测量数据处理技术.
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引言：
在计算机控制系统中，数据采集是最基本的一 种模式。一般是通过传感器、变送器把生产过程的 各种物理参数转换成电信号，然后经A/D通道或DI 通道，把数字量送入计算机中。计算机在对这些数 字量进行显示和控制之前，还必须根据需要进行相 应的数据处理。 数据处理离不开数值计算，而最基本的数值计 算为四则运算。由于控制系统中遇到的现场环境不 同，采集的数据种类与数值范围不同，精度要求也 不一样，各种数据的输入方法及表示方法也各不相 同。因此，为了满足不同系统的需要，设计出了许 多有效的数据处理技术方法，如查表，数字滤波， 标度变换，越限报警等。
为了实现安全生产，在计算机测控系统中，对 于重要的参数和部位，都设置紧急状态报警系 统，以便及时提醒操作人员注意或采取应急措 施，使生产继续进行或在确保人身设备安全的 前提下终止生产。其方法就是把计算机的采集 数据在进行数据处理、数字滤波、标度变换之 后，与该参数的设定上限、下限值进行比较， 如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否 则就作为采样的正常值，进行显示和控制。
。 0~1200 C
0~48mV 放大
0~5V A/D
00~FFH CPU
。 0~1200 C 显示
标度变换原理图
图 8-11 标度变换原理图
这个标度变换的过程是由算法软件程序来完成的，标度变 换有各种不同的算法，它取决于被测参数的工程量与转换 后的无量纲数字量之间的函数关系。一般而言，输入通道 中的放大器、A/D转换器基本上是线性的，因此，传感器 的输入输出特性就大体上决定了。这个函数关系的不同表 达形式，也就决定了不同的标度变换方法。 主要方法有：线性变换、非线性变换。
205 Ax Am A0 ) A0 200 ) 200 = 682℃ Nm 255
Nx
例：某压力测量系统中, 压力测量仪表的量程为400～ 1200Pa,采用8位A/D,设某采样周期计算机中经采样及数字 滤波后的数字量为ABH,求此时的压力值。
解：A0=400Pa, Aｍ＝1200Pa,Nx=ABH=171， Nm=FF=255D，N0=0 则：
Q K P
式中：Q —— 流体流量； K —— 刻度系数，与流体的性质及节流装 置的尺寸有关； P —— 节流装置前后的差压。
(4-17)
可见，流体的流量与被测流体流过节流装置前后 产生的压力差的平方根成正比，于是得到测量流 量时的标度变换公式为
Qx (Qm Q0 ) N x N0 Nm N0 Q0
4.8 标度变换程序 生产中的各种参数都有着不同的 量纲和数值，但在计算机控制系统 的采集、A/D转换过程中已变为无 量纲的数据，当系统在进行显示、 记录、打印和报警等操作时，必须 把这些测得的数据还原为相应量纲 的物理量，这就需要进行标度变换。
标度变换的任务是把计算机系统检测的对象参 数的二进制数值还原变换为原物理量的工程实 际值。如图为标度变换原理图，这是一个温度 测控系统，某种热电偶传感器把现场中的温度 0 ~1200℃转变为0.48mV信号，经输入通道中 的运算放大器放大到0.5V，再由8位A/D转换成 00~FFH的数字量，这一系列的转换过程是由 输入通道的硬件电路完成的。CPU 读入该数字 信号在送到显示器进行显示以前，必须把这一 无量纲的二进制数值再还原变换成原量纲为℃ 的温度信号。比如，最小值00H应变换对应为 0℃、最大值FFH应变换对应为1200℃。
(4-18)
wenku.baidu.com
式中：Q0 Qm Qx N0 Nm Nx 量。
—— 差压流量仪表的下限值； —— 差压流量仪表的上限值； —— 被测液体的流量测量值； —— 差压流量仪表下限所对应的数字量； —— 差压流量仪表上限所对应的数字量； —— 差压流量仪表测得差压值所对应的数字
