксимируется. Аппроксимация проводится с помощью полиномиальных или дробно-рациональных функций. Как показывает практика использование аппроксимирующих функций второго и большего порядков не оправдывается» Погрешность аппроксимации для "гладких" функций преобразования характеристик термодатчиков при порядке аппроксимирующих функций равном два менее 0,01 %. Время же их программного вычисления достаточно велико. Поэтому на практике чаще всего используют аппроксимацию с помощью функций первого порядка - кусочно-линейную аппроксимацию.

При кусочно-линейной аппроксимации функция преобразования представляется в виде отрезков ломаной. Совокупность ее отрезков рис.2 описываются следующим образом:

Рис.2  Кусочно-линейная аппроксимация передаточной характеристики термодатчика

Т(Х)= А (И) + В(И)*(Х - Х(И))

где:   Т - линеаризованное значение температуры;

И - номер участка аппроксимации;

Х - текущее значение напряжения с датчика;

Х(И) - ордината узла аппроксимации;

А(И) - абсцисса узла аппроксимации;

В(И) - коэффициент наклона участка аппроксимации.

Значение коэффициентов А(И) и В(И) заранее рассчитываются и хранятся в цифровой памяти измерительной системы. Если проводить равномерное разбиение диапазона изменения аргумента функции преобразования, а число участков выбрать равное 2**Н, то код Н старших разрядов АЦП, с помощью которого мы преобразуем напряжение датчика в двоичный код, будет определять номер участка аппроксимации которому в данный момент времени соответствует это напряжение. При этом оставшиеся младшие разряды будут показывать приращение аргумента функции на данном участке аппроксимации.

Именно этот подход к линеаризации характеристики применяется в разработанном устройстве. Коды коэффициентов аппроксимации для характеристики датчика типа ТХА заранее рассчитаны и хранятся в таблице, размещенной в адресном пространстве программной памяти. Диапазон изменения напряжения датчика разбит на 16 участков аппроксимации. Как показали соответствующие расчеты относительная погрешность аппроксимации при этом не превышает 0,01 %.

2.2 Коррекция погрешности смещения в аналоговых цепях терморегулятора

Терморегулятор находится в непосредственной близости от объекта нагревах, поэтому необходимо сразу учитывать, что он может работать в условиях повышенной температуры окружающей среды. При этом необходимо принимать меры не только обеспечивающие его работоспособность как таковую при повышенной температуре, но и меры позволяющие при изменении температуры окружающей среды обеспечивать заданную точность работы устройства. Кроме методов термостабилизации параметров элементов схемы широкое применение получили методы периодического контроля состояния устройства и коррекции результатов измерений по результатам контроля.

В данном устройстве основная обработка результатов измерений производится в цифровой форме. Повышение температуры окружающей среды не привадит к увеличению погрешностей преобразования сигналов, представленных в цифровой форме если все цифровые элементы схемы остаются работоспособными. В данном устройстве чувствительными к изменениям температуры будут аналоговые элементы, входящие в состав входного усилителя и АЦП. Изменение температуры будет приводить к появлению погрешностей смещения нуля, масштаба, дифференциальных погрешностей передаточной характеристики АЦП. Все указанные погрешности могут идентифицироваться и корректироваться.

Для  идентификации  погрешности  смещения  нуля   достаточно произвести измерение входного сигнала  при  закорачивании  вход первого  усилительного  каскада  на   шину   аналоговой   земли.