基于线性化电路扩展气动量仪量程的方法

　　0　引言

　　扩展气动量仪的量程可以从气路方面入手,如采用卷吸背压气路或引射背压气路[1],可使测量范围有所增大,但仍很有限。还可以从软件方面入手,采用分段拟合法或回归分析法[2],这样虽然可以增大测量范围,但对于量仪的现场标定、维护比较困难,需要专业的软件编程人员才能修改,很难作到量仪之间的一致互换性。为此,将线性化电路应用于气动量仪上,对压力-间隙变化曲线进行分段校正,在保证精度的前提下实现了大范围量程扩展。

　　1　差动背压气路测量原理

　　文中采用常用的差动背压气路构成测量气路。差动气路实际上由两个背压气路构成,它的优点是可以减小由于稳压器输出压力pc的变化引起的测量误差,提高系统稳定性。气路原理图见图1。

　　气源输出的压缩空气经过滤稳压后分成两路,一路通过节流孔、喷嘴挡板机构流入大气,另一路通过节流孔、可调节流阀流入大气。在测量以前调整好可调节流阀开度,测量过程中背压pt保持不变,喷嘴挡板之间的间隙变化,相应引起背压px改变,pt与px之间的压力差Δp由高精度压力传感器检测出。文中选用MPX2200DP,它是扩散硅式压力传感器,线性度小于±0·25%。

　　根据pc的大小,系统可以工作在低压或中高压的状态。在相关文献中[1],根据气体的流量方程已经论证了,无论工作在何种情况下,压力与间隙之间存在一种非线性的关系,其关系曲线大致如图2所示。

        当0

　　度很好,可以用作测量,但不能满足公差范围较大工件的测量要求。当s2

       2　线性化电路扩展量程方法

　　鉴于压力与间隙的关系曲线,可以采用线性化电路的方法来扩展量程。即对于不同的工作区段,采用不同放大比的测量电路,使最终的间隙变化Δs与输出电压ΔU在一定范围内成线性关系,从而达到扩展量程的目的。文中采用二极管整流电路来实现分段线性化[3],其原理如图3所示。

　　此电路根据输入电压实现了分段放大的功能,满足了差压气路输出特性要求,在间隙小时,气路的输出斜率较大,如图2所示。这时差压传感器输出电压较小,线性化电路工作于k段,电路的输出斜率小。而当间隙大时,气路的输出斜率较小,这时差压传感器输出电压较大,线性化电路工作于k2段,电路的输出斜率大。从而在整体上保证了间隙变化Δs与输出电压ΔU成线性关系。