CN102043093B

CN102043093B - 测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法

Info

Publication number: CN102043093B
Application number: CN 201010186731
Authority: CN
Inventors: 詹纯新; 刘权; 黎鑫溢; 郭纪梅; 奉松生
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: EP2579052A1; CN102043093A; EP2579052A4; WO2011147273A1

Abstract

本发明提供一种测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法，以便提高测量和控制被测物理对象的精度，该方法包括：使输入到电流型模数转换器的电流信号保持恒定；获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第一数字量AD₀；将精度高于所述电流型模数转换器的转换电阻R_z的精度的电阻R_j与所述转换电阻R_z并联；再次获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第二数字量AD₁；根据下式得到所述转换电阻R_z的阻值：

其中，R₁为得到的所述转换电阻R₂的阻值，R₂为精度高于所述转换电阻R_z的精度的电阻R_j的阻值。

Description

测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法

技术领域

本发明涉及电流型模数转换器领域，尤其涉及测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法。

背景技术

通常，为了实现对被测物理对象(例如，转角传感器所检测到的转动角度)的检测或控制，需要用传感器将反映被测物理对象变化的模拟电流或电压信号输出到模数转换器，并由模数转换器将该模拟信号转换为计算机或PLC可以识别并处理的数字信号。由于电流信号不能直接进行模数转换，因此必须先将电流信号转换成电压信号，然后才能进行模数转换。这就需要用到转换电阻，其将输入到模数转换器的电流信号转换成电压信号。

由于转换电阻的阻值精度总是存在一定的偏差，所以在基于电流型模数转换器转换后的数字量来计算对应的输入模拟电流信号值时，其准确性直接受到转换电阻阻值精度的制约。例如，将传感器输出的4-20mA的电流信号通过阻值为250Ω的转换电阻转换成1-5V的电压信号，然后对该电压信号进行模数转换，以将电流信号转换成范围为13107-65535的数字量(采用16位模数转换器的情况)。若转换电阻的阻值精度为2％，则转换电阻的阻值为250±5Ω。但由于操作者在从模数转换得到的数字量来计算对应的输入模拟电流信号值时，认为转换电阻的阻值是准确的250Ω(实际上，具有±5Ω的偏差)，即认为数字量65535对应的输入电流信号为5V/250Ω＝20mA，但因阻值偏差实际的输入电流信号应为5V/255Ω＝19.6mA～5V/245Ω＝20.4mA，即由2％的阻值偏差导致计算出的电流值也存在2％的偏差，从而导致电流值所反映的被测物理对象的值出现偏差。

现有技术通常采用式(1)以通过转换后的数字量得出被测物理对象的实际量值：

V = \frac{V_{\max} - V_{\min}}{{AD}_{\max} - {AD}_{\min}} (AD - {AD}_{\max}) + V_{\max} - - - (1)

其中，V为被测物理对象的当前实际量值，V_max为被测物理对象实际量值的最大值，V_min为被测物理对象实际量值的最小值，AD为模数转换后的数字量值，AD_max为V_max对应的模数转换后的数字量值，AD_min为V_min对应的模数转换后的数字量值。

式(1)实际上是对模数转换器进行校准，而且该方法需要事先精确知道被测物理对象的实际量值可能出现的最大值V_max和最小值V_min，因为采用量具测量得到的V_max和V_min的精度在很大程度上决定了式(1)计算结果的精度。为了达到较高的精度，需要采用专用量具例如可精确测量并显示精度到0.1°的电子角度仪，来测量最大值V_max和最小值V_min，而对于某些不便直接测量的物理对象的值，如转角角度值等，实际中仅用普通量具往往难以获得V_max和V_min的精确值，这使得对被测物理对象的测量或控制难以达到较高的精度，从而制约了控制效果。

发明内容

本发明针对现有技术中在对被测物理对象进行检测或控制时需要利用专用量具来获得被测物理对象的实际量值可能出现的最大值和最小值的缺陷，提供了一种简单易行的测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法，以便提高测量和控制被测物理对象的精度。