(4-15)
0，此时进一步简
在很多测量系统中，仪表下限值A0= 化为：
Am Nx Nm
Ax
(4-16)
例：某加热炉温度测量仪表的量程为200 ~ 800℃，在某一时刻计算机系统采样并经数字滤 波后的数字量为CDH，求此时的温度值是多少？ (设该仪表的量程是线性的)。 解：根据式(6-10)已知，A0 = 200℃, Am = 800℃，Nx = CDH = (205)D，Nm = FFH = (255)D。所以此时的温度为
A0
Nx N0 Nm N0
4-14
式中： A0 —— 一次测量仪表的下限 （测量范围最小值）； Am —— 一次测量仪表的上限（测量范 围最大值）； Ax —— 实际测量值(工程量)； N0 —— 仪表下限所对应的数字量； Nm —— 仪表上限所对应的数字量； Nx —— 实际测量值所对应的数字量。
式(4-14)为线性标度变换的通用公式，其中A0，Am，N0， Nm对某一个具体的被测参数与输入通道来说都是常数， 不同的参数有着不同的值。为使程序设计简单，一般把一 次测量仪表的下限A0所对应的A/D转换值置为0，即 N0 = 0。这样式(4-14)可写成
Ax Am A0 ) Nx Nm A0
Nx A x (A m A 0 ) A0 Nm 171 (1200- 400) 400 255 936P a
二．非线性参数标度变换
如果传感器的输出信号与被测参数之间呈非线性关 系时，上面的线性变换式均不适用，需要建立新的 标度变换公式。由于非线性参数的变化规律各不相 同，故应根据不同的情况建立不同的非线性变换式， 但前提是它们的函数关系可用解析式来表示。 例如，在差压法测流量中，流量与差压间的关系为:
一．线性参数标度变换
线性标度变换是最常用的标度变换方式，其前提 条件是传感器的输出信号与被测参数之间呈线性 关系，如图所示。
工程量 Am Ax A0 N0 图 Nx Nm 数字量
8-12 线性关系的标度变换 线性关系的标度变换
数字量Nx对应的工程量Ax
Ax ( Am A0 )
的线性标度变换公式为：
在计算机控制系统中，数据采集是最基本的一 种模式。一般是通过传感器、变送器把生产过程的 各种物理参数转换成电信号，然后经A/D通道或DI 通道，把数字量送入计算机中。计算机在对这些数 字量进行显示和控制之前，还必须根据需要进行相 应的数据处理。 数据处理离不开数值计算，而最基本的数值计 算为四则运算。由于控制系统中遇到的现场环境不 同，采集的数据种类与数值范围不同，精度要求也 不一样，各种数据的输入方法及表示方法也各不相 同。因此，为了满足不同系统的需要，设计出了许 多有效的数据处理技术方法，如查表，数字滤波， 标度变换，越限报警等。
为了实现安全生产，在计算机测控系统中，对 于重要的参数和部位，都设置紧急状态报警系 统，以便及时提醒操作人员注意或采取应急措 施，使生产继续进行或在确保人身设备安全的 前提下终止生产。其方法就是把计算机的采集 数据在进行数据处理、数字滤波、标度变换之 后，与该参数的设定上限、下限值进行比较， 如果高于上限值或低于下限值则进行报警，否 则就作为采样的正常值，进行显示和控制。
。 0~1200 C
0~48mV 放大
0~5V A/D
00~FFH CPU
。 0~1200 C 显示
标度变换原理图
图 8-11 标度变换原理图
这个标度变换的过程是由算法软件程序来完成的，标度变 换有各种不同的算法，它取决于被测参数的工程量与转换 后的无量纲数字量之间的函数关系。一般而言，输入通道 中的放大器、A/D转换器基本上是线性的，因此，传感器 的输入输出特性就大体上决定了。这个函数关系的不同表 达形式，也就决定了不同的标度变换方法。 主要方法有：线性变换、非线性变换。
205 Ax Am A0 ) A0 200 ) 200 = 682℃ Nm 255
Nx
