温度补偿论文（通用8篇）
温度补偿论文 篇1
摘要：本文详细地介绍了光敏Z-元件、磁敏Z-元件以及力敏Z-元件的温度补偿原理与补偿方法，供用户利用光、磁、力敏Z-元件进行应用开发时参考。
关键词：Z-元件、敏感元件、温度补偿、光敏、磁敏、力敏
一、前言
半导体敏感元件对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元件的常见问题，Z-元件也不例外。本文在前述文章的基础上，详细介绍Z-元件的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏Z-元件应用开发参考。
不同品种的Z-元件均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大和A/D转换就可与计算机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息时代具有广泛的应用前景，这是Z-元件的技术优势。但由于Z-元件是半导体敏感元件，对环境温度影响必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏Z-元件的温度灵敏度外，还必须研究Z-元件所特有的温度补偿技术。
Z-元件的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿方法也很多。同一品种的Z-元件，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。
二、模拟量输出的温度补偿
对Z-元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。
1．应用电路
Z-元件的模拟量输出有正向(M1区)应用和反向应用两种方式，应用电路如图1所示，其中图1(a)为正向应用，图1(b)为反向应用，图2为温度补偿原理解析图。
2．温度补偿原理和补偿方法
在图2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令：
TS：标准温度
T：工作温度
QS：标准温度时的静态工作点
Q：工作温度时的静态工作点
QS￠：温度补偿后的静态工作点
VOS：标准温度时的输出电压
VO：工作温度时的输出电压
在标准温度TS时，由电源电压E、负载电阻RL决定的负载线与TS时的M1区伏安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点QS，输出电压为VOS。当环境温度从TS升高到T时，静态工作点QS沿负载线移动到Q，相应使输出电压由VOS增加到VO，且VO＝VOS＋DVO，产生输出漂移DVO。若采用补偿措施在环境温度T时使工作点由Q移动到QS￠，使输出电压恢复为VO，则可抑制输出漂移，使DVO＝0，达到全补偿。
(1)利用NTC热敏电阻
基于温度补偿原理，在图1(a)、(b)中，利用NTC热敏电阻Rt取代负载电阻RL，如图3(a)、(b)所示，温度补偿过程解析如图2所示。
在图3电路中，标准温度TS时负载电阻为Rt，当温度升高到工作温度T时，使其阻值为Rt￠，可使静态工作点由Q推移到QS￠，由于Rt. (2)改变电源电压 基于温度补偿原理，补偿电路如图4(a)、(b)所示，图5为补偿过程解析图，其中负载电阻RL值不变，当温度由TS升到T时，产生输出漂移DVO，为使DVO=0，可使ES相应增大到ES￠，若电源电压的调整量为DE，且DE= ES￠-ES，要满足DE=-KDVO的补偿条件，可达到全补偿。其中，K为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数K与负载线斜率有关，可通过计算或实验求取，且： 为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型 pTC热敏电阻、NTC热敏电阻或温敏Z-元件来改变电源电压E，达到补偿的目的： ①采用缓变型pTC热敏电阻 采用缓变型pTC热敏电阻的补偿电路如图6所示。 在图6中，Z-元件与负载电阻RL构成工作电路，工作电路的直流电源电压E由集成稳压电源LM317电路供电，Rt为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻Rt的LM317电路的输出电压为： 按温度补偿要求，当温度增加时，电源电压E应该增加，Rt应该增加，故Rt应选缓变型pTC热敏电阻。R2用于设定电压E的初始值，合理选择pTC热敏电阻Rt的初始值及其温度系数，使之满足DE=-KDVO的补偿条件即可达到补偿的目的。 ②采用NTC热敏电阻 因缓变型pTC热敏电阻市售较少，而且补偿过程中温度系数也难于匹配，多数情况应采用NTC热敏电阻。 若采用NTC热敏电阻进行补偿时，也可采用图6所示电路，但要把R1与Rt互换位置。 当采用NTC型热敏电阻时，为了便于热敏电阻的补偿匹配，可利用运算放大器，实际补偿电路如图7所示。 在图7中，Rt为NTC热敏电阻，A为由单电源VCC供电的反相输入运放构成的比例放大器，通过该运放的反相作用，使LM317的输出电压EO适合工作Z-元件工作电压E的补偿极性要求。例如，温度升高时，EO下降，E增加；反之温度降低时，EO增加，E减少。该补偿电路的另一优点是，可通过运放比例系数的附加调整便于NTC热敏的补偿匹配。 (3)差动补偿 ①并联差动补偿 运放的第一级几乎没有例外均采用差动电路，并利用差动电路的对称性和元器件特性的一致性来补偿温度漂移。Z-元件也可采用这种方法，补偿电路如图8所示。其中，图8(a)为正向应用，图8(b)为反向应用，图8(c)为实际补偿电路。其中Z为工作Z-元件，ZC为补偿Z-元件，RL与RC为相应的负载电阻。 补偿原理：对差动对称电路，当左右两侧工作Z-元件Z与补偿Z-元件ZC的静态伏安特性与动态温度系数完全一致，以及电阻RC与R阻值及其温度系数也完全一致时，采用浮动输出，因始终保持VO=VOC，当环境温度改变时，也不会产生温漂，而工作Z-元件有其它外部激励作用(如光、磁、力等)时，则可产生有效输出。 理论上，若左右元器件完全对称，在标准温度TS时，浮动输出DVO=VO-VOC=0，当温度升高到工作温度T时，因左右两支路电流同步增加，DVO=VO-VOC=0仍然成立。实际上，左右两支路元器件不可能完全对称，特别是Z-元件有一定的离散性，使DVO不可能完全为0。因而，除按补偿精度要求，对Z-元件的一致性进行严格筛选外，在电路上应采用辅助调整措施，如图8(c)中利用电位器RW。 ②串联差动补偿 并联对称补偿的缺点是浮动输出，为变成单端输出还需要一个双端输入到单端输出的转换电路。采用串联对称补偿可克服这一缺点。 串联对称补偿的原理电路如图9所示。其中图9(a)为正向应用，图9(b)为反向应用，图9(c)和(d)为实用化补偿电路。 补偿原理：该补偿电路为“上下对称”结构，元器件的一致性要求与并联对称补偿的要求相同。在标准温度TS时，工作电流流过上下分压支路，使输出电压VO=E/2。温度升高到工作温度T时，工作电流虽然增加，但输出电压VO仍为E/2，不产生温度漂移。而工作Z-元件当有其它外部激励作用时，可产生有效输出。 该补偿电路的缺点是静态输出电压不为零，为使静态输出电压为零，需附加电平位移电路。 三、开关量输出的温度补偿 开关量输出电路示于图10，(a)为电阻接地，(b)为Z-元件接地。开关量输出的温度补偿与模拟量输出的温度补偿相比，两者的补偿目的不同。后者是模拟信号，当温度改变时，引起静态工作点偏移，通过补偿调整静态工作点，使输出电压恢复稳定。前者是数字信号，数字信号的温度稳定性及其补偿技术是一个新问题。在研究开关量输出补偿原理与补偿方法之前，必须先引入有效跳变与跳变误差的新概念。 1．有效跳变与跳变误差 温、光、磁、力四种Z-元件均可相应构成温控、光控、磁控、力控开关，提供开关量输出，用于对物理参数的监控与报警。其中，除温控开关外，对这些控制开关的基本要求是应具有温度稳定性。也就是说，在光、磁或力等外部激励作用下，并达到设定值时，应准确地产生输出跳变，称为有效跳变。而不应受环境温度影响产生跳变误差。由于开关量输出是数字信号，其跳变误差也必然是两种极端的情况，为研究方便分别定义为超前跳变误差和滞后跳变误差。