Linearisasi karakteristik sensor

Linearisasi karakteristik sensor — transformasi non-linear dari nilai keluaran sensor atau kuantitas yang sebanding dengannya (analog atau digital) yang mencapai hubungan linier antara nilai terukur dan nilai yang mewakilinya.

Dengan bantuan linierisasi, dimungkinkan untuk mencapai linieritas pada skala perangkat sekunder yang terhubung dengan sensor dengan karakteristik non-linier (mis. termokopel, resistansi termal, penganalisa gas, pengukur aliran, dll.). Linearisasi karakteristik sensor memungkinkan untuk mendapatkan akurasi pengukuran yang diperlukan melalui perangkat sekunder dengan output digital. Hal ini diperlukan dalam beberapa kasus saat menyambungkan sensor ke perangkat perekam atau saat melakukan operasi matematika pada nilai terukur (misalnya integrasi).

Dalam hal karakteristik pembuat enkode, linierisasi bertindak sebagai transformasi fungsional terbalik.Jika karakteristik sensor direpresentasikan sebagai y = F (a + bx), di mana x adalah nilai terukur, a dan b adalah konstanta, maka karakteristik linearizer yang dihubungkan secara seri dengan sensor (Gbr. 1) akan terlihat seperti ini: z = kF (y), di mana F adalah fungsi invers dari F.

Hasilnya, output dari linearizer akan menjadi z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, yaitu fungsi linear dari nilai terukur.

Beras. 1. Diagram blok linearisasi umum: D — sensor, L — linearizer.

Selanjutnya dengan penskalaan, ketergantungan z direduksi menjadi bentuk z' = mx, dimana m adalah faktor skala yang sesuai. Jika linearisasi dilakukan dengan cara kompensasi, yaitu berdasarkan sistem servo seperti Gambar. 2, maka karakteristik konverter fungsi linearisasi harus serupa dengan karakteristik sensor z = cF (a + bx), karena nilai linearisasi dari nilai terukur diambil dari input konverter fungsi linearizer dan keluaran dibandingkan dengan nilai keluaran sensor.

Ciri khas linearizer sebagai konverter fungsional adalah kelas ketergantungan yang relatif sempit yang direproduksi olehnya, terbatas pada fungsi monoton, yang ditentukan oleh jenis karakteristik sensor.

Beras. 2. Blok diagram linearisasi berdasarkan sistem pelacakan: D — sensor, U — amplifier (transduser), FP — konverter fungsional.

Linearizer dapat diklasifikasikan menurut kriteria berikut:

1. Sesuai dengan metode pengaturan fungsi: spasial dalam bentuk template, matriks, dll, dalam bentuk kombinasi elemen non-linear, dalam bentuk algoritma perhitungan digital, perangkat.

2.Menurut tingkat fleksibilitas skema: universal (yaitu, dapat dikonfigurasi ulang) dan khusus.

3. Berdasarkan sifat diagram struktural: tipe terbuka (Gbr. 1) dan kompensasi (Gbr. 2).

4. Berupa nilai input dan output: analog, digital, campuran (analog-digital dan digital-analog).

5. Berdasarkan jenis elemen yang digunakan dalam rangkaian: mekanik, elektromekanis, magnetik, elektronik, dll.

Linearizer fungsi spasial terutama meliputi mekanisme cam, pola, dan potensiometer non-linier. Mereka digunakan dalam kasus di mana nilai terukur dari setiap tahap konversi disajikan dalam bentuk gerakan mekanis (cam - untuk linierisasi karakteristik sensor manometrik dan transformator, model - dalam perekam, potensiometer non-linier - dalam rangkaian potensial dan jembatan ).

Ketidaklinieran karakteristik potensiometer dicapai dengan melilitkan pada bingkai berprofil dan memotong menggunakan metode pendekatan linier sepotong-sepotong dengan menggerakkan bagian dengan resistansi yang sesuai.

Dalam linearizer berdasarkan sistem servo elektromekanis dari jenis potensiometri menggunakan potensiometer non-linier (Gbr. 3), nilai linierisasi muncul sebagai sudut rotasi atau perpindahan mekanis. Linearizer ini sederhana, serbaguna dan banyak digunakan dalam sistem kontrol terpusat.

Beras. 3. Linearizer untuk sistem servo elektromekanik tipe potensiometrik: D — sensor dengan output berupa tegangan DC, Y — amplifier, M — motor listrik.

Non-linearitas karakteristik elemen individu (elektronik, magnetik, termal, dll.) Digunakan dalam konverter fungsional parametrik. Namun, antara ketergantungan fungsional yang mereka kembangkan dan karakteristik sensor, biasanya tidak mungkin mencapai kecocokan yang lengkap.

Cara algoritmik pengaturan fungsi digunakan dalam konverter fungsi digital. Keunggulan mereka adalah akurasi tinggi dan stabilitas karakteristik. Mereka menggunakan sifat matematis dari ketergantungan fungsional individu atau prinsip pendekatan linier per bagian. Misalnya, parabola dikembangkan berdasarkan sifat-sifat kuadrat dari bilangan bulat.

Misalnya, linearizer digital didasarkan pada metode pendekatan linier sepotong-sepotong, yang bekerja berdasarkan prinsip mengisi segmen yang mendekat dengan pulsa dengan tingkat pengulangan yang berbeda. Frekuensi pengisian berubah dalam lompatan di titik perbatasan segmen yang mendekat sesuai dengan program yang dimasukkan ke dalam perangkat sesuai dengan jenis nonlinier. Kuantitas linier kemudian diubah menjadi kode kesatuan.

Pendekatan linier parsial dari nonlinier juga dapat dilakukan dengan menggunakan interpolator linier digital. Dalam hal ini, frekuensi pengisian interval interpolasi rata-rata hanya tetap konstan.

Keuntungan linearizer digital berdasarkan metode pendekatan linier bagian adalah: kemudahan konfigurasi ulang akumulasi nonlinier dan kecepatan peralihan dari satu nonlinier ke nonlinier lainnya, yang sangat penting dalam sistem kontrol terpusat berkecepatan tinggi.

Dalam sistem kontrol kompleks yang berisi kalkulator universal, mesin, linierisasi dapat dilakukan langsung dari mesin ini, di mana fungsinya disematkan dalam bentuk subrutin yang sesuai.