專利名稱：用于確定自動化技術(shù)的傳感器的輸出值的方法
用于確定自動化技術(shù)的傳感器的輸出值的方法
背景技術(shù)：
在自動化技術(shù)中經(jīng)常使用具有非線性測量變換器特征曲線的傳感 器。在這種情況中，測量變換器的測量信號非線性地依賴于待測過程 變量，例如壓力或溫度等。為了獲得傳感器的線性輸出信號，例如對
于4-20mA電流回路，必須處理測量信號。這個處理是借助于線性化曲 線實現(xiàn)的，其通常通過多個輔助點給定。由于在操作中需要線性化曲 線的其它點，所以需要相應(yīng)的近似。
一種非常簡單的近似方法是線性內(nèi)插。在這種情況中，輔助點通
過直線段連接在一起。然而，當(dāng)輔助點彼此較遠(yuǎn)時，這種內(nèi)插對于現(xiàn) 代傳感器的精度需求是不足夠的。用于獲得線性化曲線的更好的方法 是多項式近似或樣條近似。
然而，這些近似方法需要非常高的計算花費。而自動化技術(shù)的傳 感器中的計算能力非常有限，特別是在傳感器經(jīng)由通信連接供電(即， 所謂的2線制設(shè)備)的情況中。Endress + Hauser公司生成并銷售大量這 種傳感器。
這些近似方法的進(jìn)一步的缺點在于，確定的曲線并不精確通過預(yù) 先給定的輔助點。由此不能實現(xiàn)線性化曲線精確處于輔助點。另外， 在多項式近似的情況中，會出現(xiàn)導(dǎo)致不精確的所謂的"過振蕩"。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于確定自動化技術(shù)的傳感器的輸出值 的方法，其不具有上述缺點，特別是提供一種無需很大計算花費的方 法，其精確處于輔助點并且盡可能地精確。
這個目的通過權(quán)利要求l給出的以下方法實現(xiàn)-
用于確定自動化技術(shù)的傳感器的輸出值的方法，該傳感器具有非 線性特征曲線，該特征曲線描述傳感器的輸入量和輸出量之間的函數(shù)
關(guān)系，其中該特征曲線是在由點Pl Pn構(gòu)成的點集SP上逐點給定的， 并且產(chǎn)生特征曲線K的擴(kuò)展的點集SP'，其中具有附加的輔助點Hj，
其中輔助點Hj是根據(jù)以下算法通過點集SP的四個相鄰點P,w、 Pi+2、
P1+3、 Pi+4獲得的
A. 確定三個線段gl =Pi+1 Pi+2、 82 = &+2 1+3和83 = &+3&+4的斜 率ml、 m2、 m3;
B. 計算第一輔助線hl的斜率mpi+廣(ml+m2)/2;
C. 計算第二輔助線h2的斜率mpi+3 = (m2+m3)/2;
D. 確定兩條輔助線hl和h2的交點S，其中兩條輔助線hl、 h2分
別經(jīng)過點Pi+2、 P1+3;
E. 將交點S作為擴(kuò)展的點集SP'中的輔助點Hj。
為了從輸入量的值確定輸出量的值，利用特征曲線K的擴(kuò)展點集 SP'的至少兩個點執(zhí)行內(nèi)插。
從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的具有優(yōu)點的進(jìn)一步發(fā)展。
本發(fā)明的基本思想在于這樣構(gòu)造輔助點，使得在輔助點Hj的斜率 變化Amj總是恰好為線段在兩個相鄰點Pi+2、 Pi+3的斜率變化之和的四分 之一，即，
附2 — ml m3 — m2
-+-


現(xiàn)在根據(jù)附圖中給出的實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中:
圖l示意表示自動化技術(shù)的傳感器； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的輔助點的構(gòu)成；和 圖3是傳感器的非線性特征曲線。
具體實施例方式
圖l詳細(xì)顯示了自動化技術(shù)的傳感器S的框圖。用于處理測量值的
微處理器iuP經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D和放大器V與測量變換器MA相連，該 測量變換器檢測過程變量(例如，壓力、流量或料位)。微處理器/xP 與多個存儲器相連。存儲器VM用作暫時的(易失性)工作存儲器RAM。 在程序存儲器PS中存儲要在微處理器/iP中執(zhí)行的軟件或軟件元件。
在非易失性的可寫數(shù)據(jù)存儲器NVM (例如，EEPROM存儲器)中 存儲參數(shù)值(例如標(biāo)定數(shù)據(jù)等)。
在微處理器MP中運行的程序(固件)定義了現(xiàn)場設(shè)備的與應(yīng)用相 關(guān)的功能(測量值計算、包絡(luò)線分析、測量值線性化、診斷任務(wù))。
另外，微處理器/xP與顯示服務(wù)單元A/B (例如，具有多個按鈕的 LCD顯示器)相連，通過該顯示服務(wù)單元用戶可以手動操作現(xiàn)場設(shè)備 并且測量值、包絡(luò)線或參數(shù)值能夠得以顯示。
同樣與微處理器MP相連的監(jiān)控單元WD(看門狗)監(jiān)控微處理器MP 的功能。如果由于系統(tǒng)故障而發(fā)生程序中斷，那么監(jiān)控單元WD觸發(fā)程
序重啟。