一种测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法，该方法包括：

1)使输入到电流型模数转换器的电流信号保持恒定；

2)获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第一数字量AD₀；

3)将精度高于所述电流型模数转换器的转换电阻R_z的精度的电阻R_j与所述转换电阻R_z并联；

4)再次获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第二数字量AD₁；

5)根据下式得到所述转换电阻R_z的阻值：

R_{1} = \frac{{AD}_{0} - {AD}_{1}}{{AD}_{1}} * R_{2}

其中，R₁为得到的所述转换电阻R_z的阻值，R₂为精度高于所述转换电阻R_z的精度的电阻R_j的阻值。

通过采用所述的测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法，由于最终得到的转换电阻的阻值精度由模数转换器的转换精度和精度高于转换电阻的精度的电阻的精度共同决定，而后两种精度都优于转换电阻的标称阻值精度，所以本发明提供的方法能够简单易行地提高转换电阻的阻值精度，进而在测量和控制被测物理对象时测量和控制的精度也提高了。而且本发明并不需要专用量具来获得被测物理对象的实际量可能出现的最大值和最小值，所以能够简单易行地对被测物理对象进行测量和控制。

附图说明

图1为本发明测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法的流程图。

具体实施方式

本发明针对现有技术中在对被测物理对象进行检测或控制时需要利用专用量具来获得被测物理对象的实际量值可能出现的最大值和最小值的缺陷，提供了一种简单易行的测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法，以便提高测量和控制被测物理对象的精度。如图1所示，该方法包括：

S11、使输入到电流型模数转换器的电流信号保持恒定；

S12、获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第一数字量AD₀；

S13、将精度高于所述电流型模数转换器的转换电阻R_z的精度的电阻R_j与所述转换电阻R_z并联；

S14、再次获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第二数字量AD₁；

S15、根据下式得到所述转换电阻R_z的阻值：

R_{1} = \frac{{AD}_{0} - {AD}_{1}}{{AD}_{1}} * R_{2} - - - (2)

另外，步骤S11至S14是在环境温度保持恒定的情况下执行的。

步骤S13之前，该方法还包括：将所述电流型模数转换器断电。此外，电阻R_j的阻值可与转换电阻R_z的标称阻值相接近或相等，例如转换电阻R_z为220欧，电阻R_j可选取阻值为250欧的精密电阻。

由于在步骤S11至S15的流程中，输入到电流型模数转换器的电流信号是恒定不变的，所以AD₀到AD₁的变化正比于因电阻R_j的并联而造成的转换电阻R_z阻值的改变，即：

\frac{{AD}_{0}}{{AD}_{1}} \frac{R_{1}}{\frac{R_{1} * R_{2}}{R_{1} + R_{2}}} - - - (3)

从而由式(3)可得到式(2)。

通常，电阻R_j为精密电阻，比如精度值位于±0.5％范围内；而且，电流型模数转换器的转换精度比精密电阻R_j的精度要高。这样，在电流型模数转换器的精度远高于精密电阻R_j的精度的情况下，若精密电阻R_j的精度为±0.1％，转换电阻的标称阻值精度为±2％，则最终得到的转换电阻的阻值精度将约为±0.1％，相比于标称精度有了显著提高。

另外，由于工程机械工作的作业区域广阔，时间跨度漫长，工作区域的环境温度变化范围大，如可能从-20℃变化到60℃甚至更广。所以，电流型模数转换器中转换电阻的温度漂移误差也会导致模数转换后所反映的被测物理对象的值出现偏差。为此，本发明还提供了一种获得不同温度下转换电阻R_z的阻值的方法，即：首先基于步骤S11至S15的流程，分别获得环境温度T₁、T₀和T₂下转换电阻R_z的阻值R_1T0、R_1T1和R_1T2，其中T₀位于T₁和T₂之间，并且在获得R_1T0、R_1T1和R_1T2时，电阻R_j的阻值分别为温度T₀、T₁和T₂下的阻值(这可基于电阻R_j的温度漂移特性来获得)；则，可根据拉格朗日(Lagrange)2次插值算法来近似获得T₁和T₂温度范围内任一温度T下转换电阻R_Z的阻值R_1T：

