——由滞后引入的不确定度分量；——由重复性引入的不确定度分量；——由电源波动系数引入的不确定度分量；——由环境温度变化引入的不确定度分量第29页，共77页，星期日，2025年，2月5日设传感器技术指标为：滞后=0.09％；重复性=0.09％；电源波动系数=0.03％；温度系数；将上述指标数据代入u1式中，得第30页，共77页，星期日，2025年，2月5日(2)数据采集系统A／D转换器标准不确定度的设定1)由分度值进行示值估读的量化误差e引入的不确定度服从均匀分布，当选用8位A／D时2)因显示结果要修约至估读值，故产生的修约误差为量化误差的1/2，服从均匀分布第31页，共77页，星期日，2025年，2月5日(3)放大器标准不确定度的限定根据整机标准不确定度的要求和已设定的传感器及A／D转换器的标准不确定度值，由公式可解得放大器标准不确定度为≤0.096％。达到上述要求对一般放大器而言不是太困难。放大倍数的波动通常是环境温度变化引起放大器的失调温度漂移及反馈电阻阻值比的漂移。注意，放大倍数的实际值偏离设计值引起的系统误差是可以消除的。在实时自校的测量系统中，放大倍数是由基准电压实时标定的。因此放大器的不确定度则决定于基准电压源。同样基准电压值的波动通常也是受环境影响，对于2DW232系列稳压二极管制作的基准电压源，其温度系数可以达到(20--5)ppm／℃。第32页，共77页，星期日，2025年，2月5日4.4自动检测系统设计举例——在线微量水分测量系统设计
1系统总体设计 任何自动检测系统乃至任何工程系统的设计任务都源于实际需求。在高压电器设备中，绝缘材料的含水率是影响产品质量的重要因素之一。必须对其中的绝缘介质进行干燥以降低含水量。为了对其干燥过程进行自动控制，达到既满足干燥要求又能够尽量节能、提高干燥效率的目的，就必须对干燥进程进行定量测量。第33页，共77页，星期日，2025年，2月5日图4-2微量水分测量系统总体结构框图第34页，共77页，星期日，2025年，2月5日2传感器选用1．金电极2．感湿膜3．Ag—Pd电极图8-3感湿芯片外形尺寸图第35页，共77页，星期日，2025年，2月5日氧化铝湿度传感器利用氧化铝对水分强的吸附性制成。工作时被测气体中的水分子通过金层上的网孔被氧化铝的细孔壁吸附或释放，并与周围的水蒸气压迅速达到平衡。由于水分的介电常数大，细孔壁吸附水分子后等效电容变大，即电容量随湿度变化，湿度越大电容量也越大，反之则小。这种传感器具有响应速度快、抗结露及抗污染能力强、无需加热清洗、长期使用性能稳定可靠等许多优点，测量范围，因此适于超微量水分测量。第36页，共77页，星期日，2025年，2月5日3信号调理电路设计图8-4差动脉冲调宽电路原理图第37页，共77页，星期日，2025年，2月5日图8-5差动脉冲调宽电路各点电压波形图第38页，共77页，星期日，2025年，2月5日第39页，共77页，星期日，2025年，2月5日输出的直流电压与传感器电容和固定电容之间的差值成正比。差动脉冲调宽电路只采用直流电源，无需振荡器，也就不存在载波波形纯度的要求；输出信号一般为10kHz——1MHz的矩形脉冲，只要配置一个低通滤波器就能得到直流信号；对矩形波的纯度要求不高，也不需要相敏检波器，从而避免了伴随而来的线性问题。前置电路的输出信号经二级有源低通滤波器滤波后得到了直流信号。为保证能对信号进行直接模数转换、提高信号的抗干扰能力及仪器的灵敏度，还必须对信号进行放大处理。第40页，共77页，星期日，2025年，2月5日放大后的直流信号通过A／D转换器转换，再送入8031单片机的CPU中，处理后送显示或打印。本系统的A／D转换器采用12位分辨率的模数转换器AD574A，它能使系统达到较高的测量精度。数字系统除了核心单元8031外，还扩展了8KB的程序存储器EPROM2764和8KB的数据存储器RAM6264，并行接口芯片8255作为单片机与显示器、键盘及打印机的接口，实现参数的预置及湿度值的显示及打印。第41页，共77页，星期日，2025年，2月5日4微量水分测量系统的软件设计用MCS-51汇编语言编程，经调试通过的程序固化在EPROM之中。系统启动后，首先由主程序完成各种初始化工作，包括8031片内特殊功能寄存器SFR的初始化，8255等接口的初始化及数据缓冲区初始状态的设定；然后发A／D启动脉冲，采样湿度数据，经标度变换后送显示或打印。第42页，共77页，