Linealització de les característiques del sensor
Linealització de les característiques del sensor: una transformació no lineal del valor de sortida del sensor o una quantitat proporcional a aquest (analògic o digital) que aconsegueix una relació lineal entre el valor mesurat i el valor que el representa.
Amb l'ajuda de la linealització, és possible aconseguir linealitat a l'escala del dispositiu secundari al qual està connectat un sensor amb una característica no lineal (per exemple, termoparell, resistència tèrmica, analitzador de gasos, mesurador de cabal, etc.). La linealització de les característiques del sensor permet obtenir la precisió de mesura necessària mitjançant dispositius secundaris amb sortida digital. Això és necessari en alguns casos quan es connecten sensors a dispositius de registre o quan es realitzen operacions matemàtiques sobre el valor mesurat (per exemple, integració).
Pel que fa a la característica del codificador, la linealització actua com una transformació funcional inversa.Si la característica del sensor es representa com y = F (a + bx), on x és el valor mesurat, a i b són constants, llavors la característica del linealitzador connectat en sèrie amb el sensor (Fig. 1) hauria de semblar. així: z = kF (y), on F és la funció inversa de F.
Com a resultat, la sortida del linealitzador serà z = kF(F (a + bx)) = a ' + b'x, és a dir, una funció lineal del valor mesurat.
Arròs. 1. Diagrama de blocs de linealització generalitzada: D — sensor, L — linealitzador.
A més, mitjançant l'escala, la dependència z es redueix a la forma z '= mx, on m és el factor d'escala adequat. Si la linealització es fa de manera compensatòria, és a dir, basant-se en un servosistema com la Fig. 2, aleshores la característica del convertidor de funció linealitzadora hauria de ser similar a la característica del sensor z = cF (a + bx), perquè el valor linealitzat del valor mesurat es pren de l'entrada del convertidor del linealitzador de funcions i la seva la sortida es compara amb el valor de sortida del sensor.
Un tret característic dels linealizadors com a convertidors funcionals és una classe relativament estreta de dependències reproduïdes per ells, limitada a funcions monòtones, que està determinada pel tipus de característiques del sensor.
Arròs. 2. Diagrama de blocs de linealització basat en el sistema de seguiment: D — sensor, U — amplificador (transductor), FP — convertidor funcional.
Els linealizadors es poden classificar segons els criteris següents:
1. Segons el mètode de configuració de la funció: espacial en forma de plantilles, matrius, etc., en forma de combinació d'elements no lineals, en forma d'algorisme de càlcul digital, dispositius.
2.Pel grau de flexibilitat de l'esquema: universal (és a dir, reconfigurable) i especialitzat.
3. Per la naturalesa de l'esquema estructural: tipus obert (Fig. 1) i compensació (Fig. 2).
4. En forma de valors d'entrada i sortida: analògic, digital, mixt (analògic-digital i digital-analògic).
5. Per tipus d'elements utilitzats en el circuit: mecànics, electromecànics, magnètics, electrònics, etc.
Els linealizadors de funcions espacials inclouen principalment mecanismes de lleves, patrons i potenciòmetres no lineals. S'utilitzen en els casos en què el valor mesurat de cada etapa de conversió es presenta en forma de moviment mecànic (llemes — per a la linealització de les característiques dels sensors manomètrics i transformadors, models —en gravadors, potenciòmetres no lineals — en circuits de potencial i pont. ).
La no linealitat de les característiques del potenciòmetre s'aconsegueix enrotllant sobre marcs perfilats i seccionant mitjançant el mètode d'aproximació lineal a trossos maniobrant les seccions amb resistències adequades.
En un linealitzador basat en un servosistema electromecànic de tipus potenciomètric que utilitza un potenciòmetre no lineal (Fig. 3), el valor linealitzat apareix com un angle de gir o desplaçament mecànic. Aquests linealizadors són senzills, versàtils i molt utilitzats en sistemes de control centralitzat.
Arròs. 3. Linealitzador per servosistema electromecànic de tipus potenciomètric: D — sensor amb sortida en forma de tensió DC, Y — amplificador, M — motor elèctric.
Les no linealitats de les característiques dels elements individuals (electrònics, magnètics, tèrmics, etc.) s'utilitzen en convertidors funcionals paramètrics. Tanmateix, entre les dependències funcionals que desenvolupen i les característiques dels sensors, normalment no és possible aconseguir una coincidència completa.
La forma algorítmica d'establir una funció s'utilitza en els convertidors de funcions digitals. Els seus avantatges són l'alta precisió i l'estabilitat de les característiques. Utilitzen les propietats matemàtiques de les dependències funcionals individuals o el principi d'aproximació lineal per parts. Per exemple, es desenvolupa una paràbola a partir de les propietats dels quadrats dels nombres enters.
Per exemple, un linealitzador digital es basa en el mètode d'aproximació lineal a trossos, que funciona segons el principi d'omplir els segments que s'acosten amb polsos de diferents ritmes de repetició. Les freqüències d'ompliment canvien en salts als punts límit dels segments que s'aproximen segons el programa inserit al dispositiu segons el tipus de no linealitat. Aleshores, la quantitat linealitzada es converteix en un codi unitari.
També es pot realitzar una aproximació lineal parcial de la no linealitat mitjançant un interpolador lineal digital. En aquest cas, les freqüències d'ompliment dels intervals d'interpolació romanen constants només de mitjana.
Els avantatges dels linealizadors digitals basats en el mètode d'aproximació lineal de peces són: la facilitat de reconfiguració de la no linealitat acumulada i la velocitat de canvi d'una no linealitat a una altra, que és especialment important en sistemes de control centralitzat d'alta velocitat.
En sistemes de control complexos que contenen calculadores universals, màquines, la linealització es pot realitzar directament des d'aquestes màquines, en les quals la funció està incrustada en forma de subrutina corresponent.