发表于：2013/7/9 9:12:23
#0楼
流量积算仪（或显示）仪是一种多参量综合计算的仪表，最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，最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5V信号。
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，其最小分辨率为1／1024，小于最小分辨率的值，计算机将无法测到。我们以最小分辨率的值作为最大偏移量参考值来求解各分量的最大偏差。
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取样电阻值的最大误差应不大于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。
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，最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5V信号。
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，其最小分辨率为1／1024，小于最小分辨率的值，计算机将无法测到。我们以最小分辨率的值作为最大偏移量参考值来求解各分量的最大偏差。
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取样电阻值的最大误差应不大于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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