实际上，由于Z-元件的Vth值是温度的函数，当环境温度改变时，因受Vth变化的影响，超前与滞后两种跳变误差都有可能发生。 若环境温度升高，使Vth下降，当满足状态转换条件VZ3Vth时，外部激励虽未达到设定值，可能产生“不该跳也跳”的超前跳变误差；反之，若环境温度降低，使Vth增加，这时外部激励虽已达到设定值，但由于不能满足状态转换条件VZ3Vth，则可能产生“该跳不跳”的滞后跳变误差。 为克服这两种跳变误差，在电路设计时必须考虑温度补偿技术。因此，对光、磁、力敏Z-元件构成控制开关的设计原则是：在外部激励作用下，必须能够满足状态转换条VZ≥Vth，而产生有效跳变；而当环境温度变化时，则不应满足转换条件VZ≥Vth，不致产生跳变误差。前者通过合理地选择静态工作点来达到，后者则应采用温度补偿技术加以保证。 2．温度补偿原理 上面已经分析过，因为Z-元件的Vth、Ith对温度有一定的灵敏度，所以Z-元件的开关量(光、磁和力敏)输出会产生超前跳变和滞后跳变误差。 使用者在设计电路时，是依据有效激励(光、磁和力等)的大小来确定静态工作点QS，这时Z-元件两端的电压为VZS，并具有下述关系： Vth-VZS=DV(1) 当T(℃)升高时，因Vth减小，DV就减小。当减小到DV=0时，即VZS =Vth时，就产生了超前跳变误差；同理，当T(℃)下降时，因Vth增大，DV就增大，以至于大到有效激励作用时，也不产生跳变，这就产生了滞后跳变误差。当我们选定负载电阻RL值和电源电压ES后，静态工作点QS就确定了。因此，Z-元件开关电路设计的着眼点应在于DV 的取值。既要保证Z-元件在有效激励时，能产生有效跳变；而通过温度补偿又能保证DV的初始设计值不随温度变化，即可消除超前跳变误差和滞后跳变误差。 3．温度补偿方法 (1)负载电阻的确定 图11(a)是开关信号电路的工作解析图，图11(b)是开关信号的波形图。开关量输出的输出低电平VOL不是直线，其变化规律以及跳变幅值与M1区特性和静态工作点的设置有关，这是Z-元件开关量输出的特有问题。为保证应用中有足够大的跳变幅值，输出低电平不致太高，必须合适的设置静态工作点，因而当电源电压一定时，合理的选择负载电阻RL的值十分重要。 Z-元件在没有输出开关信号，即工作在M1区时，其功耗是很小的，只有工作 在M3区时，其功耗才增大。从图11(b)可知，开关信号的低电平不是常数，因VOL=IZRL，当温度升高时，IZ增大使VOL增大，而且负载电阻RL越大，低电平增大值也越大，因此，为了降低VOL，要求RL越小越好。由于受Z-元件功耗的限制，RL不能无限制的减小，为了Z-元件安全工作和降低电源的耗电，可选择Z-元件的工作功耗为额定功耗的1/5，即pZ=0.2pM，pZ=0.2pM=IZVZ=IfVf。通过下述计算即可求出合适的负载电阻RL值： 按照产品标准的规定： Vf≤Vth/3 取：VZ=Vf=Vth /3，If=(E-Vf)/RL=(Vth-Vf+IthRL)/RL 因为IthRL很小，忽略不计，所以： ，所以：（2） (2)电源电压ES的确定 由图12可知 ES=VZS+IZSRL = Vth –DV+ IZSRL 因为IZSRL很小，只有0.1~0.2V，所以将其忽略不计，常温下电源电压ES为： ES ≈Vth –DV 考虑到电源电压调变时，可能存在误差，初始设计的DV值不能过小，其最小值建议为(5~10°C)Sp（Sp为阈值点的温度灵敏度）。所以：ES= Vth +(5~10°C)Sp(3) (3)同步改变电源电压 从图12我们知道，当温度上升到T1时，阈值点p将左移至p1点，若通过补偿能自动将电源电压由ES调整到E1，使工作点从QS左移至Q1，并使(1)式成立，DV即可保持不变，此时Vth1 –VZ1 =DV；当温度下降到T2时，p点将右移至p2点，若将电源电压ES由ES自动调整到E2，并使(1)式成立，DV仍可保持不变，此时Vth2 –VZ2 =DV即可消除跳变误差，达到补偿。 在T1时，电源电压为E1： E1= Vth1+(5~10℃)Sp = Vth +(T1-T)Sp+(5~10℃)Sp 在T2时，电源电压为E2：E2= Vth2+(5~10℃)Sp = Vth +(T2-T)Sp+(5~10℃)Sp 在工作温度范围T2~T1间电源电压的调变量为DE： DE＝E2-E1=(T2-T1)Sp（4） 从(4)式可以看出，该开关量输出电路的电源，应该是具有负温度系数的直流电源，该电源可选用图6中的电源E，只需把Rt换成NTC电阻，或用图7中电源EO。 四、脉冲频率输出的温度补偿 1．应用电路 Z-元件的脉冲频率输出有不同的电路组态，其应用组态之一如图13所示。该电路当电源电压E恒定时，在光、磁或力等外部激励作用下，输出端VO可输出与外部激励成比例的脉冲频率信号，称为有效输出，波形为锯齿波，如图14所示。作为半导体敏感元件，由于环境温度对有效输出也具有一定灵敏度，这将严重影响有效输出的检测精度，当环境温度变化较大或检测精度要求较高时，必须通过温度补偿对温漂加以抑制。 2．温度补偿原理 Z-元件的输出频率f与工作电压E有关，与电路结构以及参数有关，也与使用环境温度有关。当电路结构以及参数一定时(C=0.1mF，RL=15kW)输出频率f仅与工作电压E和工作温度T有关。为研究温度补偿原理，确定合适的补偿方法，特列出三者的隐函数关系：f = F(T , E) 如果把Z-元件构成的频率输出电路看成是一个线性系统或者可进行线性化处理时，可利用叠加原理对该隐函数求其偏微分： 当电源电压改变DE，并恰好克服由温度变化DT对输出频率的影响时，输出频率将保持不变，即Df = 0，则： 若设： 为温度灵敏度, 为电压灵敏度，进而得：STDT=-SE DE 为进一步定量地确定电压E和温度T之间的补偿关系，可定义温度补偿系数C为： [°C/V] 补偿系数C的物理意义是，工作电压E每改变1V时，能补偿温度变化多少度所引起的输出频率f 的温漂。显然，SE越大，或ST越小，使补偿系数C越大，越便于进行温度补偿。其中，“负号”表示为实现温度补偿，电压E的改变方向应与温度变化的方向相反。补偿系数C确定后，可按补偿系数要求设计补偿电路，实现温度补偿。 光纤陀螺是一种基于Sagnac效应[1]的测量仪表,它利用固态的全光纤结构实现载体自转角速度的测量。与传统的机械陀螺相比有许多突出的优点,如精度高、耐冲击、抗震性好、动态范围大、对重力加速度不敏感等。由于构成光纤陀螺的核心部件对温度较为敏感,温度已成为光纤陀螺迈向工程化所面临的难题之一。当光纤陀螺工作环境的温度发生变化时,在陀螺的输出信号中将产生热致非互易相位噪声[1,2],这种噪声是导致光纤陀螺零偏和标度因数不稳定的主要原因;当输入角速率比较大时,还会产生标度因数的非线性偏差,对于开环光纤陀螺尤为明显,因此有必要采取温度和非线性补偿措施。 论文对某型开环光纤陀螺进行了全温位置和速率试验,研究了其受温度影响的情况,通过对试验结果的分析和建模,得到了一些重要结论,对于研究光纤陀螺的温度特性[3]具有一定的工程意义和理论价值。 1 温度试验系统及试验方法 1.1 温度试验系统原理 温度试验采用带温箱的单轴速率转台来实现,试验系统包括转台及测试系统两个部分,转台包括单轴速率转台和温箱两个部分,测试系统包括PC104工控机[4]、24路继电器板、I/O板及数字万用表HP34401等几个部分,组成框图如图1所示。 各开环光纤陀螺的模拟输出信号分别接至继电器板各通道的输入端,继电器板输出转接至数字万用表的测试端口,通过工控机对I/O板编程来实现各通道之间的转换,从而实现一段时间内对多路陀螺输出信号的分时同步测试。PC104工控机通过串口与数字万用表相连,每间隔相同的时间,PC104通过串口向数字万用表发出指令,读取当前的光纤陀螺测试值。该系统能够实现对5路光纤陀螺信号的分时同步采集,数字万用表的精度为10-7。经过误差分析,该系统能够满足中低精度光纤陀螺的测试要求。 1.2 试验方法 试验包括静态位置试验和速率试验[5],用于标定不同温度和速率下光纤陀螺的零偏和标度因数,由于光纤陀螺的参数不受加速度的影响,从工程应用的角度出发,没有标定与加速度有关的参数项。 1)速率试验 根据惯性导航系统使用环境温度,以及光纤陀螺的性能指标,选取温度范围为-30℃~60℃,采样的温度点分别取为±30℃、±20℃、±10℃、±5℃、0℃、40℃、60℃,在每一个温度点下,选取15个速率点,分别为0°/s,±1°/s,±2.5°/s,±5°/s,±10°/s,±20°/s,±40°/s,±80°/s。