Линеаризација карактеристика сензора

Линеаризација карактеристика сензора — нелинеарна трансформација излазне вредности сензора или величине сразмерне њој (аналогне или дигиталне) којом се постиже линеарни однос између мерене вредности и вредности која је представља.

Уз помоћ линеаризације могуће је постићи линеарност на скали секундарног уређаја на који је прикључен сензор са нелинеарном карактеристиком (нпр. термоелемент, топлотни отпор, гасни анализатор, мерач протока и сл.). Линеаризација карактеристика сензора омогућава да се добије потребна тачност мерења преко секундарних уређаја са дигиталним излазом. Ово је неопходно у неким случајевима када се сензори повезују са уређајима за снимање или када се обављају математичке операције над измереном вредношћу (нпр. интеграција).

У погледу карактеристика енкодера, линеаризација делује као инверзна функционална трансформација.Ако је карактеристика сензора представљена као и = Ф (а + бк), где је к измерена вредност, а и б су константе, онда би карактеристика линеаризатора повезаног у серију са сензором (слика 1) требало да изгледа овако: з = кФ (и), где је Ф инверзна функција од Ф.

Као резултат тога, излаз линеаризатора ће бити з = кФ(Ф (а + бк)) = а ' + б'к, тј. линеарна функција измерене вредности.

Пиринач. 1. Блок дијаграм генерализоване линеаризације: Д — сензор, Л — линеаризатор.

Даље, скалирањем, зависност з се своди на облик з '= мк, где је м одговарајући фактор скалирања. Ако се линеаризација врши на компензаторни начин, односно на основу серво система као што је Сл. 2, онда би карактеристика претварача линеаризујуће функције требало да буде слична карактеристици сензора з = цФ (а + бк), јер се линеаризована вредност мерене вредности узима са улаза претварача линеаризатора функције и његовог излаз се пореди са излазном вредношћу сензора.

Карактеристична карактеристика линеаризатора као функционалних претварача је релативно уска класа зависности коју они репродукују, ограничена на монотоне функције, што је одређено типом карактеристика сензора.

Пиринач. 2. Блок шема линеаризације на основу система праћења: Д — сензор, У — појачавач (претварач), ФП — функционални претварач.

Линеаризатори се могу класификовати према следећим критеријумима:

1. Према начину постављања функције: просторна у виду шаблона, матрица и сл., у виду комбинације нелинеарних елемената, у виду алгоритма дигиталног прорачуна, уређаја.

2.По степену флексибилности шеме: универзална (тј. реконфигурабилна) и специјализована.

3. По природи структурног дијаграма: отворени (слика 1) и компензациони (слика 2) тип.

4. У облику улазних и излазних вредности: аналогни, дигитални, мешовити (аналогно-дигитални и дигитално-аналогни).

5. По врсти елемената који се користе у колу: механички, електромеханички, магнетни, електронски итд.

Линеаризатори просторних функција првенствено укључују механизме зупчаника, шаблоне и нелинеарне потенциометре. Користе се у случајевима када је измерена вредност сваког степена конверзије представљена у облику механичког кретања (брегови — за линеаризацију карактеристика манометријских и трансформаторских сензора, модели — у регистраторима, нелинеарни потенциометри — у потенцијалним и мостовним колима ).

Нелинеарност карактеристика потенциометра постиже се намотавањем на профилисане рамове и сечењем методом комадно линеарне апроксимације маневрисањем секција са одговарајућим отпорима.

У линеаризатору заснованом на електромеханичком серво систему потенциометријског типа који користи нелинеарни потенциометар (слика 3), линеаризована вредност се појављује као угао ротације или механичко померање. Ови линеаризатори су једноставни, разноврсни и широко се користе у централизованим системима управљања.

Пиринач. 3. Линеаризатор за електромеханички серво систем потенциометријског типа: Д — сензор са излазом у виду једносмерног напона, И — појачавач, М — електромотор.

У параметарским функционалним претварачима користе се нелинеарности карактеристика појединих елемената (електронских, магнетних, термичких итд.). Међутим, између функционалних зависности које развијају и карактеристика сензора, обично није могуће постићи потпуно подударање.

Алгоритамски начин подешавања функције се користи у дигиталним претварачима функција. Њихове предности су висока тачност и стабилност карактеристика. Користе математичка својства појединачних функционалних зависности или принцип линеарне апроксимације по деловима. На пример, парабола се развија на основу својстава квадрата целих бројева.

На пример, дигитални линеаризатор је заснован на методи линеарне апроксимације по комадима, која ради на принципу пуњења сегмената који се приближавају импулсима различите брзине понављања. Фреквенције пуњења се мењају у скоковима на граничним тачкама приступних сегмената према програму убаченом у уређај према врсти нелинеарности. Линеаризована величина се затим претвара у јединствени код.

Делимична линеарна апроксимација нелинеарности се такође може извршити коришћењем дигиталног линеарног интерполатора. У овом случају, фреквенције пуњења интервала интерполације остају константне само у просеку.

Предности дигиталних линеаризатора заснованих на методи линеарне апроксимације делова су: лакоћа реконфигурације акумулиране нелинеарности и брзина преласка са једне нелинеарности на другу, што је посебно важно у брзим централизованим системима управљања.

У сложеним системима управљања који садрже универзалне калкулаторе, машине, линеаризација се може извршити директно са ових машина, у које је функција уграђена у облику одговарајуће потпрограма.