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DE29612038U1 - Arrangement for linearizing the transfer function of a sensor - Google Patents

Arrangement for linearizing the transfer function of a sensor

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DE29612038U1
DE29612038U1 DE29612038U DE29612038U DE29612038U1 DE 29612038 U1 DE29612038 U1 DE 29612038U1 DE 29612038 U DE29612038 U DE 29612038U DE 29612038 U DE29612038 U DE 29612038U DE 29612038 U1 DE29612038 U1 DE 29612038U1
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DE
Germany
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value
measured
support point
sensor
transfer function
Prior art date
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DE29612038U
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German (de)
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Publication of DE29612038U1 publication Critical patent/DE29612038U1/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G01D3/022Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation having an ideal characteristic, map or correction data stored in a digital memory

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Technology Law (AREA)
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

Anordnung zur Linearisierung der Übertragungsfunktion eines Sensors
5
Arrangement for linearizing the transfer function of a sensor
5

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.

Analoge Eingaben von Meßgeräten oder Eingabemodulen von Steuerungen oder Leitsystemen werden im allgemeinen als eine einer elektrischen Größe (z. B. in Form eines Stromes, einer Spannung oder eines Widerstandes) proportionale Codierung einer Analog/Digital-Wandlung gewonnen. Dabei werden die Werte dieser Meßgrößen vor ihrer Anzeige oder vor einer weiteren Verarbeitung in eine der eigentlich zu messenden physikalischen Größe (z. B. in Form einer Temperatur, eines Druckes oder eines Durchflusses) proportionale Codierung gewandelt. Die Übertragungsfunktion des Sensors, welche die Zuordnung der elektrischen Größen zu den physikalischen Größen beschreibt, ist in manchen Fällen nichtlinear. Darüber hinaus besteht das Problem, daß für die eigentliche Messung nicht die Übertragungsfunktion selbst, sondern die dazu inverse Funktion vorgegeben ist. So ist beispielsweise für eine Vielzahl von Thermoelementtypen die Funktion U(T), d.h. die Thermospannung als Funktion der Thermopaar-Temperaturdifferenz, als Polynom n-ter Ordnung, mit &eegr; = 4, ... 14, vorgegeben .Analog inputs from measuring devices or input modules of controls or control systems are generally obtained as a coding of an analog/digital conversion that is proportional to an electrical quantity (e.g. in the form of a current, a voltage or a resistance). The values of these measured quantities are converted into a coding that is proportional to the physical quantity actually to be measured (e.g. in the form of a temperature, a pressure or a flow rate) before they are displayed or before further processing. The transfer function of the sensor, which describes the assignment of the electrical quantities to the physical quantities, is in some cases non-linear. In addition, there is the problem that the actual measurement is not specified by the transfer function itself, but by the inverse function. For example, for a large number of thermocouple types, the function U(T), i.e. the thermoelectric voltage as a function of the thermocouple temperature difference, is specified as an nth order polynomial with η = 4, ... 14.

Um einen dem Wert der Meßgröße entsprechenden Meßwert einer Meßwertverarbeitungseinheit, insbesondere einer Echtzeit-Meß-0 wertverarbeitungseinheit, anzuzeigen, kann man derart vorgehen, die Übertragungsfunktion oder die inverse Übertragungsfunktion in ein Linearisierungsnetzwerk zu implementieren und diese in einem Approximationsverfahren zur Berechnung der Meßwerte anzuwenden. Dabei ist allerdings der Rechenaufwand sehr hoch und es ist ferner eine Gleitkomma-Arithmetik erforderlich, wodurch die Bearbeitungszeit erhöht wird.In order to display a measured value corresponding to the value of the measured variable from a measured value processing unit, in particular a real-time measured value processing unit, one can proceed in such a way that the transfer function or the inverse transfer function is implemented in a linearization network and this is used in an approximation process to calculate the measured values. However, the computational effort is very high and floating point arithmetic is also required, which increases the processing time.

