实验四标度变换(工程量变换)

西华大学实验报告第1页装订线西华大学实验报告（理工类）电气信息学院专业实验中心实验室：6A-222实验时间：2014年6月20日学生姓名学号成绩学生所在学院年级/专业/班课程名称智能仪器原理及设计课程代码6001439实验项目名称标度变换（工程量变换）项目代码4指导教师王胜项目学分一、实验目的：掌握标度变换的原理及方法二、实验原理：一、定义智能仪器的被测量一般均通过传感器转换为电量，再经过数据采集系统后得到与被测量相对的数字量，最后这些数字量还常需要转换成人们所熟悉的工程量。例如，测量机械压力时，常利用压力传感器。当压力变化为0——100N时，压力传感器输出的电压为0——10mV，放大为0——5V后进行A/D转换，得到00H——FFH的数字量（假设也采用8位A/D转换器）。这些数码并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，必须把它转换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是标度变换，又称工程量变换。标度变换指通过一个关系式，用测量到的数字量，表示出被测物理量的客观值。分为线性和非线性参数标度变换两种。二、线性参数标度变换线性参数标度变换是最常用的标度变换，其变换前提条件是被测参数与A/D转换结果为线性关系。线性标度变换的公式为：（1）显然是线性关系。式中：A0——测量仪表量程的下限（测量范围最小值）；Am——测量仪表量程的上限（测量范围最大值）；Ax——实际测量值（工程量）；N0——仪表下限所对应的数字量；Nm——仪表上限所对应的数字量；Nx——实际测量值所对应的数字量。式(1)为线性标度变换的通用公式，其中A0，Am，N0，Nm对某一个具体的被测参数与输入通道来说都第组编号00m0x0mx)(ANNNNAAA西华大学实验报告第2页是常数，不同的参数有着不同的值。为使程序设计简单，一般把一次测量仪表的下限A0所对应的A/D转换值置为0，即N0=0。这样式(1)可写成：（2）在多数测量系统中，仪表下限值A0=0，对应的N0=0，则式（2）可进一步简化为：（3）式（1）、式（2）、式（3）即为在不同情况下的线性刻度仪表测量参数的标度变换公式。例1：某加热炉温度测量仪表的量程为200~800℃，在某一时刻计算机系统采样并经数字滤波后的数字量为CDH，求此时的温度值是多少？(设该仪表的量程是线性的)。解：根据式(2)已知，A0=200℃,Am=800℃，Nx=CDH=(205)D，Nm=FFH=(255)D。所以此时的温度为例2：某压力测量系统中,压力测量仪表的量程为400～1200Pa,采用8位A/D,设某采样周期计算机中经采样及数字滤波后的数字量为ABH,求此时的压力值。解：A0=400Pa,Aｍ＝1200Pa,Nx=ABH=171，Nm=FF=255D，N0=0则：三、非线性参数标度变换实际上许多智能仪器所使用的传感器是非线性的，则上面的三个线性变换式均不适用。此时，一般先进行非线性校正，然后再进行标度变换。但是，如果能将非线性关系表示为以被测量为因变量、传感器输出信号为自变量的解析式时，则一般可直接利用该解析式来进行标度变换。通过具体实例介绍。例如，在差压法测流量中，流量与压差之间的关系为（4）式中：Q——流体流量；P——节流装置前后的差压；K——刻度系数，与流体的性质及节流装置的尺寸有关。0mx0mx)ANNAAA200255205)200=682℃0mx0mx)ANNAAAmxmxNNAA936Pa400255171400)-(1200)(00ANNAAAmxmxPKQ西华大学实验报告第3页可见，流体的流量Q与被测流体流过节流装置前后产生的压力差的平方根P成正比，由此可得测量流体时的标度变换公式：（5）式中：0Q——差压流量仪表的下限值；Qm——差压流量仪表的上限值；Qx——被测液体的流量测量值；N0——差压流量仪表下限所对应的数字量；Nm——差压流量仪表上限所对应的数字量；Nx——差压流量仪表测得差压值所对应的数字量。Qm、Q0、Nm、N0均为常数，一般情况下,流量的下限取0Q=0，N0=0，则mxmNNQQx许多非线性传感器并不像流量传感器那样，可以写出简单的公式，或者虽然能够用数学表达式描述，但计算相当困难。这时可采用多项式插值法、线性插值法或查表法进行标度变换。三、实验设备、仪器：PC机和KEILCuVersin2集成开发系统四、实验内容（含简略步骤、电路图）：五、实验过程原始记录（现象记录、数据、图表、计算等）：00m0x0mx)(QNNNNQQQ西华大学实验报告第4页六、结果及分析（含问题讨论）：七、参考文献：[1]程德福林君智能仪器（第2版）机械工业出版社[2]靳斌陈高燕智能仪器实验指导书西华大学电气信息学院实验指导教师签名：年月日