上海維立勝衡傳感器有限公司
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閱讀：90發(fā)布時(shí)間：2025-2-23
使用達(dá)林頓配置中的兩個(gè)晶體管來測(cè)量高達(dá)2000 fpm的氣流速率。一個(gè)晶體管用作自加熱熱傳感器，另一個(gè)晶體管補(bǔ)償環(huán)境溫度變化。電路智能、簡(jiǎn)單；然而，輸出電壓以非常非線性的方式取決于輸入流量。本文提出了兩種硬件選項(xiàng)來線性化傳感器響應(yīng)，從而將非線性度降低至流量的10-12%左右。
現(xiàn)代微控制器提供*的計(jì)算能力，有時(shí)價(jià)格非常低，因此值得嘗試尋找非線性問題的計(jì)算解決方案。
在開始之前，讓我們回顧一下線性化的原理：處理傳感器電路輸出信號(hào)的電路或計(jì)算公式必須生成傳感器響應(yīng)的反函數(shù)。例如，如果傳感器響應(yīng)是對(duì)數(shù)函數(shù)，則線性化部分的響應(yīng)必須是指數(shù)的。
這項(xiàng)工作首先獲取傳感器響應(yīng)的46個(gè)離散點(diǎn)。剛開始時(shí)，自由度步長(zhǎng)很小，曲線上升很快，隨著曲線變得越來越平坦，自由度步長(zhǎng)變得更大。嘗試使用分段近似或三次樣條擬合流量與電壓響應(yīng)的關(guān)系可以將線性誤差降低至1-2%，但代價(jià)是公式龐大。如果整個(gè)曲線由單個(gè)平滑函數(shù)覆蓋，那就更好了。
測(cè)試了幾個(gè)不同復(fù)雜度的函數(shù)。結(jié)果是通過以下形式的復(fù)合函數(shù)獲得的：
其中N是微控制器生成的數(shù)字，Vs是傳感器電路的輸出電壓。A到D四個(gè)系數(shù)的存在提供了很大的靈活性來擬合所需的點(diǎn)集。
MS Excel的Solver工具找到了未知系數(shù)的正確值：
A=10525.4，B=-4.49563，C=9103.05，D=-1.36567。
如圖1所示，通過此函數(shù)傳遞傳感器電壓可在要顯示的數(shù)字N和流量之間提供高度線性關(guān)系。圖2顯示了響應(yīng)離散點(diǎn)與擬合線性方程之間的偏差。誤差在±2.5 fpm范圍內(nèi)，即流量的0.125%。這比參考論文中的硬件解決方案好80倍。一個(gè)重要的特征是錯(cuò)誤只會(huì)影響顯示數(shù)字中的位數(shù)字。
圖一：該計(jì)算方法在顯示的數(shù)字和氣流速率之間提供了高度線性的 1:1 關(guān)系
圖二：仔細(xì)觀察揭示了整體響應(yīng)的非常小的非線性
在實(shí)際應(yīng)用中，由于A/D轉(zhuǎn)換的誤差、數(shù)字大小的限制以及計(jì)算過程中的舍入誤差，誤差可能不會(huì)那么?。蝗欢?，它仍然比硬件解決方案好得多。
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