光纤陀螺输入轴指向上方,在速率测试中,转台首先正转,然后静止,再按同样的速率反转,以消除地球自转角速度和陀螺漂移的影响。 调整温箱的温度至特定的温度值,待温箱内温度稳定后,给转台施加相应的角速率值,并采集陀螺的数据,采样间隔为1 s,在每一个速率点采集2 min的数据,取采样数据的均值用于计算标度因数。 2)位置试验 通过转动光纤陀螺来实现两位置测试,首先将光纤陀螺的输入轴向上,采集当前温度下的数据;然后,在同样的温度下,使光纤陀螺的输入轴向下,采集光纤陀螺的输出值。位置试验中采用与速率试验同样的温度点,在每一个位置采集1 h的数据,采样间隔为1 s,按照两位置方案计算光纤陀螺零偏的公式如下: 其中:U1,U2为上下两个位置的输出电压值;SF为标度因数,已在速率试验中标定过;Ωin1,Ωin2为两个位置的输入角速度,包含地球自转角速度分量,并且Ωin1=-Ωin2;b01,b02为光纤陀螺的零偏值,由于两个位置的测试时间间隔很短,可以认为b01=b02。则光纤陀螺的零偏0b的计算公式为 为了减小随机误差的影响和提高标定的精度,采用多次测量取均值的方法计算光纤陀螺的零偏。 2 标度因数的温度和非线性补偿 2.1 标度因数的模型分析 标度因数是光纤陀螺一个非常重要的性能指标,它直接影响着测试的精度和稳定性。标度因数的误差主要包括由于温度变化引起的误差,以及在输入角速度比较大的情况下,引起的标度因数非线性偏差。在开环光纤陀螺中,标度因数的非线性特性尤为明显,必须进行补偿。 综合考虑光纤陀螺标度因数的温度和非线性特性,并参考光纤陀螺VG951的用户手册[6],根据手册中给出的VG951的输入输出模型,选取如下的标度因数误差模型: 其中:S0F,k 2,k4,T1,T2均为待标定的参数,kΩ为与非线性误差相关的参数,kt是与温度有关的参数,t0为温度变量,Ωmax为光纤陀螺正常工作的最大输入角速度。为了便于理解和建模,将上面的模型转化为如下等价的形式 其中:a1(T),a2(T),a 3(T)分别为关于温度T的二阶多项式。 2.2 标度因数误差模型的标定及补偿 采用分立标定[7]的方法确定模型的系数,首先将某一温度值T1固定,变化角速率,分析标度因数与角速率之间的非线性关系,采用最小二乘法拟合出一组与T1有关的系数a1(T1),a2(T1),a 3(T1),并采用同样的方法标定出每一个温度点下的一组温度系数值。然后,拟合系数组a1(T1)...a 1(Tn),a2(T1)...a 2(Tn),a3(T1)...a 3(Tn)与温度T1,T2,…,Tn之间的关系式,得到a1(T),a2(T),a 3(T)的表达式,并代入式(6)中,从而得到标度因数的补偿模型。 以开环光纤陀螺VG951为研究对象。通过对实测数据进行分析与拟合,对标度因数的误差模型进行简化,通过验证,二阶模型完全可以满足要求。研究角速率为20°/s时,温度与标度因数之间的拟合曲线如图2。取x=T/60,y的单位为m V/(°/s)。 通过对图2进行分析,采用二阶模型进行补偿能够满足要求,在每一个温度点下得到一组系数值a1,a2。拟合系数a1,a2与温度T之间的关系式,得到模型系数的表达式: 其中:Tm=60℃,Ωm=80°/s。将上面的关系式代入方程y=a1(T)⋅(Ω/Ωm)2+a2(T),得最终标度因数的补偿模型: 为了验证该模型的补偿效果,将20℃的标度因数测试曲线与补偿曲线进行比较,如图3所示,其中x轴为输入角速度,单位为°/s;y轴对应标度因数,单位为m V/(°/s)。 可以看出,补偿曲线能够很好地吻合原测试曲线,其中低速段相对偏差稍大,高速段的补偿效果更为明显,说明建立的标度因数误差补偿模型是可行的。 3 零偏的温度补偿 环境温度的变化是影响光纤陀螺零偏的重要因素。因此,在细致研究光纤陀螺零偏随温度变化的特性的基础上,建立合适的温度补偿模型,通过补偿消除陀螺启动后零偏随温度的变化趋势,对进一步减小光纤陀螺的漂移[8]是有意义的。 3.1 零偏温度补偿模型分析 光纤陀螺零偏温度补偿模型有多种,包括有多项式模型、线性模型、指数模型及混合模型[9]等等,论文采用多项式模型对光纤陀螺零偏误差进行建模,综合考虑零偏随温度T和时间t的变化特性,建立的多项式模型如下所示: 式中:A(T),B(T),C(T),D(T)均为关于温度T的多项式。第一项代表了零偏的主值部分,第二、三、四项表示陀螺启动后的长期过程与瞬态过程引起的温度变化对零偏的影响,表征零偏围绕主值的波动与变化,主要用于消除趋势项对零偏造成的影响。通过长时间的零偏测试,发现时间对零偏的影响比较小,略去有关时间的误差项,并对模型进行简化,得到如下的零偏温度模型: 式中:a,b,c为待标定的系数项。 3.2 光纤陀螺零偏的温度可重复性研究 研究光纤陀螺零偏的温度重复性是研究光纤陀螺的温度特性,建立零偏随温度变化的模型的基础。为了确定光纤陀螺零偏随温度变化是否具有重复性及其重复性精度,选取两个中精度光纤陀螺VG951进行静态温度试验研究。测试结果如表1所示,VG951为开环光纤陀螺,其输出为电压信号。 在温度为20℃时,光纤陀螺1输出的温度重复性误差为0.085 0(1σ),光纤陀螺2输出的温度重复性误差为0.166 6(1σ)。考虑中等精度陀螺的零偏稳定性,如果减去陀螺零偏漂移的影响,则两个陀螺具有很好的温度重复性,说明这种光纤陀螺的零偏和温度之间确实存在确定的关系,能够建立光纤陀螺零偏与温度之间的误差模型,并根据模型进行温度补偿。 3.3 零偏温度模型的标定及补偿 根据每一个温度点下的零偏测试值,采用最小二乘方法拟合温度与零偏值的关系式,得到如下的零偏温度补偿模型: 为了验证模型的准确性,研究不同温度下零偏的测试曲线与补偿曲线,如图4所示,x=T/60,y的单位为m V。可以看出,该模型能够较好地反映光纤陀螺零偏的温度特性。 采用上述模型,选取20℃下的测试数据进行零偏误差补偿,并将电压信号转换为输入角速度值,补偿前零偏的测试均值为2.831 2°/h,而补偿后零偏的测试均值变为0.008 2°/h,可见,补偿效果较为明显。 4 综合补偿 取光纤陀螺的输出为如下的形式: 其中:SF和B0分别为光纤陀螺的标度因数和零偏值,将光纤陀螺标度因数的温度和非线性补偿模型以及零偏的温度补偿模型代入上式,对光纤陀螺的测试数据进行综合误差补偿,比较光纤陀螺补偿前后的测试精度,以验证模型的效果。 将标度因数和零偏的补偿模型代入综合补偿模型,得到其表达式为 其中: 分别选取20℃及60℃下5°/s,40°/s两个速率点进行综合误差补偿,补偿前(实线)与补偿后(虚线)的测试曲线如图5(a)~(d)所示,其中x的单位为s,y的单位为°/s。 经过分析,综合补偿的精度要高于单独进行标度因数或零偏补偿的精度,采用综合补偿模型能够在很大程度上提高光纤陀螺的测试精度,对上述两个温度的补偿效果进行量化分析,具体结果如下表2所示。 经过综合补偿后,光纤陀螺的测试精度得到了较大程度的改善,测试精度能够提高大约1个数量级,进一步说明建立的补偿模型能够正确反映光纤陀螺的温度误差特性,具有较好的适用性。而且,速度越大,补偿效果越好,这是因为随着速度的增大,光纤陀螺的非线性变差,导致测量值相对于真实值误差增大,因此,相对于低速段的补偿,高速段的补偿对陀螺测试精度的提高就更为明显;不同温度下的补偿效果也不相同,温度越高,补偿效果越明显,因为随着温度的升高光纤陀螺的漂移增大,相对于低温段来说,高温段的补偿效果更为明显。 5 总结 论文在分析温度和输入角速率对光纤陀螺的影响的基础上,通过对光纤陀螺进行温度和速率试验,建立了光纤陀螺标度因数的温度和非线性模型以及零偏的温度模型,并依据模型进行了光纤陀螺的温度和非线性补偿,取得了较为理想的效果,说明建立的模型能够较好地反映光纤陀螺的温度和非线性特性。 摘要：分析了光纤陀螺的温度特性及非线性特性,并在组建光纤陀螺温度试验系统的基础上,进行了全温度范围下的位置试验和角速率试验,研究不同的温度及输入角速率对光纤陀螺输出的影响。根据试验结果,分别建立了光纤陀螺零偏的温度模型以及标度因数的温度和非线性模型,并采用最小二乘法拟合模型的参数。通过实测数据进行仿真验证,结果表明,建立的模型能够较好地描述光纤陀螺的温度及非线性特性,利用该模型进行光纤陀螺的温度和非线性误差补偿,取得了较好的效果,光纤陀螺的测试精度得到了较大程度的提高。 