Application of adaptive signal processing in error compensation of transient temperature measurements

• Autorzy: Minkina W. , Gryś S.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie adaptacyjnego przetwarzania sygnałów w korekcji błędów pomiarów dynamicznych temperatury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with application of selected methods of parametric identification to compensation of thermometers dynamic errors. We present an algorithm of digital compensation based on application of an auxiliary sensor. Because the identification can be conducted on-line, the algorithm can be applied to nonlinea sensors with time-varying dynamical properties. The algorithm has been worked out in two versions whose names, LMS (Last Mean Squares) and RLS (Recursive Least Squares), indicate how the dynamic parameters of the thermometers are determined. Theoretical considerations are illustrated by an example of dynamic error compensation of a shielded thermocouple that measures steady-state gas temperature. A shielded thermocouple of bigger diameter is used as the auxiliary sensor. The presented compensation algorithm can be applied to control of nominal temperature and detection of rapid temperature changes occuring in normal operating conditions or in failures as well as for measurements of arbitrary temperature transients. It can be also used to compensate dynamic errors of sensor of other physical quantities, whose dynamical properties in the discrete time domain are described by a difference equation.

PL

W pracy opisano zastosowanie wybranych metod identyfikacji parametrycznej w korekcji błędów dynamicznych termometrów. Przedstawiono algorytm cyfrowej korekcji wywodzący się z koncepcji zastosowania dodatkowego czujnika. Dzięki możliwości przeprowadzania identyfikacji "na bieżąco", algorytm może być stosowany do czujników nieliniowych o zmieniających się właściwościach dynamicznych. Algorytm opracowano w dwóch wersjach, których nazwy: LMS (z ang. Least Mean Squares) i RLS (z ang. Recursive Least Squares) wskazują na sposób wyznaczania parametrów dynamicznych termometrów. Rozważania teoretyczne zilustrowano przykładem korekcji błędów dynamicznych termoelementu płaszczowego, mierzącego wartość ustalonej temperatury gazu. Jako czujnika pomocniczego użyto termometru płaszczowego o większej średnicy. Przedstawiony algorytm korekcji może znaleźć zastosowanie w kontroli temperatury ustalonej i wykrywaniu nagłych skoków temperatury, występujących w normalnych warunkach pracy i stanach awaryjnych, bądź w pomiarach temperatury o dowolnym przebiegu w czasie. Algorytm może być również stosowany do korekcji błędów dynamicznych czujników innych wielkości fizycznych, których własności dynamiczne opisuje równanie różnicowe.

Słowa kluczowe

EN

dynamical properties of temperature sensor; adaptive signal processing

PL

właściwości dynamiczne czujnika temperatury; adaptacyjne przetwarzanie sygnałów

• Wydawca: Komitet Metrologii i Aparatury Naukowej PAN
• Czasopismo: Metrology and Measurement Systems
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 9, nr 2
• Strony: 125--139
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Minkina W.

• Technical University of Częstochowa, Institute of the Electronics and Control Systems

autor

Gryś S.

• Technical University of Częstochowa, Institute of the Electronics and Control Systems

Bibliografia

• 1. Šukšunov V. E.: Compensators in transient temperature measurements. Biblioteka po avtomatikie. Energia. Moskva 1970. (in Russian).
• 2. Cambray P.: Combustion Science and Technologie, no. 45, 1986, pp. 221-224.
• 3. Tagawa M., Ohta Y.: Two-thermocouple probe for fluctuating temperature measurement in combustion - rational estimation of mean and fluctuating time constants. Combustion and Flame, no. 109, 1997, pp. 549-560.
• 4. Saggin B.: Dynamic error correction of a thermometer for atmospheric measurements. Measurement, no. 30, 2001, pp. 223-230.
• 5. Augustin S., Bernhard F.: Numerical calculation of static and dynamic parameters of industrial temperature sensors. Measurement, no. 17, 4/1996, pp. 217-228.
• 6. Kerlin T. W., Shepard R. L., Hashemian H. M., Petersen K. M.: Response of installed temperature sensors, Temperature: Its measurement and control in science and industry. Instrument Society of America, Pittsburgh, USA, vol. 5, 1982.
• 7. Kerlin T. W., Hashemian H. M., Petersen K. M.: Time response of temperature sensors, ISA Transactions, vol. 20, no. 1, 1981, pp. 65-77.
• 8. Lecordieur J. C., Dupont A., Gajan P., Paranthoen P.: Correction of temperature fluctuation measurements using cold wires, J. Phys. E.: Sci. Instrum., vol. 17, 1984, pp. 307-311.
• 9. Minkina W.: Theoretical and experimental identification of the temperature sensor unit step response non-linearity during air temperature measurement, Sensors and Actuators A: Physical, no. 78. 1999, pp. 81-87.
• 10. Minkina W.: Non-linear models of temperature sensor dynamics. Sensors and Actuators A: Physical, no. 30,. 1992,. pp. 209-214.
• 11. Gryś S., Minkina W.: Adaptive compensation of thermometer dynamics in a two-sensor-system. 8th International Symposium on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science TEMP-MEKO'2001, Berlin, Germany, vol. 2, 2001, pp. 963-968.
• 12. Soderstrom T., Stoica P.: System Identification. Prentice Hall International,. London 1989.
• 13. Hägglund T.: Adaptive control of systems subject to large parameter changes. 9th IFAC World Congress. Budapest, Hungary, vol. 7, 1984, pp. 202-207.
• 14. MATLAB DSP Blockset, User's Guide version 2, MathWorks 1997.
• 15. Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (polish edition) GUM, Warszawa 1999.