通用线性化校正器及其计算机辅助设计

　　一、概述

　　许多传感器都存在非线性，有关非线性校正问题，不少同行已作了大量工作，但仍缺乏一种通用而系统化的方法。本文提出一种简单、灵活、通用性强的 非线性输人式求和放大器校正电路。同时给出其设计公式，以便于设计者作计算机辅助设计。在J型热电偶及热敏电阻变送器的设计中，我们使用了该校正电路，结 果表明其精度和稳定性完全满足0.5级国标要求。

　　二、校正原理及公式推导

　　为了便于说明，假定有图1所示求和放大器，设X₁、X_O、X_i(i=1、2、.....n)为电导，单位为1/kQ，认为第i个求和输人未转折前所对应的前置放大器输出，V_oi为要求的校正输出，认1为转折点电压值，单位均为伏。同时输人E是物理量P的函数。K为前置放大器放大倍数。

　　显然根据求和原理有:

　　即求和输人端V1……Vn具有图2所求非线性特性，也即具有非线性，如果此非线性特性能正好补偿代表传感器固有特性的V₁X₁的非线性，那么所得V₀即为线性的。

　　(2)式中，设:

　　则根据(1)式可列出几个线性无关的n元一次方程组，其矩阵方程如下:

　　由于X₁=1，X₀=1，并且在求解过程中取求解点为转折点。由(3)知:V_n一V_z:，此时上式写为：

　　显然上式中第一部分为一满阵，(X₁，X₂……Xn)^T具有唯一解，上述校正方法是合理的。

　　图3所示为由3片四运放LM324组成的8转换点校正电路，因不同传感器非线性特性各异，对矩阵方程(4)的求解可能出现负值。电路中使用两组8位on/off开关。若求解戈值为正，则接通SW_I第i路，反实接通SW₂第i路。若SWI第i路接通，SW₂第i路必断开。

　　图3中显然

　　在求得戈后，(5)式中仅R_l为未知数:

　　四、计算机辅助设计

　　当转折点很多时，计算量是很大的，为此有必要用金十算机进行辅助设计。以下为程序设计步骤:

　　(1)输人转折点个数n及其前置放大倍数h:

　　(2)输人n个转折点所对应传感器的输出值E_Z1一E_Zn，单位mV;

　　(11)输出计算结果。

　　笔者用GWBASIC编制的计算机辅助设计程序如下:

　　10 CLS

　　20 INPUT“请输人转折点数":N

　　上述程序中10—110语句为输有关设计值;130—150计算Vz1,Voz1;160- 230生成(4)式中相应矩阵及其增广矩阵;240—360为约当消元法解n元一次线性方程组;370-700为计算电路参数及输出结果。