关键词：光纤陀螺,温度试验,温度模型,非线性模型 参考文献 [1]张桂才,王巍.光纤陀螺仪[M].北京:国防工业出版社,2002.ZHANG Gui-cai,WANG Wei.The Fiber-Optic Gyroscope[M].Beijing:National Defense Industry Press,2002. 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[8]Johann Borenstein,Lauro Ojeda,Surat Kwanmuang.Heuristic Reduction of Gyro Drift for Personnel Tracking Systems[J].Journal of Navigation(S0373-4633),2009,62(1):41-58. 关键词：控温仪表；温度传感元件；热电阻；温度补偿；环境温度 文献标识码：A 中图分类号：TP216 文章编号：1009-2374（2015）18-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.044 控温仪表是一种控制温度的智能温度控制仪表，它采用了全数字化集成设计，具有多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、实时数据查询等功能。控温仪表主要是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、及时监控，当环境温度比控制设定值高时就会控制电路启动。 1 控温仪的简介 1.1 控温仪表的组成与工作原理 控温仪表对于许多工程都有着极大的作用，而下面将简单介绍控温仪表的组成。该系统主要是由恒温箱系统以及压力测量系统两大部分组成的，而恒温箱也包括许多部分。恒温系统包括电热系统、制冷系统、恒温工作区域、温度精密控制系统、冷热量混合交换机循环系统、保温系统、观察窗系统等，其中主要的就是制冷系统。它主要的作用就是降温，采用的是制冷量两档可调的复叠式机械制冷系统，还有主要的就是温度控制系统。温度系统包括电热温度控制部分和制冷温度控制部分。而对于压力测量系统来说，既然是压力测量，就必须有压力测量标准系统和被测压力仪表系统。除此之外，还有精密压力源、压力管路以及相关的压力阀门等。整个控温仪表的工作原理相对复杂些，其主要是根据热电阻的热效应，它是电阻测量温度的主要原因，会随着温度的变化而变化，因此只要测量出电阻就可以直接看出温度的变化。 1.2 控温仪表发生故障的原因 控溫仪表有的时候会出现故障，而导致其出现故障的原因有很多。有时候仪表各个系统的错误就会导致整个控温仪表的错误，有的时候利用曲线分析温控仪表会出现问题从而导致整个数据错误。记录曲线就是在控温仪表的工作过程中会记录温度变化的曲线。但是有的时候记录曲线出现问题，从而导致曲线变为直线变化甚至没有任何的变化，还有就是仪表所显示的温度不合理。一般来说，测温仪的上区升温要比其下区升温慢得多，但是由于一系列故障会导致结果恰恰相反。还有许多的突发情况导致控温仪表发生故障。比如控温仪的指针突然不动了，就会使测出的温度不准确，出现误差。有的控温仪表是有一定温度限制的，如果所测量的事物的温度高出或者低于控温仪表的范围的话，控温仪的指针就不能达到其真实的温度，甚至会烧坏热电阻丝。热电阻温度也会产生误差。一般热电阻是线性的，这样测量的温度更加准确，但是如果测量的温度值不在规定范围内就会出现非线性的问题，这样测量得就不够精确。在控温仪的工作工程中，热电阻的引线一直会处于被测温度的环境之中，从而导致其受到的波动较大，最终精确度出现问题，严重影响了控温仪表的工作与精确度。 1.3 热电阻的主要种类 控温仪表的主要部分就是热电阻。热电阻的质量决定了控温仪表的精密度。热电阻分为很多类：普通型热电阻，即通过热电阻组织的变化来直接测量温度的变化；铠装热电阻，它主要就是由感温元件、引线、不锈钢套管等组合而成的坚实体，体积更小，性能更好；断面热电阻，主要是由特殊处理的电阻丝缠绕制成，然后贴在温度计的端面，能够快速地测量出被测事物端面的实际真实温度；隔爆型热电阻，它的接线盒非常特殊，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。 2 对控温仪表的温度补偿 2.1 如何防治控温仪表的故障 对于控温仪表的故障一定要及时修护，以保证其正常运行。最主要的就是加强控温仪表的修护。对于控温仪表，要对其进行定期修护。对于记录曲线的故障，要检查其参数是否有误差，如果没有的话，再继续检查控温仪表的系统，直到找到出现问题的原因。对于仪表显示温度的异常问题，工作人员首先要检查上区控温仪，检测是否是由于上区仪表故障导致升温变快；如果上区一切正常，那么一定是由于下区控温仪升温太慢造成的，需要对测量下区温度的热电偶进行检查，可能是由于热电偶在使用时未加保护套管，直接使用其热电偶芯子以致使热电偶在接近根部处与电阻炉电源接线柱保护罩相碰，造成短路。除此之外，在购买控温仪表的方面要做好监督与质量的检测。要杜绝企业为了追求利益而向机器厂购买质量不好的控温仪表，这样既浪费了资源，还可能在工作过程中出现危险。 2.2 弥补仪表的温度趋向 如果控温仪表的温度传感热电阻是非线性的话，就会对控温仪表的精确度产生非常严重的影响，因此，相关工作人员要尽量弥补控温仪表的温度趋向。如果热电阻是非线性的，绘制的图样就是曲线，但是可以通过制热电阻温度采样的区间的割线来近似代替电阻与温度的曲线，如果要追求更高的精确度的话可以采用以下办法：可以在桥路中对非线性的热电阻进行非线性补偿。计算供给测量桥路的直流稳压电源大多是在5～6V的电压条件下工作，但是实际上的工作电压由于一系列原因不一定是5V的，这样的话就需要在实际的测量过程中尽量弥补控温仪表温度传感元件的热电阻温度，对于桥路进行调整以保证仪表在测量过程中的电阻与放大器输出的电压在规定的范围内，从而减小误差，弥补控温仪表的温度趋向。这种方法虽然比较复杂，但是改正后大大地提高了控温仪表的精确度。除此之外，还可以使用改进型使用有源电桥，这样的话也可以弥补控温仪表传感元件热电阻温度，减少测量误差。 2.3 加强专业工作人员的素质 由于技术人员的专业水平有所差异，因此，控温仪表在操作时会出现许多突发问题。因此，相关部门要多引进一些专业素质强的工作人员，相关企业应该注重人才的培养和引进。还有就是现在的控温仪表也会涉及到计算机技术和一些网络技术等高级的技术，使它更向信息化发展，相关企业还应该培养一些专门型人才，使人才利用率更高，建立高素质、高专业的人才团队来减少控温仪表在使用过程中所产生的问题。 3 结语 现在发现的控温仪表的传感元件的温度补偿方面的问题就有许多原因，但是在相关人员的研究下也都有了解决办法，相信在以后人们会对控温仪表的传感元件的温度补偿方面有更好的方法进行完善。 参考文献 [1] 王妍萍，曲冬辉，高勇.纺丝机高频加热器温度控制系统的设计与开发[J].北京服装学院学报（自然科学版），2013，（3）. 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[3] 许斌.控温仪表温度传感元件热电阻温度的补偿[J].数字技术与应用，2014，（4）. 作者简介：范玲（1973-），女，黑龙江依安人，东北轻合金有限责任公司工程师，研究方向：仪表。 号 XX县樟江沿河房屋征收补偿协议书（货币补偿） 甲方（搬迁单位）：XX县住房和城乡建设局 乙方（搬迁户户主）： 为加快XX新城区建设步伐，推进旧城改造建设工作，根据《XX县城规划区内房屋征收补偿安置指导意见》及《XX县城菜园片区房屋征收补偿安置方案》的要求，甲乙双方就搬迁安置事宜达成如下协议： 一、乙方被搬迁房屋状况： 1、砖混结构 ㎡； 2、砖木结构 ㎡； 3、木瓦结构 ㎡； 4、简易结构 ㎡； 二、按货币补偿方式进行补偿。 1、乙方原土地使用面积 ㎡，其中宅基地面积 ㎡，空地面积 ㎡。 三、甲方应付给乙方的搬迁费用 1、房屋补偿费 元； 2、土地补偿费 元； 3、搬迁补助费 元； 4、临时安置过渡费 元； 5、房屋装饰装修和构筑物及附属设施补偿费 元； 6、树木花草补偿费 元； 7、奖励费 元； 总计补偿费： 元，大写：。以上补偿情况详见房屋征收室内外装饰装修和构筑物及附属设施补偿计算表、土地补偿计算表、树木花草补偿计算表。 