GR 96 G 4442 DEGR 96 G 4442 DE

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Ermittlung eines dem Wert einer Meßgröße entsprechenden Meßwertes vereinfacht.
5
The present invention is based on the object of creating an arrangement of the type mentioned at the outset which simplifies the determination of a measured value corresponding to the value of a measured quantity.
5

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhaft ist, daß der dem Wert einer Meßgröße entsprechende Meßwert einfach und schnell ermittelbar ist.The advantage is that the measured value corresponding to the value of a measured quantity can be determined easily and quickly.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.An advantageous embodiment of the invention results from the subclaim.

Die Erfindung wird insbesondere in Analogeingabeeinheiten eingesetzt.The invention is used in particular in analog input units.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, werden die Erfindung, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.The invention, its embodiments and advantages are explained in more detail with reference to the drawing, in which an embodiment of the invention is illustrated.

Es zeigen:Show it:

Figur 1 eine Anordnung zur Linearisierung der Übertragungsfunktion eines Sensors und
Figur 2 die Übertragungsfunktion eines Sensors in Form einer Kennlinie.
Figure 1 shows an arrangement for linearizing the transfer function of a sensor and
Figure 2 shows the transfer function of a sensor in the form of a characteristic curve.

In Figur 1 ist mit 1 ein Sensor bezeichnet, dem eine analoge Meßgröße in Form einer Temperatur T zugeführt ist. Der SensorIn Figure 1, 1 denotes a sensor to which an analogue measurement value in the form of a temperature T is fed. The sensor

1 erzeugt aus dieser Temperatur eine Hilfsgröße in Form einer Spannung U, die ein dem Sensor 1 nachgeschalteter A/D-Wandler1 generates from this temperature an auxiliary quantity in the form of a voltage U, which an A/D converter connected downstream of the sensor 1

2 in einen &eegr; Bit breiten Digitalwert UD umformt. Der A/D-Wandler überträgt diesen &eegr; Bit breiten Digitalwert UD einem Linearisierungsnetzwerk 3, in welchem die Übertragungsfunktion {Figur 2) des Sensors 1 hinterlegt ist, welche die Zu-Ordnung der Spannung U zur Temperatur T beschreibt. Das Linearisierungsnetzwerk 3 weist ferner Mittel auf, die geeignet sind, die Übertragungsfunktion des Sensors zu linearisieren,2 into a &eegr; bit wide digital value UD. The A/D converter transmits this &eegr; bit wide digital value UD to a linearization network 3 in which the transfer function {Figure 2) of the sensor 1 is stored, which describes the assignment of the voltage U to the temperature T. The linearization network 3 also has means which are suitable for linearizing the transfer function of the sensor,

GR 96 G 4442 DEGR 96 G 4442 DE

und ferner Mittel, die einen dem Wert der Meßgröße entsprechenden Meßwert MW einer Anzeige- und/oder Meßwertverarbeitungseinheit 4 anzeigen.and further means which display a measured value MW corresponding to the value of the measured quantity in a display and/or measured value processing unit 4.

Zur Verdeutlichung der Funktions- und Wirkungsweise des Linearisierungsnetzwerkes wird auf Figur 2 verwiesen, in welcher die Übertragungsfunktion eines Sensors in Form einer Kennlinie dargestellt ist. Der Wertebereich der Spannung U (Hilfsgröße) von 0 bis 160 &mgr;&ngr; ist in 2m äquidistante Bereiche unterteilt, wobei im vorliegenden Beispiel m = 4 gewählt ist, wodurch 16 Bereiche darstellbar sind. Die den Bereichsgrenzen U0 ... U15 jeweils zugeordneten Werte T0 ... T15 der Meßgröße T sind als Stützstellen in Speicherzellen eines hier nicht dargestellten Speichers des Linearisierungsnetzwerks 3 hinterlegt.To clarify the function and operation of the linearization network, reference is made to Figure 2, in which the transfer function of a sensor is shown in the form of a characteristic curve. The value range of the voltage U (auxiliary variable) from 0 to 160 μν is divided into 2 m equidistant areas, whereby in the present example m = 4 is selected, whereby 16 areas can be represented. The values T 0 ... T 15 of the measured variable T assigned to the range limits U 0 ... U 15 are stored as support points in memory cells of a memory of the linearization network 3 (not shown here).