通過通信接口COM，微處理器MP與外部接口FBS相連。這用于將 傳感器S連接至通信連接(例如，4-20 mA電流回路)?；蛘?，通信連 接還可以是現(xiàn)場總線系統(tǒng)，例如，Profibus或Foundation Fieldbus或HART連接。
通過通信連接而由電源NT向傳感器供電(2線制設(shè)備)?；蛘撸?也可以分離地供電(4線制設(shè)備)。
圖2在xy坐標(biāo)圖上繪出非線性特征曲線K的若干點Pu、Pi2、Pi3和Pi4。 這些點之間的相應(yīng)直線段被標(biāo)注為gl、 g2和g3。在第一方法步驟A中， 確定直線gl、 g2、 g3的斜率ml、 m2、 m3。
然后，在方法步驟B和C中，計算兩條輔助線hl和h2的斜率mp,+2 = (ml+m2)/2和mpi+3 = (m2+m3)/2。
在方法步驟D中，確定兩條輔助線hl和h2的交點S。輔助線hl和h2 分別經(jīng)過點Pi+2、 P1+3。
在方法步驟E中，將交點S作為擴(kuò)展的點集SP'中新的輔助點H" 兩條輔助線hi和h2在點Hj的斜率變換Amj為Amj =
2 + 2 —即，直線段在點&+2、 Pi+3處的斜率改變的四分之一。 2
這個方法可以由相應(yīng)計算機(jī)程序非?？焖偾胰菀椎貓?zhí)行。僅使用 線性等式，從而計算機(jī)程序僅需要微處理器/xP的很少的資源。
通過重復(fù)執(zhí)行本方法，可以任意精確地近似非線性特征曲線K。在 這種情況中，點集SP每次都由新獲得的輔助點Hj擴(kuò)展。
圖3顯示了利用本發(fā)明的方法獲得的非線性特征曲線K。附加獲得 的點以小圓圈顯示。
如果非線性特征曲線K的點被足夠密集地確定，則特征曲線的兩個 點之間的線性內(nèi)插足以以足夠的精度確定與輸入值相關(guān)聯(lián)的輸出值。 本發(fā)明的方法特別適合具有4-20mA測量值輸出的傳感器。自然， 本發(fā)明不限于模擬傳感器，而是同樣適用于具有數(shù)字輸出的傳感器或 者通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)傳輸測量值的傳感器。
本方法特別適用于溫度傳感器、壓力傳感器或質(zhì)量流量計。
特征曲線K可以是線性化曲線。本發(fā)明還適用于標(biāo)定曲線的近似， 該標(biāo)定曲線同樣是逐點給定的。
權(quán)利要求
1.用于確定自動化技術(shù)的傳感器的輸出值的方法，該傳感器具有非線性特征曲線，該特征曲線描述傳感器的輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系，其中該特征曲線是在由點P1～Pn(標(biāo)定點)構(gòu)成的點集SP上逐點給定的，并且產(chǎn)生特征曲線K的擴(kuò)展的點集SP’，該擴(kuò)展的點集具有附加的輔助點Hj，其中輔助點Hj是根據(jù)以下算法通過點集SP的四個相鄰點Pi+1、Pi+2、Pi+3、Pi+4獲得的A.確定三個線段g1＝Pi+1Pi+2、g2＝Pi+2Pi+3和g3＝Pi+3Pi+4的斜率m1、m2、m3；B.計算第一輔助線h1的斜率mPi+2＝(m1+m2)/2；C.計算第二輔助線h2的斜率mPi+3＝(m2+m3)/2；D.確定兩條輔助線h1和h2的交點S，其中兩條輔助線h1、h2分別經(jīng)過點Pi+2、Pi+3；E.將交點S作為擴(kuò)展的點集SP’中的輔助點Hj；并且通過特征曲線K的擴(kuò)展的點集SP’的至少兩個點的內(nèi)插，從輸入量的值確定輸出量的值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中擴(kuò)展的點集SP'用作具有點 Pl-Pn'的點集SP，并且重復(fù)應(yīng)用上述算法。
3. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中輸出量的值是通過特 征曲線的與輸入量的值相鄰的點之間的線性內(nèi)插而獲得的。
4. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中輸出量被模擬地作為 4-20 mA信號而傳輸或者被數(shù)字地傳輸。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中傳感器是溫度傳感器、 壓力傳感器或質(zhì)量流量計。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中特征曲線是線性化曲 線或標(biāo)定曲線。
全文摘要
用于確定自動化技術(shù)的傳感器的輸出值的方法，該傳感器具有逐點給定的非線性特征曲線K，在該方法中附加根據(jù)簡單的算法產(chǎn)生輔助點H_j。通過特征曲線的至少兩個點的內(nèi)插，由輸入值獲得輸出值。
文檔編號G01D18/00GK101351793SQ200680050170
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者沃爾特·博斯特 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司