四、房屋移交 1、被征收房屋移交前乙方使用的水、电、有线电视、电话、网络费等，自行向相关部门结清费用并办理注销或迁移手续。 2、本协议签订之日起，被征收人领取补偿费后，必须保持旧房设施完整，并将旧房的一切产权手续原件移交给甲方。 3、移交旧房时间： 年 月 日前。 五、乙方房屋征收补偿款从XX县国有资本营运有限责任公司列支。 六、本协议一式三份，甲乙双方各一份，XX县国有资本营运有限责任公司留存一份，本协议经甲乙双方签字后生效。 七、本协议如有补充协议和正本享有同等法律效应。 甲方（搬迁单位）：XX县住房和城乡建设局 乙方：搬迁户户主 法人代表： 签 字： 经办人： 居住房屋补偿安置 （一）货币补偿 1、搬迁补助费 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十条第1款规定，一次性支付每户搬迁补助费800元（被拆迁人或者房屋承租人以房屋所有权证、房屋租赁合同为计户单位）。 2、安置补助费 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十条第3款规定，一次性支付每户安置补助费1000元。 3、电话、网络、有线电视、煤气设施补偿费 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十一条规定，被拆迁人因房屋拆迁发生的电话(含网络)迁移费、有线电视迁移费以及对有偿取得煤气设施费用的补偿，由拆迁人承担。 4、有照房屋货币补偿金 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十、三十一条规定，实行货币补偿的，根据被拆迁房屋的类区、用途、建筑面积等因素，以房地产市场评估价格结算货币补偿金额。拆迁住宅房屋实行货币补偿的，市内区被拆迁房屋市场评估价格低于规定的拆迁住宅房屋最低货币补偿标准的，按最低货币补偿标准补偿；被拆迁房屋市场评估价格高于规定的拆迁住宅房屋最低货币补偿标准的，按市场评估价格补偿。拆迁住宅房屋，被拆迁人或房屋承租人每户原住房建筑面积不足规定的拆迁住宅房屋建筑面积补贴标准的，拆迁人应按增加的建筑面积给予货币补贴。 随着2008年2月，大连市公布了“新普通商品房标准”，该新标准普遍上调了级地标准：一级地、二级地10000元/平方米；三级地、四级地8000元/平方米；五级地、六级地7000元/平方米；七级地以上6000元/平方。考虑到保护被拆迁人不因拆迁造成居住水平降低的原则，部分地区正在研究采用重置新建商品房价格扣减结构成本差价方法计算补偿金，相信政府会尽快出台政策重新调整房屋拆迁最低货币补偿标准。 5、公有租赁房屋 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十八条规定，拆迁执行政府规定租金标准的公有租赁房屋，被拆迁人选择货币补偿的，租赁关系终止。属于住宅房屋的，货币补偿金的20%支付给被拆迁人，80%和增加的建筑面积补贴支付给房屋承租人。 6、违章建筑和超过批准期限的临时建筑-----不予补偿。 7、拆除未超过批准期限的临时建筑 补偿金=建筑成本×剩余期限/批准期限 同时，依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十二条规定，拆除经市政府有关部门批准建成的临时建筑，属于使用人自住、具有常住户口、别处确无住房的，使用人要求货币补偿的，拆迁人应按拆迁住宅房屋最低货币补偿标准中房屋四类区补偿标准的50％支付给使用人。 8、房屋附属物 按照附属物成本乘以成新度适当给与货币货币补偿。 （二）产权调换 1、搬迁补助费 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十条第1款规定，一次性支付每户搬迁补助费800元（被拆迁人或者房屋承租人以房屋所有权证、房屋租赁合同为计户单位）。 2、安置补助费 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十条第2款规定，实行房屋产权调换的，在协议规定的过渡期限内，被拆迁人或者房屋承租人自行安排住处的，应支付临时安置补助费，每户每月600元；被拆迁人或者房屋承租人使用拆迁人提供的周转房的，拆迁人不支付临时安置补助费。第四十五条规定，实行产权调换，拆迁人对被拆迁人或者房屋承租人采取过渡安置的，应在拆迁补偿安置协议中明确过渡期限。安置房屋为多层建筑的，过渡期限不得超过2年；安置房屋为高层建筑的，过渡期限不得超过3年。第四十六条 因拆迁人的责任使被拆迁人或者房屋承租人延长过渡期限的，对自行安排住处的被拆迁人或者房屋承租人，应当自逾期之月起增加临时安置补助费，超期在1年以内的，每月附加50%；1年以上的，每月附加100%。对周转房的使用人，应当自逾期之月起按每户每月200元支付临时安置补助费。 4、有照房屋产权调换 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十四条规定，实行房屋产权调换的，拆迁人与被拆迁人应当按照本办法第三十条、第三十一条的规定，计算被拆迁房屋的补偿、补贴金额和所调换房屋的价格，结清房屋产权调换的差价。 按照上述规定，产权调换的差价=所调换房屋的价格-房屋货币补偿金额-补助费用。 另一种方法：拆一补一，即原房屋面积抵顶调换后房屋面积，由被拆迁人支付房屋结构差价和增加的建筑面积差价，其他费用另算。该方法在《大连市城市房屋拆迁管理办法》没有规定，但可以成为一种公平的拆迁补偿安置方法。 5、租赁房屋 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十七条第2款规定，被拆迁人与房屋承租人对解除租赁关系或补偿安置达不成协议的，拆迁人应当对被拆迁人实行房屋产权调换。产权调换的房屋仍由原房屋承租人承租，被拆迁人应当与原房屋承租人重新订立房屋租赁合同。第三十八条规定，拆迁执行政府规定租金标准的公有租赁房屋，被拆迁人选择房屋产权调换的，由被拆迁人安置房屋承租人，租赁关系继续保持。 6、拆除未超过批准期限的临时建筑 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十二条规定，拆除经市政府有关部门批准建成的临时建筑，属于使用人自住、具有常住户口、别处确无住房的，拆迁人应按拆迁住宅房屋建筑面积补贴标准中房屋四类区补贴标准给予妥善安置，使用人需按房价的50%承担安置费用。 7、无照房屋、房屋附属物、装修参照货币补偿方式执行。 二、生产经营房屋补偿安置 （一）货币补偿 1、有照房屋货币补偿 根据《大连市城市房屋拆迁管理办法》、《城市房屋拆迁估指导意见》等现行的规范房屋拆迁行为的法律文件，经营用房屋拆迁补偿程序上归纳为以下三点：一是拆迁人与被拆迁人协商签订《拆迁补偿安置协议》；二是协商不成的，根据被拆迁房屋的类区、用途、建筑面积等因素，双方共同委托有资质的房地产评估机构评估房屋市场价格，以确定房屋补偿价格；三是根据评估价格再行协商或行政裁决。 生产经营房屋通常要经过评估程序确定房屋市场价格，但房屋的评估值不能反映被拆迁房屋的全部价值，因此完全依据评估值作为拆迁补偿金是不合理的。该评估价格中不包含装修价格、停产停业损失、无法恢复设备价格等，且不考虑房屋租赁、抵押、查封等因素的影响。评估侧重考虑的是被拆迁房屋的类区、用途、建筑面积因素，所以评估值往往不能被当事人所接受。 拆迁人与被拆迁人采取协商途径尽快达成拆迁补偿协议是处理生产经营用房屋拆迁中的最好办法。当然协商应建立在一个合理的补偿金额范畴内，可以选择市场比较法，参考同地区、用途、面积房屋拆迁补偿价格确定，也许可以选择重置法，按同用途市场商品房价扣减土地出让金、结构成本价差并通过剩余使用年限比例综合确定补偿价。 2、无照房屋货币补偿 无照房屋应首先排除违章建筑和超过批准期限的临时建筑，并充分考虑其使用用途。生产营业用房和附属用房不能等价补偿。 生产营业用无照房屋与有照房屋属于同一建筑，且用途一致情况下，房屋评估时不做区分，只是注明该房屋中无照面积数值，供拆迁双方协议补偿价格。如果无照房屋是单独建筑，且无法通过规划部门确认为临时建筑时，可参考《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十八条规定，按拆迁执行政府规定租金标准的公有租赁房屋计算补偿金，即货币补偿金的30%支付给被拆迁人，70%支付给房屋承租人。 