雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯信號(hào)的非線性處理與改良方法

?　 雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯測(cè)溫精度是由多方面因素決定，除了雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯本身精度誤差、安裝方式、雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯補(bǔ)償導(dǎo)線之外，主要由雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯二次采集元件端的精度決定。該文在介紹雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了二次采集元件影響雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯信號(hào)采集精度的3個(gè)關(guān)鍵因素，包括熱電偶信號(hào)采集電路分析、雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯信號(hào)的非線性化處理和冷端補(bǔ)償方法，通過對(duì)以上3個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化處理，可以極大地提高熱電偶信號(hào)采集精度，從而提高雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的測(cè)溫精度。

3 雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯信號(hào)的非線性處理
3.1 雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯信號(hào)的非線性處理
        測(cè)溫儀表采集的雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的熱電勢(shì)必須經(jīng)過冷端補(bǔ)償修正， 才能得到參考溫度0 ℃情況下雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的熱電勢(shì)，修正公式為

式中：E（T，0 ℃）為被測(cè)介質(zhì)在參考溫度0 ℃時(shí)實(shí)際溫度T ℃對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)，mV；E（T，t0）為在恒溫t0下測(cè)得的熱電勢(shì)，mV；E（t0，0 ℃）為在參考溫度0 ℃時(shí)恒溫t0時(shí)雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的熱電勢(shì)，mV。
        經(jīng)過修正后的實(shí)際熱電勢(shì)， 根據(jù)熱電偶分度表，可以查出對(duì)應(yīng)的被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際溫度[3]。查表法適用于易于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)單元、計(jì)算速度快的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但難以適用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間有限且CPU 運(yùn)算速度較慢的測(cè)溫儀表等嵌入式系統(tǒng)，若嵌入式系統(tǒng)采用查表法，會(huì)占用較大的存儲(chǔ)空間，并且查表時(shí)間比較長(zhǎng)，滿足不了測(cè)溫實(shí)時(shí)性的要求。
        由于雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的熱電勢(shì)與溫度信號(hào)呈現(xiàn)出較高的非線性關(guān)系， 不能用線性函數(shù)表示兩者的關(guān)系，如果不作線性化處理，直接根據(jù)熱電勢(shì)查找雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯分度表，查找工作量巨大，不適合嵌入式熱電偶采集系統(tǒng)，因此需要對(duì)雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的熱電勢(shì)和溫度信號(hào)作線性化處理，減少運(yùn)算工作量。
        從熱電偶信號(hào)的非線性特點(diǎn)出發(fā)，雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯溫度信號(hào)的線性化采用分段近似斜率法，該方法適合于嵌入式系統(tǒng)，并且精度高、運(yùn)算量少、不占用較大存儲(chǔ)空間。

3.2 非線性處理的優(yōu)化方法
雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯信號(hào)的非線性處理采用分段近似斜率法。分段近似斜率法是將在雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯某一區(qū)間內(nèi)的溫
度差與此區(qū)間內(nèi)電勢(shì)差所對(duì)應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換值作為
該區(qū)間的校正斜率，再加上該區(qū)間的初值，得到非
線性校正公式為
        實(shí)際溫度值=斜率值×（線性轉(zhuǎn)換值-區(qū)間段電壓初始值）+區(qū)間段溫度初值（3）
        式中線性轉(zhuǎn)換值為經(jīng)過冷端補(bǔ)償后的熱電偶的熱電勢(shì)，如式（2）中的E（T，0 ℃）值。
        為了提高雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯測(cè)溫精度， 分段區(qū)間做的越多，雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯計(jì)算值與實(shí)際值誤差越小、精度越高，但是分段區(qū)間多會(huì)增加計(jì)算運(yùn)行時(shí)間，具體分段數(shù)目需根據(jù)熱電偶采集精度的實(shí)際需要以及CPU 的主頻速度來決定。
        以pt1000雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯為例，假設(shè)把雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯0 ℃～132℃分為17 段，每一段有起始溫度值、起始溫度值對(duì)應(yīng)的電勢(shì)、終點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的電勢(shì)，以及該段的斜率。具體分段如表1 所示。

計(jì)算公式為：

式中：Tabs為雪碧飲料測(cè)量B級(jí)鎧裝電阻芯的熱端絕對(duì)溫度，℃；Eabs為參考溫度0 ℃時(shí)熱電偶的熱端絕對(duì)熱電勢(shì)，μV；EAi為參考溫0 ℃度時(shí)該區(qū)間段的起始熱電勢(shì)，μV；Ki為該區(qū)間段的斜率，μV/℃；Tqi為該區(qū)間段的起始溫度，℃。
         假設(shè)采用式（2）實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償后的PT1000的熱電勢(shì)為41859 μV， 顯然該值落在第12 分段區(qū)間，其初始溫度值為950 ℃，斜率39 μV/℃，該區(qū)間段的起始熱電勢(shì)為39314 μV，根據(jù)式（4）可得實(shí)際溫度值為Tabs=（41859-39314）/39+950=105.3 ℃。查表可得，41859 μV 對(duì)應(yīng)的溫度值為105 ℃。查表值與分段斜率計(jì)算值相差0.3 ℃，達(dá)到了非線性化的目的。顯然分段近似斜率法可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，易于在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn).