一种非线性校正器的设计及应用

　　在测量系统中,总是存在一些具有非线性特性的测量环节。这里所谓非线性特性是指系统的静态增益不是一个定值而是随负荷变化而变化的。由于系统的非线性,给测量带来比较大的误差,必须给予修正。在这里,我们利用非线性校正器自动进行对应的反非线性特性转换解决此问题。

　　1　非线性校正器的工作原理

　　非线性校正器,就是在满足一定的误差要求下,实现具有非线性特性测量系统的输入x与输出y=x的线性关系的一个环节,如图1、图2所示。

　　非线性校正器的实现方法,从软件角度讲主要有两种:查表法及曲线拟合法。两种方法的区别在于实现非线性校正器的反非线性特性的方法不同。前者又称分段线性插值法,使用折线逼近曲线,后者使用多项式逼近曲线函数。

　　2　分段线性插值法非线性校正器的设计

　　分段线性插值法根据精度要求对反非线性特性曲线进行分段,用若干段直线逼近曲线(如图3所示)。

　　将折点坐标值(ui, xi)存入数据表,测量时首先要判断输入被测量xi对应的电信号(电压值) ui是在哪一段,然后根据那一段的斜率进行线性插值,即得出输出值y。

　　以三段设计,折点坐标为(u1, x1), (u2, x2),(u3, x3), (u4, x4),如图3所示。各段的输出表达式为:

　　由电压值ui求取被测输入量xi,采用n(n>2)段折线逼近法程序流程图如图4所示。

　　根据前述非线性校正原理,可得出:在一定测量范围内的测试系统,采用n段折线逼近法进行反非线性特性转换,折线越短(n值越大),效果越好。下面我们采用该方法自动校正我们实验室铜-康铜测温热电偶的非线性特性。

　　3　分段线性插值法非线性校正器的应用实例

　　假设现在我们需要测量某空间温场,需要同时测量该空间9个位置温度,每个位置测温时需要读取多次数据(比如10次,每2min读取一次数据)。需要计算该空间的温场、波动及各个位置温度情况等,要求测量误差控制在0·2℃以内。较简单的办法是利用热电偶进行测试。

　　热电偶在测温时,由于其非线性特性,给测温带来的误差特别是温度较高时是比较大的。这里我们利用实验室里现成的经过多年稳定性考核的康铜丝和铜丝自制一组(9支)铜-康铜测温热电偶。为保证在测温范围(-60~300)℃内误差能控制在0·2℃以内,在解决了电测系统、冷端补偿(采用冰点作为冷端)后,该测温系统非线性所带来的误差就是误差主要来源。这里只针对利用计算机技术采用分段线性插值法对测温系统进行非线性特性转换以及如何根据所测电势计算温度进行简要阐述。