3、未超过批准期限的临时建筑 按照建筑净值予以补偿，即建筑成本×剩余期限/批准期限。如果该建筑属于生产经营用房屋的，其停产停业损失补偿另行予以考虑。 4、房屋附属物 房屋附属物包括单独的收发室、食堂及水塔、门楼、围墙等建筑物。按照附属物成本乘以成新度适当给与货币货币补偿。 5、装修补偿 《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十二条第二款规定，拆迁非住宅房屋（含经批准住宅临时改变用途的），对经房屋产权人同意装修的不动产部分，拆迁人应按房地产评估机构对装修原值的评估价格，进行折旧后对装修人予以补助，年折旧率为20%。依此规定，装修经5年以上将面临没有补偿。拆迁双方对此可以协商，适当给与放宽补偿。 6、在职职工生活补助费 按《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十三条规定，拆迁生产、经营用房实行产权调换的，在停产、停业期间，按上年度市统计局公布的人均收入标准的1.5倍，向被拆迁单位支付直接受到影响的在职职工的生活补助费。实行货币补偿的，拆迁人一次性支付3个月生活补助费。 计算该项补助费时要考虑两个问题，一是职工人数要求以劳动部门登记为准，需要以劳动合同、保险登记记载为准。二是统计局收入标准优先选用该行业工资收入标准，无该标准是，区别选择在岗职工平均工资收入、全市城镇职工平均工资收入、市内四区城镇单位职工平均工资收入。 7、停产、停业损失补偿 按照《城市房屋拆迁管理条例》第三十三条规定，因拆迁非住宅房屋造成停产、停业的，拆迁人应当给予适当补偿。通常该项损失有以下几种补偿方法：⑴补偿标准按被拆除房屋建筑面积每平方米300～400元，由拆迁当事人协商确定；⑵补偿标准按其房屋市场评估金额的百分比，给予一次性损失补偿；⑶补偿标准按特许特许经营剩余期限×利润；⑷按照被拆迁房屋建筑面积×23～25元/平方米•月×合理补偿月份；⑸以拆迁公告发布前一年的月平均利润额按月予以补偿。 当事人双方可协商选用哪种形式，但计算该项补偿费时要考虑两个问题，一是利润应以税务机关登记为准，如采用定税的企业，利润不能超过税务局的相关规定。二是合理补偿月份双方协商确定。 8、电话、网络、有线电视、煤气设施补偿费 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十一条规定，被拆迁人因房屋拆迁发生的电话(含网络)迁移费、有线电视迁移费以及对有偿取得煤气设施费用的补偿，由拆迁人承担。 9、运输费、设备安装费和无法恢复适用设备补偿费用 按照《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十二条规定，拆迁非住宅房屋，不提供周转房过渡安置，由拆迁人支付因搬迁发生的运输费和设备安装费，并对无法恢复使用的设备按评估作价予以补偿。 运输费按实际发生可估算。无法恢复使用的设备拆迁双方可协商确定，如不能达成一致意见，由专业的资产评估师评估作价予以补偿。 （二）产权调换 1、有照房屋产权调换 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十四条规定，实行房屋产权调换的，拆迁人与被拆迁人应当按照本办法第三十条、第三十一条的规定，计算被拆迁房屋的补偿、补贴金额和所调换房屋的价格，结清房屋产权调换的差价。 按照上述规定，产权调换的差价=所调换房屋的价格-房屋货币补偿金额-补助费用。 另一种方法：拆一补一，即原房屋面积抵顶调换后房屋面积，由被拆迁人支付房屋结构差价和增加的建筑面积差价，其他费用另算。该方法在《大连市城市房屋拆迁管理办法》没有规定，但可以成为一种公平的拆迁补偿安置方法。 2、租赁房屋 依据《大连市城市房屋拆迁管理办法》第三十七条第2款规定，被拆迁人与房屋承租人对解除租赁关系或补偿安置达不成协议的，拆迁人应当对被拆迁人实行房屋产权调换。产权调换的房屋仍由原房屋承租人承租，被拆迁人应当与原房屋承租人重新订立房屋租赁合同。第三十八条规定，拆迁执行政府规定租金标准的公有租赁房屋，被拆迁人选择房屋产权调换的，由被拆迁人安置房屋承租人，租赁关系继续保持。 3、在职职工生活补助费 按《大连市城市房屋拆迁管理办法》第四十三条规定，拆迁生产、经营用房实行产权调换的，在停产、停业期间，按上年度市统计局公布的人均收入标准的1.5倍，向被拆迁单位支付直接受到影响的在职职工的生活补助费。计算该项补助费时要考虑三个问题，一是职工人数要求以劳动部门登记为准，需要以劳动合同、保险登记记载为准。二是统计局收入标准优先选用该行业工资收入标准，无该标准是，区别选择在岗职工平均工资收入、全市城镇职工平均工资收入、市内四区城镇单位职工平均工资收入。三是补偿月份按实际发生。 4、停产、停业损失补偿 按照《城市房屋拆迁管理条例》第三十三条规定，因拆迁非住宅房屋造成停产、停业的，拆迁人应当给予适当补偿。通常该项损失有以下几种补偿方法：⑴补偿标准按被拆除房屋建筑面积每平方米300～400元，由拆迁当事人协商确定；⑵按照被拆迁房屋建筑面积×23～25元/平方米•月×合理补偿月份；⑶以拆迁公告发布前一年的月平均利润额按月予以补偿。当事人双方可协商选用哪种形式，但计算该项补偿费时要考虑两个问题，一是利润应以税务机关登记为准，如采用定税的企业，利润不能超过税务局的相关规定。二是补偿月份按实际发生。 教学目标 知识与技能： 1、知道温度的概念和温度的常用单位及国际单位制单位。 2、能说出生活环境中常见的温度。 3、了解液体温度计的工作原理，会测量温度。 过程与方法： 对比三种温度计，比较异同 情感态度价值观： 1、了解环境温度对人们生活的影响。 2、培养学生关注科学技术对人类生存环境的影响的意识。 教学过程 一、引入： 师：在学习新课之前，我们先一起来观看好莱坞巨片《后天》的精彩片段，影片讲述的是由于温室效应造成地球气候突变，全球即将陷入第二次冰河世纪的故事。请欣赏。(播放影片) 伴随影片介绍：自由女神被淹没，冲天巨浪涌进纽约，转瞬间气温骤降，纽约速冻，茫茫冰原上，只留下了自由女神的头像。人类世界在大自然面前显现的如此渺小。 师：的确，温度的.变化对人类的影响会如此之大，今天我们就一起探讨一下有关温度的知识。 二、温度在生活中的例证： 师：温度与我们的生活是息息相关的。温度表示物体的冷热程度。你还能列举一些生活中与温度有关的实例或现象吗? 学生举例。 三、温度 师：温度与生活密切相关，就连我们出门该穿什么衣服都与温度有关。 师：明天的气温都是32度，如果你就在当地，那明天你会穿什么呢?要穿一件外套家一条围巾呢，还是只要穿件短袖衫或T恤就可以了? 学生回答，引导得出温标。 师：做决定前要先弄清楚这个温度的单位是什么，即温标。中国天气预报中32度指32摄氏度，世界各国一般都使用摄氏温标，有同学知道摄氏温标是如何规定的吗? 生：把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度，0-100度之间等分100份，每份为1摄氏度。 师：什么是热力学温度呢? 生：在物理学中广泛使用的是开尔文温标，它也是温度的国际单位，它规定水的冰点为273.15K，水的沸点为373.15K。与摄氏温度关系：T=t+273.15K 四、常用温度值 师：生活中的一些常用温度值，你们熟悉吗?下面我们就通过一个小游戏来考察一下。想必同学们都看过央视正大综艺吧，其中有一个环节为《真真假假》。下面我们也来一回真真假假，我们分A、B、C、D四个团队，希望大家团结协作，共同完成这个环节。 五、温度计： 师：那我们怎样准确地得出它的温度呢?你能描述温度计的形状构造吗? 生：它是个玻璃管，下端有一玻璃泡，里面装有某种液体。 师：发温度计给大家，好好观察它的构造，看看还有什么要补充完善的? 学生进一步观察 生：玻璃泡大，玻璃管的管壁厚但内径细，管外有刻度。 师：内径细有什么好处? 学生思考，讨论 生：温度有微小变化，液体就有明显变化。 学生演示使用温度计测水的温度。 出示图片 引导：使用前观察：量程，分度值 使用时注意：玻璃泡浸入 读数时，稳定后读，玻璃泡不离开，视线相平。 师：生活中你还使用过什么温度计?看图区分并说明理由。 