Es ist angenommen, daß der A/D-Wandler 2 (Figur 1) während einer Meßwerterfassung dem Linearisierungsnetzwerk 3 einen &eegr; = 8 Bit breiten Digitalwert UD1 zuführt. Mit den m = 4 höchstwertigen Bits Z, L·, 5_ und 4. des Digitalwertes UD1 werden die entsprechenden Stützstellen adressiert, wobei im vorliegenden Beispiel angenommen ist, daß der Digitalwert UD1 die Bitkombination 1011 0000 aufweist. Mit den höchstwertigen m {m = 4) Bits Z, L·, ü und 4, die die Kombination 1011 aufweisen, adressiert das Linearisierungsnetzwerk 3 die Bereichsgrenze U11 und somit den Wert T11. Die niederwert igen Bits 0., 1, 2. und 3. sind jeweils 0, wodurch der Wert T11 den physikalischen Wert darstellt, den das Linearisierungsnetzwerk 3 der Anzeige- und/oder Meßwertverarbeitungseinheit 4 anzeigt.It is assumed that the A/D converter 2 (Figure 1) supplies the linearization network 3 with an η = 8 bit wide digital value UD 1 during measurement value acquisition. The corresponding support points are addressed with the m = 4 most significant bits Z, L·, 5_ and 4. of the digital value UD 1 , whereby in the present example it is assumed that the digital value UD 1 has the bit combination 1011 0000. With the most significant m (m = 4) bits Z, L·, ü and 4, which have the combination 1011, the linearization network 3 addresses the range limit U 11 and thus the value T 11 . The least significant bits 0., 1., 2. and 3. are each 0, whereby the value T 11 represents the physical value which the linearization network 3 of the display and/or measured value processing unit 4 displays.

Es ist nun angenommen, daß ein Digitalwert UDk die Bitkombination 1100 1000 aufweist. Mit den höchstwertigen m (m = 4) Bits Z, £7 5. und 4. mit der Belegung 1100 adressiert das Linearisierungsnetzwerk 3 die Bereichsgrenze U12 und somit den Wert T12, und mit den niederwert igen Bits 3., 2, 1 und 0. mit der Belegung 1000 ermittelt das Linearisierungsnetzwerk 3 die Distanz zu dem ermittelten Wert T12.It is now assumed that a digital value UD k has the bit combination 1100 1000. With the most significant m (m = 4) bits Z, £7 5th and 4th with the assignment 1100, the linearization network 3 addresses the range limit U 12 and thus the value T 12 , and with the least significant bits 3rd, 2, 1 and 0th with the assignment 1000, the linearization network 3 determines the distance to the determined value T 12 .

GR 96 6 4442 DEGR 96 6 4442 EN

Wie beschrieben, ist der Wertebereich der Spannung U von 0 bis 160 &mgr;&ngr; in 16 äquidistante Bereiche unterteilt, das bedeutet, daß jeder Bereich eine Spannungsbreite von 10 &mgr;&ngr; aufweist. Die niederwertige Bitbelegung 1000 stellt daher nach einer Dreisatzrechnung eine Spannungsdistanz D1 von 5 &mgr;&ngr; dar, und der Wert der zu ermittelnden Meßgröße T1 berechnet sich zu:As described, the value range of the voltage U from 0 to 160 μν is divided into 16 equidistant areas, which means that each area has a voltage width of 10 μν. The least significant bit assignment 1000 therefore represents a voltage distance D 1 of 5 μν according to a rule of three calculation, and the value of the measured quantity T 1 to be determined is calculated as follows:

T -T T1 = -^T -TT 1 = -^ ^- * D.^- * D.

Claims (3)

