设计流量积算仪时需注意的几个问题

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流量积算仪（或显示）仪是一种多参量综合计算的仪表，zui终结果的准确度是备环节的综合误萋本文就多次浮点运算、温度、压力测量回路、采样周期的选取等方面分析产生误差的原因，以便在设计时引起注意。

1引言

流量积算（或显示）仪是将输入的流量信号（电流、电压、脉冲等）通过计算机电路采集、转换、运算后，以数字形式，按设定的单位显示。流量积算（或显示）仪是多参量综合计算的仪表，zui终结果的准确度是各环节误差的合成，是一个综合的误差，本文仅就该仪表容易产生误差的的几个问题进行分析，以便在设计时引起注意。

2容易产生误差的的几个问题

2．1浮点运算在多次（加法）运算后产生误差

流量积算仪的累计流量（或称作累计使用量），是一种重要的计算数据结果，它被用来作为双方贸易结算的依据，数据准确度直接影响双方利益。累计流量的获得是由N个单位时间流量累加所得的。在实际应用中，会出现累加流量（有效）值比较大而单位时间流量值相对比较小，因此在进行浮点加法时（大部分的数据中处理都采取此方式），如果浮点数有效位不够长，在进行多次的一个大数与一个小数相加后，会产生较大误差。此时由于浮点数运算加法对阶过程的问题就显现出来。

浮点数作加法运算时，有一个对阶过程（对齐小数点）。由于浮点数的有效长度（位数）所限，每次作加法运算时，求和过程中尾数的取舍会产生误差。

尤其当两个数相加时一个数比较大、另一个比较小时会产生求和计算误差。当多次运算后，误差会比较大。在某些场合会带来准确度的损失。

一般浮点数A由底数a与指数e两部分组成。底数组成数字的有效位数，指数组成该数的浮点数的大小。

浮点运算的加减法中必须对阶，即小数点的对位．在实际使用中，底数是有限长度，不可能无限长，例如取底数为8位。当一个大数和一个小数相加时，对阶求和后会产生掉数现象。严重时，较小的数会全部丢失。

智能流量积算仪的累积值是进行相当多次的累加求和结果，随着累积值的逐渐增大，其累加和的结果误差可能会逐渐增大。如每秒一次运算一个月后就会产生3600×24×30次的计算误差。如果每次求和有0．O005kg被舍掉。则一个月后会有：

0．0005×3600×24×30=1296kg

会产生有效位数4位的误差。这样大的误差在使用中是不能接受的。

为减小该误差，就必须增加浮点数的有效字长，但受硬件的限制字长不能无限增加。

到底增加多长才能满足要求?

一般如果已知累加误差W和累积次数N，就可求出单次误差δ。

根据上式δ必须不大于0．0000077（δ≤0．0000077），累加误差w就能满足设计要求。如取δ=0．0000001，即有8位小数，再加上整数位8位，共16位。也就是说，为保证在进行1296000次加法后，累加误差不会超过10，浮点数必须采用16位有效数字作为底数。

还可以采用分段运算的方法，即设立几个缓冲区，分几段累加运算。以保证累加值误差在设计误差之内。

2．2温度、压力测量回路的误差分析

在流量积算仪中温度、压力是影响测量结果的重要参量。温度、压力值为模拟信号，输入量一般为标准信号：0mA10mA、4mA一20mA，温度的输入量有时也为电阻值。而仪表内部的运算量为标准5号。

在信号的输入回路应对信号技术指标进行有效的控制，将电流／电压转换、电阻／电压转换以及模拟量／数字量的转换过程误差控制在技术指标规定的范围内。

以下先就电阻／电压转换来分析转换过程的技术指标控制。

假如A／D转换采用10位A／D器，其zui小分辨率为1／1024，小于zui小分辨率的值，计算机将无法测到。我们以zui小分辨率的值作为zui大偏移量参考值来求解各分量的zui大偏差。

例如某电阻输入回路如图（1）所示：

下面仅就桥路电源电压温漂产生的误差对桥路输出的影响进行分析。

由以上分析可知当采用10位A/D时，输入回路的电压产生漂移须控制在146μV/℃以内就可满足设计误差要求。此电压可采用两级或多级稳压电路产生。

再就电流输入回路中输入电阻偏差引起误差分析如下。

例如某电路图如图2：

由此可知采用10位A／D时，I／V取样电阻值的zui大误差应不大于0．1％。

2.3采样周期的选取引起的误差

流量积算仪现大都采用计算机作为数据处理器，因计算机对数据的采样和处理过程相对连续信号来讲为离散型的，如图（3）所示：

图4所取采样周期较短，因此频率特性的高频部分互不发生干涉。图5表示周期取得较大，所以高频部分互相发生干涉。这说明采样周期过大采样值就不能忠实地表示原来的信号。

由以上的图例可以得出这样的结论，用离散的采样周期（T。）对连续变化信号（周期为T）进行采样时，必须满足下列条件：

即采样定理。如不满足上式，则不能真实地反映被采集连续变化信号的全部信息，使被测量偏离真值。

3结论

流量积算仪在各种过程控制系统中已日益成为广泛使用的计量仪表，它的质量和准确度受到制造和使用双方的特别关切。文中对容易引起误差的几个问题进行分析，希望制造部门在设计时能引起重视。并通过不断地交流和研究使流量积算仪的质量不断提高。

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