R_{1 T} = \frac{(T - T_{1}) (T - T_{2})}{(T_{0} - T_{1}) (T_{0} - T_{2})} R_{1 T 0} + \frac{(T - T_{0}) (T - T_{2})}{(T_{1} - T_{0}) (T_{1} - T_{2})} R_{1 T 1} + \frac{(T - T_{0}) (T - T_{1})}{(T_{2} - T_{0}) (T_{2} - T_{1})} R_{1 T 2} - - - (4)

应当理解的是，可根据电阻的温度飘移特性、精度要求以及获得的采样点数量而通过其他的算法来获得T₁和T₂温度范围内任一温度T下转换电阻R_Z的阻值R_1T。例如，也可根据线性算法来获得T₁和T₂温度范围内任一温度T下转换电阻R_Z的阻值R_1T：

R_{1 T} = R_{1 T 0} + (T - T_{0}) * \frac{R_{1 T 1} - R_{1 T 2}}{T_{1} - T_{2}} - - - (5)

这样就可以对因转换电阻R_Z的温度漂移而导致的误差进行补偿，以便提高测量和控制被测物理对象的精度。

应当理解的是，在不背离本发明精神和范围的情况下，可对本发明进行各种变形、修改和替换。

Claims

1.一种测量电流型模数转换器的转换电阻的阻值的方法，该方法包括：

1）使输入到电流型模数转换器的电流信号保持恒定；

2）获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第一数字量AD₀；

3）将精度高于所述电流型模数转换器的转换电阻R_Z的精度的电阻R_j与所述转换电阻R_Z并联；

4）再次获取经所述电流型模数转换器转换后得到的第二数字量AD₁；

5）根据下式得到所述转换电阻R_Z的阻值：

R_{1} = \frac{{AD}_{0} - {AD}_{1}}{{AD}_{1}} * R_{2}

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1）至4）是在环境温度保持恒定的情况下执行的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法在所述将精度高于所述电流型模数转换器的转换电阻R_Z的精度的电阻R_j与所述转换电阻R_Z并联之前还包括：

将所述电流型模数转换器断电。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其中，所述方法还包括：

在环境温度分别为T₀、T₁和T₂时，根据步骤1）至5）分别获得环境温度T₀、T₁和T₂下所述转换电阻R_Z的阻值R_1T0、R_1T1和R_1T2；

根据线性算法，通过下式获得T₁和T₂环境温度范围内任一环境温度T下所述转换电阻R_Z的阻值R_1T：

R_{1 T} = R_{1 T 0} + (T - T_{0}) * \frac{R_{1 T 1} - R_{1 T 2}}{T_{1} - T_{2}}

其中，T₀位于T₁和T₂之间。

5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其中，所述方法还包括：

根据拉格朗日2次插值算法，通过下式获得T₁和T₂环境温度范围内任一环境温度T下所述转换电阻R_Z的阻值R_1T：

R_{1 T} = \frac{(T - T_{1}) (T - T_{2})}{(T_{0} - T_{1}) (T_{0} - T_{2})} R_{1 T 0} + \frac{(T - T_{0}) (T - T_{2})}{(T_{1} - T_{0}) (T_{1} - T_{2})} R_{1 T 1} + \frac{(T - T_{0}) (T - T_{1})}{(T_{2} - T_{0}) (T_{2} - T_{1})} R_{1 T 2}

其中，T₀位于T₁和T₂之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电阻R_j的精度低于所述电流型模数转换器的转换精度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电阻R_j的精度值位于±0.5%范围内。