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在分析试验仪器波高采集系统压力传感器的总误差时,首先要考虑试验仪器每一个误差的来源,分析导致这些误差的因素,然后想办法减少这些误差,提高波高采集传感器系统总的性能。那么影响波高采集系统压力传感器性能的误差来源有哪些? 1、当计算波高采集系统压力传感器的总误差时,应使用下列定义的误差。为决定你已选择波高采集系统压力传感器特定误差的程度,参见在这目录中该传感器的规格说明。在特定用户应用中,有些标称的指标可以减少或消除的,例如,如果波高采集系统压力传感器用在规定温度范围的一半内,那么温度误差可以减少一半,如果使用自动调零技术,零点偏置和零飘误差可以消除。 2、零点偏置是同时加在膜片两侧上的相同压力时传感器输出。 3、量程是输出端点之间的代数差。通常二端点是零和满刻度。 4、零点温度偏移是由温度变化引起的压力传感器零点变化。零点偏移不是可预测的误差,因为每一个器件可以向上或向下偏移,温度变化将引起整个输出曲线沿电压轴向上或向下偏移。 5、灵敏度温度偏移是由温度变化引起的压力传感器灵敏度变化,温度变化将引起传感器输出曲线的斜率变化。 6、线性误差是在期望压力范围传感器输出曲线与一标定直线的偏差,计算线性误差的一个方法是最小二乘方,它从数学上提供对数据点的最佳配合直线。另一方法是末端基点线性度(T.B.L.)或端点线性度。T.B.L.由在输出曲线上二端数据点之间画一直线(L1)决定。接着从线L1 作一垂线至输出曲线, 选择相交数据点以达到垂线的最大长度,垂线的长度代表末端基点线性误差。 7、比率变化量是指在其他条件保持恒定情况下传感器输出比例于电源电压,比率变化量误差是在这比率中的变化,通常表达为压力传感器量程的百分值。 8、重复性误差是在其他条件保持恒定情况下连续加上任何给定输入压力在输出读数中的偏差。 9、迟滞误差通常表达为机械迟滞和温度迟滞的组合误差。机械迟滞:指输出在某一个给定输入压力时(上升、下降不同过程)的传感器误差。 10、温度迟滞是在一温度循环以前和以后在确切输入压力下的输出偏离。 以上是试验仪器波高采集系统压力传感器的误差来源总结。
波高采集系统有32个传感器通道,可以连接不通型号的传感器。主要应用于水工河工物理模型波浪、港池、水槽等试验,能同时对多种试验仪器进行数据采集分析。那么波高采集系统的集成式智能传感器工作原理有哪些呢? 集成式智能传感器是指将多个功能相同或不同的敏感器件制作在同一个芯片上构成传感器阵列,主要有三个方面的含义:一是将多个功能完全相同的敏感单元集成制造在同一个芯片上,用来测量被测量的空间分布信息,例如压力传感器阵列或我们熟知的CCD器件。 二是指对不同类型的传感器进行集成,例如集成有压力、温度、湿度、流量、加速度、化学等敏感单元的传感器,能同时测到环境中的物理特性或化学参量,用来对环境进行监测。 集成化的第三层含义是指对多个结构相同、功能相近的敏感单元进行集成,例如将不同气敏传感元集成在一起组成“电子鼻”,利用各种敏感元对不同气体的交叉敏感效应,采用神经网络模式识别等先进数据处理技术,可以对混合气体的各种组分同时监测,得到混合气体的组成信息,同时提高气敏传感器的测量精度;这层含义上的集成还有一种情况是将不同量程的传感元集成在一起,可以根据待测量的大小在各个传感元之间切换,在保证测量精度的同时,扩大传感器的测量范围。
1、温度传感器DS18B20介绍 DALLAS公司单线数字温度传感器DS18B20是一种新的“一线器件”,它具有体积小、适用电压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55℃~+125℃,在-10℃~+85℃范围内,精度为±0.5℃;通过编程可实现9~12位的数字值读数方式;可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。每个DS18B20具有唯一的64位长序列号,存放于DS18B20内部ROM只读存储器中。 DS18B20温度传感器的内部存储器包括1个高速暂存RAM和1个非易失性的电可擦除E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节,前2字节为测得的温度信息,第1个字节为温度的低8位,第2个字节为温度的高8位。