設(shè)計(jì)流量積算儀時(shí)需注意的幾個(gè)問題

　　流量積算儀（或顯示）儀是一種多參量綜合計(jì)算的儀表，Z終結(jié)果的準(zhǔn)確度是備環(huán)節(jié)的綜合誤萋本文就多次浮點(diǎn)運(yùn)算、溫度、壓力測量回路、采樣周期的選取等方面分析產(chǎn)生誤差的原因，以便在設(shè)計(jì)時(shí)引起注意。
　　
　　1引言
　　
　　流量積算（或顯示）儀是將輸入的流量信號（電流、電壓、脈沖等）通過計(jì)算機(jī)電路采集、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算后，以數(shù)字形式，按設(shè)定的單位顯示。流量積算（或顯示）儀是多參量綜合計(jì)算的儀表，Z終結(jié)果的準(zhǔn)確度是各環(huán)節(jié)誤差的合成，是一個(gè)綜合的誤差，本文僅就該儀表容易產(chǎn)生誤差的的幾個(gè)問題進(jìn)行分析，以便在設(shè)計(jì)時(shí)引起注意。
　　
　　2容易產(chǎn)生誤差的的幾個(gè)問題
　　
　　2．1浮點(diǎn)運(yùn)算在多次（加法）運(yùn)算后產(chǎn)生誤差
　　
　　流量積算儀的累計(jì)流量（或稱作累計(jì)使用量），是一種重要的計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果，它被用來作為雙方貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度直接影響雙方利益。累計(jì)流量的獲得是由N個(gè)單位時(shí)間流量累加所得的。在實(shí)際應(yīng)用中，會出現(xiàn)累加流量（有效）值比較大而單位時(shí)間流量值相對比較小，因此在進(jìn)行浮點(diǎn)加法時(shí)（大部分的數(shù)據(jù)中處理都采取此方式），如果浮點(diǎn)數(shù)有效位不夠長，在進(jìn)行多次的一個(gè)大數(shù)與一個(gè)小數(shù)相加后，會產(chǎn)生較大誤差。此時(shí)由于浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算加法對階過程的問題就顯現(xiàn)出來。
　　
　　浮點(diǎn)數(shù)作加法運(yùn)算時(shí)，有一個(gè)對階過程（對齊小數(shù)點(diǎn)）。由于浮點(diǎn)數(shù)的有效長度（位數(shù)）所限，每次作加法運(yùn)算時(shí)，求和過程中尾數(shù)的取舍會產(chǎn)生誤差。
　　
　　尤其當(dāng)兩個(gè)數(shù)相加時(shí)一個(gè)數(shù)比較大、另一個(gè)比較小時(shí)會產(chǎn)生求和計(jì)算誤差。當(dāng)多次運(yùn)算后，誤差會比較大。在某些場合會帶來準(zhǔn)確度的損失。
　　
　　一般浮點(diǎn)數(shù)A由底數(shù)a與指數(shù)e兩部分組成。底數(shù)組成數(shù)字的有效位數(shù)，指數(shù)組成該數(shù)的浮點(diǎn)數(shù)的大小。
　　
　　浮點(diǎn)運(yùn)算的加減法中必須對階，即小數(shù)點(diǎn)的對位．在實(shí)際使用中，底數(shù)是有限長度，不可能無限長，例如取底數(shù)為8位。當(dāng)一個(gè)大數(shù)和一個(gè)小數(shù)相加時(shí)，對階求和后會產(chǎn)生掉數(shù)現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)，較小的數(shù)會全部丟失。
　　
　　智能流量積算儀的累積值是進(jìn)行相當(dāng)多次的累加求和結(jié)果，隨著累積值的逐漸增大，其累加和的結(jié)果誤差可能會逐漸增大。如每秒一次運(yùn)算一個(gè)月后就會產(chǎn)生3600×24×30次的計(jì)算誤差。如果每次求和有0．O005kg被舍掉。則一個(gè)月后會有：
　　
　　0．0005×3600×24×30=1296kg
　　
　　會產(chǎn)生有效位數(shù)4位的誤差。這樣大的誤差在使用中是不能接受的。
　　
　　為減小該誤差，就必須增加浮點(diǎn)數(shù)的有效字長，但受硬件的限制字長不能無限增加。
　　
　　到底增加多長才能滿足要求?
