液位變送器MPM486長城送變變送器引言 近年來，傳統意義下的傳感器以其本身的特點在控制領域發揮著巨大的作用。但隨著計算機技術的飛速發展，要求儀器儀表能自動實現多種功能，而且總線控制要求傳統傳感器具有自校正、自診斷、自補償功能。這樣，應用單片機對傳統的傳感器進行適當的控制，便可以達到上述要求。對于變送器，也就是使得傳感器的輸出信號標準化，上通用標準為電流4～20mA輸出。本課題在變送器的基礎上，應用單片機對其進行控制，便能達到自校正、自診斷、自補償的能力。隨著微電子技術的發展，傳感器特別是壓力傳感器和溫度傳感器的精度已經趨于穩定。目前發展較快的總線技術本質上也要求變送器（或傳感器）具有良好的可靠性和更高的精度。國外的一些公司（如HONEYWELL、ROSEMOUNT等）已推出智能型變送器，而我國在這方面基本上屬于空白，所需產品必須進口，因此自行研制智能型變送器具有重要的理論和實際意義。 2 理論基礎 本課題的采樣由差壓傳感器和溫度傳感器完 成。液位變送器MPM486長城送變變送器

通常傳感器存在交叉靈敏度[1] ,表現在傳感器的輸出值不單決定于一個參量，當其他參量變化時，輸出值也要發生變化。例如一個壓力（差）傳感器，當壓力（差）參量恒定而溫度或靜壓參量變化時，其輸出值也發生改變，那么這個壓力（差）傳感 器就存在有對溫度或對靜壓參量的交叉靈敏度。存在交叉靈敏度的傳感器，其性能不穩定，測量精 度低。多傳感器的信息融合技術[2] 就是通過對多個參數的監測并采用一定的信息處理方法達到提高每一個參量測量精度的目的。本文僅討論二傳感器信息融合原理。 二傳感器可測量兩個參量，得到兩個參量的信息。兩個信息的融合算法可以有多種，曲面擬合算法是基本之一，也就是二維回歸分析法。下面討論曲面擬合法基本原理。 已知壓力傳感器輸出值電壓UP,且存在溫度靈敏度。因此只對壓力傳感器進行一維標定實驗。若由獲得的輸入（壓力P）輸出（電壓UP）特性曲線來求取被測壓力值會有較大誤差（因為被測量P不是輸出值UP的一元函數）。而另一溫度傳感器輸出電壓Ut代表溫度信息t;則壓力參量P可用UP及Ut二元函數來表示才較完備，即    P=f（UP,Ut） （1）同理，我們也可以將壓力傳感器輸出電壓Up 描述為壓力參量P和溫度傳感器輸出Ut的二元函數，即    Up=g（p,Ut） （2）此時可利用二次曲面擬合方程，即二維回歸方程來描述：   P=Α0+Α1Up+Α2Ut+Α3Up2 + Α4UpUt+Α5Ut2 +Ε1 （3）  Up=Α0’+Α1’P+Α2’Ut+Λ3’P2 +  8儀器儀表與裝置 Ξ 基金項目：省教委科研資助項目（98JL181號） 收稿日期：2000209228（磁盤稿） ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www。。ｃｎki。。ｎｅｔ Α4’P2Ut+Α5’Ut2 +Ε 2（4）式中Α0～Α5、Α0’～Α5’為常系數；Ν1,Ν2為高階無窮小。 如果式（1）和（2）中的各個常系數已知，那么用于檢測P和輸出UP的二元輸入輸出特性即曲面擬合方程（1）及（2）式就確定了。當采集到二傳感器的輸出值UP及Ut時，代入式（1）中就可以計算得到傳感器的被測參量P。為此，首先要進行二維標定實驗，然后根據標定的輸入、輸出值由zui小二乘法原理確定常系數。 MPM316W、MPM388、MPM416W、MPM480、MPM4730、MPM4760、MPM489、MPM482、MPM4120、MPM483、MPM486、MPM484、MPM460、MPM484A/ZL、MPM4530、MPM4528、MPM489B、MDM3051GP、MDM3051AP、MDM3051GP/DP、MDM4951GP、MDM4951AP、MPM380、MDM390、MPM490、MPM486、MSB9418、MSB9438、MPM4700（1）實驗標定 在壓力傳感器的量程范圍內確定n個壓力標定點（設n=6），在工作溫度范圍內確定m個溫度標度點（設m=5）。液位變送器MPM486長城送變變送器于是由壓力P和溫度t標準值發生器產生在各個標定點的標準輸入值為： pi:p1,p2,p3……pntj:t1,t2,t3,……tm 對應于上述各個標定點的標準輸入值讀取相應的輸出值UPi及Utj,這樣，我們在m個不同溫度狀態對壓力傳感器進行靜態標定，獲得了對應m個不同溫度狀態的m條輸入輸出特性，即P-Up特性簇，如圖1（a）所示。同樣我們也可獲得對應于不同壓力狀態的溫度傳感器的n條輸入輸出特性（t～Ut），即t-Ut特性簇，如圖1（b）所示。   （2）二次曲面擬合方程待定常數的確定 為確定式（1）和（2）所表征的二次曲面擬合方 程式的常系數，通常根據zui小二乘法原理，求得的 系數滿足均方誤差zui小條件。智能型壓力變送器數據融合技術中的系數Α0～Α5由單片機控制輸出。 3 硬件設計 [3] 智能型壓力變送器由壓力、靜壓和溫度傳感器組成前端電路；經多路轉換開關與AD轉換開關相連；采用8031單片機，它有16位高速微控制器，運算功能強，接口簡單等優點；外部接有E2 PROM和RAM存儲空間、 鎖存器及顯示器和打印機。單片機對信號進行處理，然后送入DA轉換器，并經過VI轉換電路輸出標準電流。系統硬件結構框圖見圖2所示。 4 軟件設計 本系統開發3個軟件：其中主程序用來控制整個系統的工作；數據融合技術流程圖用來確定常系數Α0～Α5、Α 0’～Α5’等及運算輸出；第三個軟件系統是智能型變送器非線性校正（標度變換）子程序。 5 測試結果 經模擬實驗及智能型變送器數據融合技術的軟件處理，得出實驗標定數如表1所示。 由表1可見：壓力輸出信號UP隨工作溫度的升高而減小，在工作溫度-10℃至50℃范圍內，在壓力值為2500Pa輸入時，輸出值隨溫度變化的zui大改變量為Umax。綜上所述，智能壓力變送器雖然采用傳感器采樣信號，由于采用多傳感器的融合技術和單片機的控制和處理，使得傳感器的交叉靈敏度非常小，自行研制的智能型壓力變送器的測量精度較高，基本上符合該儀器的主要性能指標，性能穩定，運行可靠，其在石油、化工冶金、電力、輕工等行業得到廣泛應用。