GR 96 G 4442 DE SchutzansprücheGR 96 G 4442 DE Protection claims 1. Anordnung1. Arrangement - mit einem Sensor (1), welchem eine Meßgröße (T) zuführbar ist, aus welcher der Sensor (1) eine Hilfsgröße (U) erzeugt, die ein A/D-Wandler (2) in einen &eegr; Bit breiten Digitalwert (UD) umsetzt,- with a sensor (1) to which a measured variable (T) can be fed, from which the sensor (1) generates an auxiliary variable (U), which an A/D converter (2) converts into a &eegr; bit wide digital value (UD), - mit einem Linearisierungsnetzwerk (3),- with a linearization network (3), - welchem der A/D-Wandler (2) den Digitalwert (UD) zuführt, - welches die Übertragungsfunktion des Sensors, die die Zuordnung der Hilfsgrößen (U) zu den Meßgrößen (T) beschreibt, linearisiert und- to which the A/D converter (2) supplies the digital value (UD), - which linearizes the transfer function of the sensor, which describes the assignment of the auxiliary variables (U) to the measured variables (T), and - welches einen dem Wert der Meßgröße entsprechenden Meßwert (MW) einer Anzeige- und/oder Meßwertverarbeitungseinheit (4) anzeigt,- which displays a measured value (MW) corresponding to the value of the measured quantity on a display and/or measured value processing unit (4), dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that - der Wertebereich der Hilfsgrößen (U) in 2m äquidistante Bereiche unterteilbar ist, mit m < n,- the value range of the auxiliary quantities (U) can be divided into 2 m equidistant areas, with m < n, - die den Bereichsgrenzen (U0 . . . U15) jeweils zugeordneten Werte (T0 . . . T15) der Meßgrößen als Stützstellen in Speicherzellen eines Speichers des Linearisierungsnetzwerks (3) hinterlegbar sind, die mit den m höchstwertigen Bits der &eegr; Bit breiten Digitalwerte (UD1, UDk) adressierbar sind,- the values (T 0 . . . T 15 ) of the measured variables assigned to the range limits (U 0 . . . U 15 ) can be stored as support points in memory cells of a memory of the linearization network (3) which can be addressed with the m most significant bits of the η bit wide digital values (UD 1 , UD k ), - das Linearisierungsnetzwerk (3) Mittel aufweist, die- the linearization network (3) comprises means which - aus den m höchstwertigen Bits eines empfangenen Digitalwertes (D1, Dk) die dazugehörige Stützstelle ermitteln,- determine the corresponding support point from the m most significant bits of a received digital value (D 1 , D k ), - aus den restlichen (n - m) Bits dieses Digitalwertes (D1, Dk) die Distanz (Dc) zur ermittelten Stützstelle ermitteln und- determine the distance (D c ) to the determined support point from the remaining (n - m) bits of this digital value (D 1 , D k ) and - den Meßwert (T1) aus dem der ermittelten Stützstelle zugeordneten Meßwert und der ermittelten Distanz berechnen .- calculate the measured value (T 1 ) from the measured value assigned to the determined support point and the determined distance. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert einer Meßgröße nach der Beziehung2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the value of a measured variable is determined according to the relationship GR 96 G 4442 DEGR 96 G 4442 DE &ggr; =γ = yk+i - yk y k+ i - y k &khgr; + &eegr;&khgr; + &eegr; Jc+&igr; "~ JtJc+&igr; "~ Jt berechnet wird, wobei y± der i-te Wert einer Meßgröße, yk+1 der Wert der Meßgröße bei der (k+1) -ten Stützstelle, is calculated, where y ± is the i-th value of a measured quantity, y k+1 is the value of the measured quantity at the (k+1) -th support point, yk der Wert der Meßgröße bei der k-ten Stützstelle, xk+1 die (k+1)-te Stützstelle, xk die k-te Stützstelle und X1 die Distanz zur k-ten Stützstelle bedeuten.y k is the value of the measured quantity at the k-th support point, x k+1 is the (k+1)-th support point, x k is the k-th support point and X 1 is the distance to the k-th support point. 3. Analogeingabeeinheit mit einer Anordnung nach Anspruch oder 2.3. Analog input unit with an arrangement according to claim or 2.
DE29612038U 1996-07-10 1996-07-10 Arrangement for linearizing the transfer function of a sensor Expired - Lifetime DE29612038U1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10204442A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-21 Bosch Gmbh Robert Method for correction of non-linearities in the output signal of an electrical component, e.g. an automation sensor, by use of a performance map with interpolation between discrete points of said map

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10204442A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-21 Bosch Gmbh Robert Method for correction of non-linearities in the output signal of an electrical component, e.g. an automation sensor, by use of a performance map with interpolation between discrete points of said map
DE10204442C2 (en) * 2002-02-04 2003-12-24 Bosch Gmbh Robert Method for correcting non-linearities of an output signal of an electrical component, in particular a transmitter

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