虚拟式ρ值测试分析仪的研制

　　随着计算机技术的普及和发展, 基于常用的操作平台和程序工具, 利用普通的 PC 机和外接动作传感器开发应用测试分析程序, 完全可以以虚拟仪器形式实现传感器信号模拟功能, 及秒表、频率周期多功能测试分析功能(ρ值测试分析功能), 从而取代复杂昂贵、操作使用不便、可靠性不高的机电式传统仪器。

　　一、测试原理

　　时间比例调节和断续 PID 调节仪表的调节输出是一组或多组继电器触点或位式电量值 ( 如高低电位、电路通断等), 用以控制外部执行器的加载或卸载动作, 从而使被控参数自动跟踪设定值。与位式调节不同的是,此时输出信号不是简单地以被控参数是否超越了设定值而断或通, 而是当被控参数接近设定值, 进入调控范围(比例带)时, 触点以一定的时间周期(零周期)自动通断循环变化, 而且随着接近程度不同, 触点通与断所占的时间比例(即占空比)也不相同, 被控参数越接近设定点, 触点通断周期中通的时间占通断时间之和的比例(ρ值)越小。因此, 只要系统设计得当, 这种调节方式可减小甚至完全消除被控量围绕设定点的上下波动幅度。而 PID调节仪表由于进一步加入了比例、微分、积分调节作用, 还可完全消除被控参数的净差和扰动, 达到更高的控制品质。

　　检定上述仪表的设定点误差过程, 实际就是调整仪表输入模拟信号值, 跟踪仪表输出设定值, 同时不断测量仪表输出信号的通断时间, 并计算其ρ值大小, 当ρ值稳定在 0.5±Δρ范围内( 即ρ值“可用”) 时, 计算仪表输入电量值与设定电量值之差, 并换算成被控参数( 温度) 值。相关的数学公式如下:

　　式中: Δρ———读取用以计算仪表设定点误差的输入电量值时, 仪表的ρ值允许偏离 0.5 的范围; a%———仪表设定点允许误差; r———比例增益的非线性系数 ( 一般可取 0.2); P———仪表的比例带。

　　式中: Δst———以 电量 值 表 示 的 仪 表 设 定 点 误 差 ;Ah———ρ为 0.5时输入的电量值; Asp———设定点温度对应的标称电量值。

　　二、设计方案

　　ρ值测试分析仪设计方案如下:

　　主体平台采用运行于 Windows2000 或以上操作系统, 具备独立鼠标, 并且具有冗余 USB 接口的家用电脑。若考虑仪器的移动性和便携性, 可使用手提电脑。对电脑的其余配置无特殊要求。

　　1.硬件实现

　　利用一只经过改装的USB接口鼠标作为采集被检仪表输出动作的传感器, 方法是在鼠标电路板上的左键继电器触点处并联焊接一对导线, 导线另一端引出壳外。使用时将导线接于被检仪表输出继电器常开触点上, 鼠标自身通过 USB 接口连接在电脑上。当被检仪表输出继电器作闭合与断开动作时, 则相当于鼠标左键按下与弹起。利用 Visual Basic 软件平台开发专用软件, 检测鼠标左键的动作时间, 即可计算显示ρ、T0等关键参数, 自动分析、判断、提示ρ值是否进入可用范围, 并以图形方式显示ρ值变化趋势, 供检定人员用图解法分析计算断续 PID调节仪表的比例带、再调时间、预调时间等参数。