Блок обработки входного сигнала

В блоке обработки входного сигнала осуществляется коррекция и цифровая фильтрация измеренных значений, а также вычисление дополнительных параметров.

Коррекция измерений (компенсация погрешности датчиков)

Для устранения начальной погрешности преобразования входных датчиков и погрешностей, вносимых соединительными проводами, измеренное значение может быть откорректировано. В большинстве приборов ОВЕН существует два типа коррекции, позволяющих осуществлять сдвиг или изменение наклона измерительной характеристики на заданную величину.

Пример для датчика ТСМ50, W100 = 1,426 ( = 0,00426).

К каждому вычисленному значению параметра прибавляется заданное пользователем значение.

Коррекция «сдвиг характеристики» используется для компенсации погрешностей, вносимых сопротивлениями подводящих проводов, и погрешностей, возникающих из-за разброса входных сопротивлений 1-го и 2-го каналов измерения (при использовании датчиков с выходным сигналом 0(4)...20 мА, 0...5 мА).

Пример для датчика ТСМ50, W100 = 1,426 ( = 0,00426).

Значение температуры умножается на заданный пользователем поправочный коэффициент в пределах 0,900…1,100.

Коррекция «наклон характеристики» используется для компенсации погрешностей датчиков (при отклонении значения W100 у термопреобразователей сопротивления) и погрешностей, возникающих из-за разброса входных сопротивлений различных каналов измерения (при использовании датчиков с унифицированными выходными сигналами).

Цифровая фильтрация измерений

Цифровая фильтрация входного сигнала уменьшает влияние случайных импульсных помех на показания. В большинстве измерителей-регуляторов ОВЕН предусмотрена двухступенчатая фильтрация: «полосовая», устраняющая значительные единичные помехи, и «сглаживающая», снижающая действие небольших высокочастотных помех.

Первая ступень фильтрации описывается параметром «полоса фильтра», вторая — параметром «глубина фильтра» или «постоянная времени фильтра».

Параметр «полоса фильтра» позволяет защитить измерительный тракт от единичных помех. Полоса фильтра задается в единицах измеряемой величины. Если показание отличается от предыдущего измеренного значения более чем на величину, установленную в этом параметре, то оно игнорируется, и прибором производится повторное измерение. На цифровом индикаторе остается значение предыдущего измерения.

Как видно из рисунка, малая ширина полосы фильтра приводит к замедлению реакции прибора на быстрое изменение входной величины. Поэтому при низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение параметра или отключить действие фильтра. В случае работы в условиях сильных помех для устранения их влияния на работу прибора необходимо уменьшить значение параметра. При этом возможно ухудшение быстродействия прибора из-за повторных измерений.

Параметр «глубина фильтра» позволяет добиться более плавного изменения показаний прибора. В этом параметре задается количество N последних измерений, из значений которых прибор вычисляет среднее арифметическое. Полученная величина используется прибором в дальнейшей работе.

Вид переходных характеристик фильтра для разных значений N показан на рисунке. Уменьшение значения глубины фильтра приводит к более быстрой реакции прибора на скачкообразные изменения контролируемой величины, но снижает помехозащищенность прибора. Увеличение значения приводит к улучшению помехозащищенности, но вместе с этим повышает инерционность прибора.

Параметр «постоянная времени фильтра» τФ позволяет осуществлять экспоненциальное сглаживание. Постоянной времени фильтра называют интервал, в течение которого выходной сигнал достигает 0,63 от величины окончательного значения (100 °С).

На рисунке показана реакция фильтра на единичный скачок температуры при различных τФ. Большое значение постоянной времени фильтра приводит к замедлению реакции прибора на изменение входной величины, но помехи значительно подавлены (кривая I). Малые значения постоянной времени фильтра позволяют довольно точно отслеживать изменения входной величины, но уровень помех практически не уменьшается (кривая II).

Вычисление дополнительных величин

В ряде измерителей-регуляторов ОВЕН предусмотрена возможность вычисления дополнительных величин (помимо измеряемых) и их поддержания.

Например, ТРМ1 есть вычислитель разности входных сигналов. Значение разности прибор может регулировать. Наиболее часто эта возможность применяется для регулирования влажности: прибор поддерживает значение разности температур, установленное по психрометрической таблице в соответствии с необходимым значением влажности.

МПР51 имеет вычислитель влажности с заложенными значениями психрометрической таблицы, что позволяет поддерживать непосредственно влажность.

2ТРМ1 имеет вычислитель квадратного корня (при работе с унифицированными аналоговыми сигналами), который может преобразовывать квадратичную характеристику дифманометра в линейную.

Приборы ТРМ151 и ТРМ148 могут вычислять целый ряд функций от величин, измеренных на входах:

относительную влажность психрометрическим методом;

квадратный корень из измеренной величины;

разность измеренных величин;

среднее арифметическое измеренных величин;

минимальное и максимальное значения измеренных величин;

взвешенную сумму и частное измеренных величин.