09-31-32自动校准技术

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1、智能仪器与系统33-34学时第六章智能仪器的自动测量和自检技术（一）仪器的自动校准测量的准确度和可靠性是智能仪器的两项基本技术指标。(体现仪器优劣)对智能仪器引入自动测量和自检功能,可以极大提高仪器的测量准确度。自动测量功能与自检功能的概念一.概述：1.自动测量功能主要指智能仪器在测量之前或开始测量之时,对仪器的自动校准技术.例如零点自动校准,放大倍率的自校准,量程的自动转换等功能.2.自检功能仪器运行一段时间后,自动对仪器故障进行检测与诊断的功能.1)检测:只判断有无故障.2)诊断:判断故障出现的部位.3.传统仪器有两种校正方案

2、可供选择。①利用同类型的准确度高的标准仪器来校准。校准的时候，标准仪器和被校仪器同时测量由可调信号源输出的一个信号，标准仪器上的输出作为真值，它与被校仪器的测量值之间的差值即为被校仪器的测量误差。由小到大的改变信号源的输出，就可以获得在所有测量点上的校准值。可调信号源标准仪器被校仪器②采用准确度高的可步进调节输出值的标准信号源校准的时候，信号源的示值作为真值，它与被校仪器示值的差值就是该被校仪器的测量误差。从小到大调节标准信号源的输出，就可以得到被校仪器在所有的测量点上的校准值。可调标准信号源被校仪器被校信号以上二种方案的缺点:1

3、)需由专业人员手动操作,使用极为不便.2)需由计量检定部门给出误差修正表或使用专门标准仪器.4.智能仪器的校准与传统仪器的校准是有区别的。智能仪器采用在微机的命令下，自动进行校准。采用校准方程,利用软件实现自动校准.它有如下的特点：1)无需手动,整个校准过程自动完成.2)根据校准源的取向分为外部校准和内部校准两种方法。1.零点漂移的自动校准二、智能仪器的自动校准1)零点漂移是造成零位误差的主要原因之一.即当输入信号为零的时候，输出不为零.并且有时零点漂移值随温度的变化而变化。(主要是器件稳定性引起的系差),可以通过选用稳定性高的输

4、入器件,从硬件上消除这种影响,但成本较高,且温度变化较大的场合,该方法不能确保零点的稳定性.为此可利用零点自动校准技术.2)自动校准原理假设零点漂移电压为Vos,校准零点漂移电压Vos电路的原理如下图:模拟通道的内部自动校准原理图在仪器内部的微机控制下，它们可以使模拟量测量通道依次与地、仪器内部标准源Vr和被测量Vi相接。Vos为折合到模拟量输入端的零点漂移电压。模拟测量通道cpu驱动器接口S3S1S2ViVosVr我们分两种情况对Vos的校准进行讨论：1)当零点漂移电压不变化的时候：这个时候的校准分以下三个步骤：①切断开关S2、

5、S3，闭合开关S1。即在微机的控制下，将模拟量输入通道与地接通，得到这种情况下的A/D转换的输出值N0；则有：N0=KVos；该式中，K为总的放大系数.模拟测量通道cpu驱动器接口S3S1S2ViVosVrV②在微机控制下,切断开关S1、S2，闭合开关S3。将被测信号Vi和漂移电压Vos一同送入模拟量通道；这个时候得到的一个A/D转换的输出值为：N1=K(Vi+Vos)；③最后一步，就是利用微机对上面两次测量数据进行计算：模拟测量通道cpu驱动器接口S3S1S2ViVosVrefVN=N1-N0=K(Vi+Vos)–KVos=KV

6、i计算后的A/D转换的输出值N，是消去了零点漂移电压Vos的影响，真正代表了输入电压Vi的输出值。NOTE：1)在这两次测量过程中，我们是假定Vos和总的倍率系数K是保持不变的。2)为了消去Vos，需进行两次测量，用了双倍的时间，对测量速度的影响比较大。2)当零点漂移电压Vos变化时：如果在上面的两次测量之间，Vos发生了变化，上述方法就不再适用；这个时候，就必须对Vos进行一个插值处理。假设Vos是线性变化的，对它的校准步骤如下：①合上开关S1，将输入通道与地接通,设这个时候的零点漂移电压为Vos1。在微机启动A/D转换测量Vo

7、s1的同时，启动仪器内部的计时单元，使它开始对测试时间计时。设起始时间为t1，A/D转换的输出值为N1。则：N1=KVos1；模拟测量通道cpu驱动器接口S3S1S2ViVosVrV②打开开关S1，合上开关S3，将被测量Vi接入,假设这时的零点漂移电压为Vos2。Vos2和被测量Vi一起输入到模拟测量通道的输入端，设A/D转换的输出值为N2，则有N2=K(Vi+Vos2)；同样在启动这一次A/D转换的时候，要读取内部计时单元的时间t2。③打开开关S2,再一次合上开关S1，将模拟输入接地,假设这个时候的零点漂移电压为变化为Vos3,

8、A/D转换的输出值为N3，则N3=KVos3；当微机启动A/D的时候，同样要读取一个时间t3。④设在时间t1-t3之间另点漂移Vos呈线性变化，可以通过计算机利用线性插值法来求零点漂移电压Vos2。模拟测量通道cpu驱动器接口S3S1S2ViVos