　　
　　一般如果已知累加誤差W和累積次數(shù)N，就可求出單次誤差δ。
　　
　　根據(jù)上式δ必須不大于0．0000077（δ≤0．0000077），累加誤差w就能滿足設(shè)計(jì)要求。如取δ=0．0000001，即有8位小數(shù)，再加上整數(shù)位8位，共16位。也就是說，為保證在進(jìn)行1296000次加法后，累加誤差不會超過10，浮點(diǎn)數(shù)必須采用16位有效數(shù)字作為底數(shù)。
　　
　　還可以采用分段運(yùn)算的方法，即設(shè)立幾個(gè)緩沖區(qū)，分幾段累加運(yùn)算。以保證累加值誤差在設(shè)計(jì)誤差之內(nèi)。
　　
　　2．2溫度、壓力測量回路的誤差分析
　　
　　在流量積算儀中溫度、壓力是影響測量結(jié)果的重要參量。溫度、壓力值為模擬信號，輸入量一般為標(biāo)準(zhǔn)信號：0mA10mA、4mA一20mA，溫度的輸入量有時(shí)也為電阻值。而儀表內(nèi)部的運(yùn)算量為標(biāo)準(zhǔn)5號。
　　
　　在信號的輸入回路應(yīng)對信號技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行有效的控制，將電流／電壓轉(zhuǎn)換、電阻／電壓轉(zhuǎn)換以及模擬量／數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程誤差控制在技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。
　　
　　以下先就電阻／電壓轉(zhuǎn)換來分析轉(zhuǎn)換過程的技術(shù)指標(biāo)控制。
　　
　　假如A／D轉(zhuǎn)換采用10位A／D器，其Z小分辨率為1／1024，小于Z小分辨率的值，計(jì)算機(jī)將無法測到。我們以Z小分辨率的值作為Z大偏移量參考值來求解各分量的Z大偏差。
　　
　　例如某電阻輸入回路如圖（1）所示：
　　
　　下面僅就橋路電源電壓溫漂產(chǎn)生的誤差對橋路輸出的影響進(jìn)行分析。
　　
　　由以上分析可知當(dāng)采用10位A/D時(shí)，輸入回路的電壓產(chǎn)生漂移須控制在146μV/℃以內(nèi)就可滿足設(shè)計(jì)誤差要求。此電壓可采用兩級或多級穩(wěn)壓電路產(chǎn)生。
　　
　　再就電流輸入回路中輸入電阻偏差引起誤差分析如下。
　　
　　例如某電路圖如圖2：
　　
　　由此可知采用10位A／D時(shí)，I／V取樣電阻值的Z大誤差應(yīng)不大于0．1％。
　　
　　2.3采樣周期的選取引起的誤差
　　
　　流量積算儀現(xiàn)大都采用計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理器，因計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)的采樣和處理過程相對連續(xù)信號來講為離散型的，如圖（3）所示：
　　
　　圖4所取采樣周期較短，因此頻率特性的高頻部分互不發(fā)生干涉。圖5表示周期取得較大，所以高頻部分互相發(fā)生干涉。這說明采樣周期過大采樣值就不能忠實(shí)地表示原來的信號。
　　
　　由以上的圖例可以得出這樣的結(jié)論，用離散的采樣周期（T。）對連續(xù)變化信號（周期為T）進(jìn)行采樣時(shí)，必須滿足下列條件：
　　
　　即采樣定理。如不滿足上式，則不能真實(shí)地反映被采集連續(xù)變化信號的全部信息，使被測量偏離真值。
　　
　　3結(jié)論
　　
　　流量積算儀在各種過程控制系統(tǒng)中已日益成為廣泛使用的計(jì)量儀表，它的質(zhì)量和準(zhǔn)確度受到制造和使用雙方的特別關(guān)切。文中對容易引起誤差的幾個(gè)問題進(jìn)行分析，希望制造部門在設(shè)計(jì)時(shí)能引起重視。并通過不斷地交流和研究使流量積算儀的質(zhì)量不斷提高。