生：回答 师：体温计使用与实验用温度计有什么不同? 生：用前要甩一甩，读数时可以拿出来读。 师：请学生课下查阅资料了解体温计的缩口的作用。实验用温度计，寒暑表 体温计，他们虽然用途不同，但却有着共同的工作原理，谁能说说它们有什么共同特点? 生：利用了液体的热胀冷缩。 师：生活中还有其他类型的温度计，他们的工作原理就有所不同了，但是都是利用某种性质与温度的关系制成的，例如：数字式温度计就是根据物质导电性与温度关系制成的。随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也在不断地改进和提 高，测量范围越来越广，有的能测量到3000摄氏度以上的高温，而且测量结果也越来越精确，希望有兴趣的同学利用课余时间搜集这方面的科学技术信息，对于不同温度计进行分类，搜索，研究，写出研究计划如方案，设想，建议等。 板书： 一、温度表示物体的冷热程度。 二、温标 1、摄氏温标 把水的冰点规定为0度，水的沸点规定为100度，0-100度之间等分100份，每份为1摄氏度。 2、热力学温标 三、温度计 1、实验用温度计 (1)原理 (2)结构 (3)使用方法：使用前观察：量程，分度值 使用时注意：玻璃泡浸入 读数时，稳定后读，玻璃泡不离开，视线相平 (3)与体温计的区别 2、寒暑表 全光纤电流互感器(all-fiber optical current transformer,FOCT)相对传统的电磁式互感器具有绝缘性好、抗电磁干扰能力强、动态范围大、频带宽、重量轻、体积小、安全性高,以及可测交直流信号等优点。它适应了电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要,成为数字化变电站电流信号采集装置的首选[1,2,3,4]。 目前,制约FOCT大范围推广应用的主要因素之一,是其测量准确度对外界环境温度(-40～70 ℃)十分敏感[5]。因此,减小环境温度引入的误差,成为FOCT实用化必须解决的问题。文献[6]提出一种在FOCT闭环信号检测方案基础上,通过改变相位调制的占空比,使用第2路A/D转换器提取出干涉结果的直流信息,从而在电路上对互感器温度误差进行补偿的方案。该方案增加了信号处理的复杂程度,且该方案没有对维尔德(Verdet)常数随温度变化而引入的误差进行补偿。本文提出一种从光路结构上进行优化设计的温度误差补偿技术,使对温度敏感的λ/4波片引入的误差与维尔德常数变化引入的误差相互补偿,从而减小环境温度对FOCT准确度的影响,使其达到实用化的要求。 1 FOCT的组成结构和基本原理 FOCT的工作原理是基于安培定律和法拉第磁光效应,其基本组成结构如图1所示[7]。可以看出,由光源发出的光经过环行器后,由光纤起偏器起偏为线偏振光。起偏器的尾纤与相位调制器的尾纤以45°熔接,线偏振光以45°注入保偏光纤,分别沿保偏光纤的X轴和Y轴传输。这2个正交模式的线偏振光经过λ/4波片后,分别变为左旋和右旋圆偏振光,进入传感光纤圈中传播。载流导线中传输的电流产生磁场,在传感光纤中产生法拉第磁光效应,使这2束圆偏振光产生相位差,经反射镜端面处反射后,2束圆偏振光的偏振模式互换(即左旋光变为右旋光,右旋光变为左旋光),再次通过传感光纤圈并经法拉第效应,使2束光产生的相位差加倍。 实际产生的相位差ϕF为: ϕF=4NVI (1) 式中:N为光纤圈数;V为光纤维尔德常数;I为导线中通过的电流。 这2束光再次通过λ/4波片后,恢复为线偏振光返回,并在起偏器处发生干涉。最后,携带由法拉第效应产生的非互易相位差信息的光,通过环行器进入光电探测器,接收到的光功率Pd可表示为: 式中:K为光路损耗系数;P0为光源输出光强;ϕb为干涉仪的相位偏移。 如式(2)所示,可通过检测输出光强信号确定待测电流产生的相位差ϕF,进而依据式(1)计算出导线中通过的电流值。 为了检测电流产生的相位差ϕF,采用在光纤陀螺中较成熟的全数字闭环反馈的信号检测方案[8]。该方案具有动态范围大、检测精度高的优点。 2 FOCT温度误差分析 如图1所示,在实际挂网过程中,前半部分光路和电路一般放置于变电站控制室屏柜内或带温控的机箱内,工作温度比较稳定。受环境温度影响较大的主要是室外部分光路,包含传输光缆和光纤传感头部分,而传输光缆使用的光纤为保偏光纤,其光学特性对温度较不敏感,因此受环境温度影响最大的部分为光纤传感头。 光纤传感头包含3部分:λ/4波片、传感光纤圈和反射镜。由于反射镜一般采用在光纤端面镀介质膜的方法,其介质膜反射率在-40～70 ℃范围内受温度变化影响很小,因此整个光纤传感头中受温度影响最严重的器件是λ/4波片和传感光纤圈。下文将详细研究这2个光路元件引入的温度误差。 2.1λ/4波片引入的温度误差分析 λ/4波片的作用是将2束沿保偏光纤偏振主轴传输的线偏振光转变为旋向相反的2束圆偏光,并且在这2束圆偏光产生法拉第相移后,再重新转变为模式互换的2束线偏振光。它通常由2段保偏光纤以45°对轴熔接制作而成,其中输出端光纤的长度截取为保偏光纤拍长的1/4。在理想情况下,λ/4波片的对轴角θ为45°,相位延迟角φ为90°。但由于制作工艺存在误差以及温度对波片相位延迟的影响,λ/4波片并非一直工作在理想状态,此时光电探测器上探测的光强可表示为[9]: 令q=1-sin φsin 2θ,将式(3)展开,并忽略q2引起的微小误差项,可得 Pd=4KP0[1-qcos ϕb+(1-q)cos(ϕF-ϕb)] (4) 在闭环反馈的信号检测方案中,由于相位调制器受到方波调制[8],因此干涉仪的相位偏移ϕb=±π/2,可得 Pd=4KP0[1±(1-q)sin ϕF] (5) 除去直流项后,可得系统的干涉输出Pd为: Pd=4KP0sin φsin 2θsin ϕF (6) 由于系统使用闭环反馈的检测方案,因此在每个反馈循环中,法拉第效应产生的相位差ϕF很小,因此式(6)可近似为: Pd=4KP0ϕFsin φsin 2θ (7) 由式(7)可以看出,FOCT的输出直接受λ/4波片性能的影响,当λ/4波片的相位延迟角φ或对轴角θ随外界环境温度发生变化时,FOCT的比例系数就会发生变化,从而引入温度误差。定义室温T0为25 ℃时λ/4波片的相位延迟角为φ0,温度变化引起的波片相位延迟角变化量为Δφ,则根据式(7)和式(1)可推导出互感器电流相对误差(简称比差)Er为: 式中:ϕF′为温度变化时的相位测量值。 由文献[10]可知波片的相位延迟角φ为: φ=Δβ0L0[1+C(T-T0)] (9) 式中:Δβ0为保偏光纤X轴与Y轴的传播常数差;C为保偏光纤相位延迟角随温度变化的系数;L0为光纤波片的长度;T为外界环境温度。 当温度发生变化时,波片的相位延迟角改变量Δφ为: Δφ=Δβ0L0C(T-T0) (10) 由于Δβ0=2π/LB其中,LB为λ/4波片光纤的拍长,且对于λ/4波片L0=LB/4,通常用于制作波片的保偏光纤为椭圆芯光纤,C=-0.012 6°/°C。将计算结果代入式(8),可得到互感器的比差与波片初始相位延迟角和温度的关系为: 当λ/4波片的初始相位延迟角分别为80°,85°,90°,95°,100°和105°时,温度从-40～70 ℃引起的FOCT比差曲线如图2所示。 由图2可以看出,当φ0=90°和φ0=95°时,Er<0.1%;当φ0>100°时,Er随着温度的升高由正值变为负值;当φ0<85°时,Er随着温度的升高由负值变为正值。 由上述分析可知,λ/4波片引入的温度误差大小和正负可以通过调整波片的初始相位延迟角φ0进行改变。 2.2 传感光纤圈引入的温度误差分析 2.2.1 线性双折射随温度变化引入的误差 传感光纤中的线性双折射与电流产生的法拉第效应一样,会使偏振光偏振面发生旋转,产生一个法拉第效应无法区分的误差信号,该误差的大小与光纤中线性双折射的大小有关[11]。光纤中的线性双折射由光纤本身固有因素和外界因素引起。前者主要由制造时光纤纤芯非圆引起, 后者则由压力、形状和环境温度等因素引起。与此同时,当环境温度发生变化时,传感光纤与封装材料的膨胀系数不同而产生的应力,导致线性双折射发生改变,也将引入温度误差。 为了减小线性双折射的影响,可采取以下措施。 1)减小光纤固有双折射。可采用低双折射率光纤,该光纤在制造过程中,将普通光纤的预制棒绕轴向旋转,旋转速度达到每分钟几千转,可大大减小光纤的不对称性,从而减小光纤的固有双折射。 