高8位中,前4位表示温度的正(全“0”)与负(全“1”);第3个字节和第4个字节为TH、TL的易失性拷贝;第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝,此三个字节内容在每次上电复位时被刷新;第6、7、8个字节用于内部计算;第9个字节为冗余检验字节。所以,读取温度信息字节中的内容,可以相应地转化为对应的温度值。表1列出了温度与温度字节间的对应关系。 2、系统硬件结构 系统分为现场温度数据采集和上位监控PC两部分。图1为系统的结构图。需要指出的是,下位机可以脱离上位PC机而独立工作。增加上位机的目的在于能够更方便地远离现场实现监控、管理。现场温度采集部分采用8051单片机作为中央处理器,在P1.0口挂接10个DS18B20传感器,对10个点的温度进行检测。非易失性RAM用作系统温度采集及运行参数等的缓冲区。上位PC机通过RS485通信接口与现场单片微处理器通信,对系统进行全面的管理和控制,可完成数据记录,打印报表等工作。 系统各模块分析如下: 2.1DS18B20与单片机的接口电路 DS18B20与8051单片机连接非常简单,只需将DS18B20信号线与单片机一位I/O线相连,且一位I/O线可连接多个DS18B20,以实现单点或多点温度测量。DS18B20可以通过2种方式供电:外加电源方式和寄生电源方式。前者需要外加电源,电源的正负极分别与DS18B20的VDD和GND相连接。后者采用寄生电源,将DS18B20的VDD与GND接在一起,当总线上出现高电平时,上拉电阻提供电源;当总线低电平时,内部电容供电。由于采用外加电源方式更能增强DS18B20的抗干扰性,故本设计采用这种方式。在实际应用中,传感器与单片机的距离往往在几十米到几百米,传输线的寄生电容对DS18B20的操作也有一定的影响,所以往往在接口的地方稍加改动,以增加芯片的驱动能力和减少传输线电容效应带来的影响,达到远距离传输的目的。 2.2键盘及显示 键盘通过编程设置可完成以下功能:对温度值进行标定,定时显示各路的温度值,单独显示某路的温度值,给每一路设定上下限报警值等。LED则可为用户提供直观的视觉信息。在工作现场,用户可通过6位LED的显示数据来确定系统的当前工作状态以及采样的温度值信息等。 2.3报警电路 当被测温度值超过预先设定的上下限时,报警电路作出响应,蜂鸣器发出响声,告知用户温度的异常。具体哪一个传感器温度值超限,可由软件查询各DS18B20内部告警标志而确定,继而调整该现场温度,以达到对温度波动的控制。 3、软件设计及流程 3.1下位机软件 系统下位测温部分软件采用MCS51汇编语言编写,主要完成对DS18B20的读写操作,实现实时数据的采集,并获取最终温度值送至单片机内存。但需要注意的是,由于DS18B20的单总线方式,数据的读写都占用同一根线,所以每一种操作都必须严格按照时序进行。图2为测温子系统流程图。单片机首先发送复位脉冲,该脉冲使信号线上所有的DS18B20芯片都被复位,接着发送ROM操作命令,使得序列号编码匹配的DS18B20被激活。被激活后的DS18B20进入接收内存访问命令状态,内存访问命令完成温度转换、读取等工作(单总线在ROM命令发送之前存储命令和控制命令不起作用)。 3.2上位机软件 系统上位机的软件采用VC++6.0编写。主要完成的功能包括:与下位单片微机的实时通信;模拟显示各采集点温度曲线;保存各测温点温度数据;统计各采集点平均温度值;打印各点温度统计报表等。 4、结论 本系统具有如下特点: a.结构简单,成本低廉,维护方便。 b.直接将温度数据进行编码,可以只使用单根电缆传输温度数据,通信方便,传输距离远且抗干扰性强。 c.配置灵活、方便、易于扩展。可扩展多路下位温度采集子系统,将它们通过RS485与上位PC机组网,形成多点温度采集网络。也可在各子系统中有选择性地增减温度传感器。 d.工作稳定,测温精度高。实验表明,在长达200m的一位总线上挂接24个DS18B20温度传感器,系统可正确地进行温度采集,分辨率为0.5℃。 e.适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。在大范围温度多点监控系统中具有十分诱人的应用前景。