例：某压力测量系统中, 压力测量仪表的量程为400～ 1200Pa,采用8位A/D,设某采样周期计算机中经采样及数字 滤波后的数字量为ABH,求此时的压力值。
解：A0=400Pa, Aｍ＝1200Pa,Nx=ABH=171， Nm=FF=255D，N0=0 则：
Q K P
式中：Q —— 流体流量； K —— 刻度系数，与流体的性质及节流装 置的尺寸有关； P —— 节流装置前后的差压。
(4-17)
可见，流体的流量与被测流体流过节流装置前后 产生的压力差的平方根成正比，于是得到测量流 量时的标度变换公式为
Qx (Qm Q0 ) N x N0 Nm N0 Q0
4.8 标度变换程序 生产中的各种参数都有着不同的 量纲和数值，但在计算机控制系统 的采集、A/D转换过程中已变为无 量纲的数据，当系统在进行显示、 记录、打印和报警等操作时，必须 把这些测得的数据还原为相应量纲 的物理量，这就需要进行标度变换。
标度变换的任务是把计算机系统检测的对象参 数的二进制数值还原变换为原物理量的工程实 际值。如图为标度变换原理图，这是一个温度 测控系统，某种热电偶传感器把现场中的温度 0 ~1200℃转变为0.48mV信号，经输入通道中 的运算放大器放大到0.5V，再由8位A/D转换成 00~FFH的数字量，这一系列的转换过程是由 输入通道的硬件电路完成的。CPU 读入该数字 信号在送到显示器进行显示以前，必须把这一 无量纲的二进制数值再还原变换成原量纲为℃ 的温度信号。比如，最小值00H应变换对应为 0℃、最大值FFH应变换对应为1200℃。
(4-18)
wenku.baidu.com
式中：Q0 Qm Qx N0 Nm Nx 量。
—— 差压流量仪表的下限值； —— 差压流量仪表的上限值； —— 被测液体的流量测量值； —— 差压流量仪表下限所对应的数字量； —— 差压流量仪表上限所对应的数字量； —— 差压流量仪表测得差压值所对应的数字
(4-15)
0，此时进一步简
在很多测量系统中，仪表下限值A0= 化为：
Am Nx Nm
Ax
(4-16)
例：某加热炉温度测量仪表的量程为200 ~ 800℃，在某一时刻计算机系统采样并经数字滤 波后的数字量为CDH，求此时的温度值是多少？ (设该仪表的量程是线性的)。 解：根据式(6-10)已知，A0 = 200℃, Am = 800℃，Nx = CDH = (205)D，Nm = FFH = (255)D。所以此时的温度为
A0
Nx N0 Nm N0
4-14
式中： A0 —— 一次测量仪表的下限 （测量范围最小值）； Am —— 一次测量仪表的上限（测量范 围最大值）； Ax —— 实际测量值(工程量)； N0 —— 仪表下限所对应的数字量； Nm —— 仪表上限所对应的数字量； Nx —— 实际测量值所对应的数字量。
式(4-14)为线性标度变换的通用公式，其中A0，Am，N0， Nm对某一个具体的被测参数与输入通道来说都是常数， 不同的参数有着不同的值。为使程序设计简单，一般把一 次测量仪表的下限A0所对应的A/D转换值置为0，即 N0 = 0。这样式(4-14)可写成
Ax Am A0 ) Nx Nm A0
Nx A x (A m A 0 ) A0 Nm 171 (1200- 400) 400 255 936P a
二．非线性参数标度变换
如果传感器的输出信号与被测参数之间呈非线性关 系时，上面的线性变换式均不适用，需要建立新的 标度变换公式。由于非线性参数的变化规律各不相 同，故应根据不同的情况建立不同的非线性变换式， 但前提是它们的函数关系可用解析式来表示。 例如，在差压法测流量中，流量与差压间的关系为:
一．线性参数标度变换
线性标度变换是最常用的标度变换方式，其前提 条件是传感器的输出信号与被测参数之间呈线性 关系，如图所示。
工程量 Am Ax A0 N0 图 Nx Nm 数字量
8-12 线性关系的标度变换 线性关系的标度变换
数字量Nx对应的工程量Ax
Ax ( Am A0 )
的线性标度变换公式为：