2)沿轴向扭转已制好的传感光纤,在光纤中引入大量的圆双折射来抑制线性双折射,使系统保持较高的测量灵敏度和温度稳定性[12]。 3)采用将传感光纤圈退火的方法可以有效消除弯曲产生的线性双折射;其缺点是由于高温退火,使光纤变得异常脆弱,对退火光纤的封装提出了很高的要求。 4)采用与光纤膨胀率相近的封装材料对传感光纤圈进行封装,减小温度变化引起的线性双折射。 2.2.2 维尔德常数随温度变化引入的误差 光纤维尔德常数V是衡量其磁致旋光效应的主要参数,它的大小与物质的性质和光的频率有关。在实际应用中,由于物质的性质随温度变化,因此维尔德常数也与温度有关[13],对于SiO2光纤来说,其维尔德常数与温度的关系可表示为: 式中:V0为室温25 ℃下的维尔德常数。 1 310 nm波长的V0≈1.1×10-6rad/A。因此,维尔德常数随温度的变化率为: 由维尔德常数变化引入的温度误差可表示为: 式中:ΔV为维尔德常数变化量。 由式(14)可以看出,不同温度下维尔德常数变化引入的误差与温度呈线性关系。当温度由-40 ℃变化到70 ℃时,由于维尔德常数变化引起的FOCT比差从-0.45%变化到0.31%,变化量为0.76%,已经超出了0.2 s级测量用电子式电流互感器要求的0.2%的误差极限,必须采取措施进行补偿。 3 FOCT温度误差补偿技术 综合上述FOCT温度误差分析可知,温度误差的2个主要来源是:①λ/4波片的初始相位延迟角引入的误差;②维尔德常数变化引入的误差。那么是否存在一个合适的φ0,使得在每一个温度点波片引入的温度误差正好与维尔德常数引入的温度误差大小相近,正负相反,从而实现系统温度误差的相互补偿。下文将估算该初始相位延迟角φ0的大小。 由图2可知,当100°<φ0<105°时,随着温度的升高,Er由正值转为负值,并且通过线性拟合可知,此时温度误差曲线的线性度大于0.999。为了简化计算,可认为此时φ0引入的误差与温度近似呈线性关系。于是当温度由-40 ℃变化到70 ℃时,由φ0引起的FOCT比差变化总量ΔEr可表示为: 其曲线如图3所示。 从图3可以得到,要使λ/4波片引入的温度总误差正好补偿维尔德常数引入的温度总误差,即当ΔEr(φ0)=-0.76%时,φ0=101°。 为了验证当φ0=101°时,由波片引入的温度误差在各个温度点都与由维尔德常数引入的温度误差大小相近、符号相反,可将φ0=101°重新代入式(11),并作出其实际的误差曲线。如图4所示,3条曲线分别为φ0=101°时由λ/4波片引入的温度误差和维尔德常数变化引入温度误差,以及两者叠加后的合成误差。 从图4中可以看出,在-40～70 ℃的整个温度区间内,FOCT系统的合成误差小于0.1%,满足国家标准中0.2 s级测量用互感器的0.2%误差极限要求。 4 FOCT温度误差补偿试验结果 为了测试FOCT在高低温环境下的误差,参照GB/T 20840.8—2007国家标准的要求搭建了测试系统,其结构如图5所示。 升流器产生的一次电流通过基准电流互感器(TA)和待测FOCT。合并单元发出2路触发信号:一路触发FOCT检测电路输出待测FOCT信号;另一路触发基准A/D转换器对基准互感器的二次输出精密电阻器两端电压进行采样,得到基准TA信号。2路信号通过合并单元进入上位机进行误差分析。 为了验证上述计算结果,在室温25 ℃下制作了一个φ0=101°的FOCT传感头,放入高低温试验箱进行温度循环准确度试验,温度从-40～70 ℃变化,温度变化速率20 ℃/h。升流器输出的一次电流为800 A,FOCT的额定电流为4 000 A。测试结果如图6所示。 从图6可以看出,在环境温度从-40 ℃变化到70 ℃范围内,通过温度补偿措施,FOCT的最大比差为0.11%,小于国家标准中0.2 s级测量用互感器的0.2%误差极限,误差曲线存在的波动由传感光纤圈的线性双折射所引入。 5 结语 本文深入分析了FOCT的主要温度误差来源,理论计算了温度变化时光纤λ/4波片和维尔德常数引入的误差大小,提出了采用λ/4波片温度特性对光纤维尔德常数变化进行温度误差自补偿的方法,并计算出实现该方法需要的λ/4波片初始相位延迟角为101°。测试结果表明,采用该方法设计的FOCT比差在-40～70 ℃时为0.11%,满足国家标准中0.2 s级测量用电子式电流互感器的温度循环准确度要求。 摘要：分析了全光纤电流互感器(FOCT)温度误差的主要来源,理论计算了温度变化下光纤λ/4波片与维尔德(Verdet)常数引入的误差,提出了一种温度误差补偿技术。通过在制作光纤λ/4波片时选择合适的初始相位延迟角,使λ/4波片引入误差与维尔德常数引入误差正好相反,从而达到相互补偿的目的。试验结果表明,通过补偿,FOCT能够满足0.2s级测量用电子式电流互感器的温度循环准确度要求。 关键词:全程跟踪 显示准确 测量装置 改造 中图分类号:TE977 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0019-01 1 概述 温度是热电生产中既普遍又重要的一个操作参数,现场所有工艺过程,都要在一定温度下进行。电热产品的质量和产量以及生产的安全都直接与温度這一参数有关,因此,温度参数的准确与否对提高产品质量、生产率以及实现自动控制都具有重要意义。 我厂测量温度的变换元件分两种:热电偶、热电阻。热电偶,精度高、测量范围广,具有良好的复现性和稳定性,便于远距离测量,自动记录及多点测量等,因为它输出的信号为热电势,因此,一般测量时,可以不外加电源,使用方便,另外,其结构简单,体积较小,便于维护。 2 改造原因 基于热电偶的诸多优点,我厂此种元件使用较广,但由于热电偶的性质:即热电偶在实际应用时,由于冷端暴露在空间受到周围介质波动的影响,它的零点温度将引起变化,造成测量误差。因此其使用过程中需外加恒温器,对热电偶的冷端进行温度补偿,以消除由于环境温度变化引起的仪表读数误差。我厂一号机组的恒温器采用的是一种将环境温度恒定在60℃的电加热恒温炉。 2.1 在长期使用过程中暴露出如下缺点 (1)由于元件安装位置均不相同,则环境温度也有所不同,可恒温器对冷端环境温度补偿全部是60℃,造成的温度误差可想而知,给运行人员对温度的判断带来了极大的困难,尤其是主蒸汽温度,由于冷端补偿温度的不准确造成运行人员对温度参数判断失误,导致对工况参数调整不当,轻则造成造成主蒸汽温度超温,汽机被迫打闸停机,重则造成汽轮机缸体变形叶片脱落,机组瘫痪,对我厂造成的经济后果及损失不可估量。 (2)恒温器本身需供220V电源,长期下去,23台恒温器所需的用电量也是很可观的;对于我厂节能降耗的目标是严重冲击冲击,而且,恒温器的价格是每台2400元,恒温器非常容易损坏,且无法维修只能更换,这又是一笔不小的经济支出。 基于以上原因,根据我厂实际情况,对我厂一号机组原有热电偶冷端补偿器恒温箱装置进行改造。 3 改造方案 (1)将原有的恒温箱装置改成普通的分线箱,在分线箱内接一只普通的铂100热电阻。此分线箱内不需供电,原有输入输出线路无需变动,只要重新接到分线箱内即可。 (2)每台炉炉顶原有的7台恒温箱只需用一个分线箱代替即可,机侧6台恒温箱用一个分线箱代替。这样改造后,既节省空间又便于故障查找和维护。 (3)改造后,分线箱内的感温元件热电阻随环境温度变化而改变,温度补偿值不再是死值,在微机中是一个随机数值,时时的反映环境温度真实值,给热电偶一个准确的冷端补偿值,使温度参数正常情况下不在有偏差。为我厂经济稳定运行提供可靠数据。 4 系统实验 系统硬件搭接及软件组态完成后,对所有补偿过的温度参数进行严格的实验评价。 (1)所有补偿温度均能真实反应就地环境温度,并且,能随环境温度变化而变化; (2)改造后的温度参数准确率均能达到预期要求。 5 改造后经济效果 (1)设备损坏率减少95%节约了检修费用每年约4万元,减轻了职工劳动强度。 (2)年减少事故停机、停炉次数,每年节约启炉费用约2万元。 (3)保证了机组安全稳定的运行,年发电、供热多创效益约2万元。 (4)启炉、停炉过程中重要温度参数能正常工作,即能准确显示温度参数真实值。 (5)额定参数条件下温度数值稳定,准确。 (6)适用于滑参数运行。 (7)装置免维护减少了热工、锅炉专业的维护、检修资金。 6 结语温度补偿论文 篇2
温度补偿论文 篇3
房屋征收补偿协议书 货币补偿 篇4
温度补偿论文 篇5
温度和温度计教学设计 篇6
温度补偿论文 篇7
温度补偿论文 篇8