数字控制仪表标度变换方法介绍

数字智能仪表检测的物理量，一般均通过传感器转换为电量，再经数据采集系统后得到与被测量相对应的数字量。在不同数字智能仪表或同一台仪器不同的测量通道中，相同的数字量所代表的物理量及其大小是不同的。例如，某测温系统的传感器输出为0～16.716mV，经过放大、8位A/D转换为00～FFH的数字量；而在某压力测量系统中，当压力在0～100N间变化时，压力传感器输出0～10mV，经过放大、8位A/D转换后同样得到00～FFH的数字量。因此，通常采用一定的数据处理技术将这些数字量转换成具有不同量纲的相应物理量，这一技术常被称作标度变换（工程量变换）。

1.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。被测物理量变化范围为线性标度，变换公式为

N_x-N

式中 A_x——物理量的实际测量值；

N_x——测量值所对应的数字量；

A₀——传感器输出的下限；

N₀——A₀对应的数字量；

A_max——传感器输出的上限；

N_max——^A_max对应的数字量。

其中，对某一固定的被测参数或仪器的某一档量程来说，N_max、N₀、A_max、A₀都是常数。对于不同的参数或量程会有着不同的值，在大多数情况下，将被测参数起点A₀做某些处理，使得其对应A/D转换值为0，即N₀=0。则上式可写成

【例2.1】 某压力测量仪表的量程为500～1500Pa，采用12位ADC，设经过采样及数字滤波后得到的数字量为“0BFF”，求此时的压力值。

解：根据题意，已知A₀=500Pa，A_max=1500Pa，N_x=0BFFH=3071D，N_max=0FFFH=4095D，N₀=0，则(www.xing528.com)

2.非线性参数的标度变换

上面介绍的标度变换公式，只适用于线性变化的参量，如果被测参数为非线性，上面的两个公式均不适用，需重新建立标度变换公式。一般而言，非线性参数的变化规律各不相同，故标度变换公式亦需根据具体情况来建立。但是在某些情况下，输出信号与被测量之间有明确的数学关系，则没有必要先进行非线性校正，再进行标度变换，可一次完成计算过程。

以流量测量为例加以说明。在流量测量中，流量与差压之间的关系为

式中 Q——流量；

k——刻度系数，与流体性质及节流装置的尺寸相关；

Δ_p——节流装置的差压。

从上式可看出，流体的流量与被测流体流过节流装置前后所产生的压力差的平方根成正比，于是得到测量流量时的标度变换式为

式中 Q_x——被测物体的流量值；

Q_max、Q0——分别为流量仪表的上限值、下限值；

N_x——差压变送器测得的差压值（数字量）；

N_max、N0——分别为差压变送器上限、下限对应的数字量。