第7章 智能仪器的自动测量和自检技术

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1、概述6.1仪器的自动校准6.2仪器的自动测量6.3硬件故障自检6.4首页本章内容第6章智能仪器的自动测量和自检技术重点：返回1.仪器的自动校准3.硬件故障自检2.仪器的自动测量6.1概述仪器仪表的优劣主要体现在精度和可靠性两个方面。传统仪器测量结果的精度只能取决于仪表硬件各部分的精密性和稳定性水平,当上述水平降低，则性能明显下降。传统仪器在其部件有故障时往往也给出测量结果的显示值或执行控制动作，但并不通知使用者这是个错误的结果。下页上页返回下页上页返回（1）自动测量功能智能仪器由于具有仪器的自动校准、零点自动

2、调节、触发电平自动调节、量程自动转换等功能，极大地提高了仪器的测量精度;（2）自检功能智能仪器如果发生了故障，需要能自动进行故障的检测和诊断，并提醒操作人员注意，将影响降低到最低限度，以保证整个系统的安全和可靠运行。开机自检、周期性自检、键控自检数字式仪器仪表具有的功能优势下页上页返回6.2仪器的自动校准6.2.1、内部自动校准仪器的准确性受多种因素影响，需定期进行校准；常规校准方法是对标准源进行测量或采用更精密的仪器检验，需专业人士参与；内部自动校准技术利用仪器内部的校准源进行测量，量化不确定性，并自动将功

3、能、各量程按工作条件调整到最佳状态。下页上页返回6.2仪器的自动校准1．输入偏置电流的自动校准输入偏置电流Ib在该电阻上产生电压降，经A/D转换后储存于非易失性校准存储器内，作为输入偏置电流的修正值。在正常测量时，微处理器根据修正值选出适当的数字量到D/A转换器，经输入偏置电流补偿电路产生补偿电流Ib′，抵消Ib，消除仪器输入偏置电流带来的测量误差。类似思路：暗场测量，信号背景值测量；2．零点漂移自动校准将校准源零输出接到多用表的输入端，进入零点校准模式，此时多用表将选定功能的某一量程上的零点漂移测出并存入校

4、准存储器，正常测量时，只要从存储器中提取此参数，并从读数中减去就得到了修正。零点偏移校准前后的输入/输出特性下页上页返回3．增益自动校准增益自动校准原理微处理器通过输出口控制使仪器输入端接地，启动一次测量得到测量值N0，此值便是仪器衰减器、放大器、A／D转换器等模拟部件所产生的零位输出值N0。微处理器通过输出口又控制输入接基准电压VR，测得输出数据为NR，将N0、NR存入RAM的确定单元中；使仪器输入端接被测信号Vx，此时的测量值为Nx，则测量结果为下页上页返回6.2.2、外部自动校准外部校准要采用高精度的外

5、部标准。进行外部校准期间，板上校准常数要参照外部标准来调整。操作者按下自动校准的按键，仪器显示屏便提示操作者应输入的标准电压，操作者按提示要求将相应标准电压加到输入端之后，再按一次键，仪器就进行一次测量，并将标准量（或标准系数）存入到“校准存储器”，然后显示器提示下一个要求输入的标准电压值，再重复上述测量存储过程。当对预定的校正测量完成之后，校准程序还能自动计算每两个校准点之间的插值公式的系数，并把这些系数也存入“校准存储器”，这样就在仪器内部固定存储了一张校准表和一张内插公式系数表。在正式测量时，它们将同测

6、量结果一起形成经过修正的准确测量值。下页上页返回下页上页返回6.3仪器的自动测量一、触发电平自动调节触发电平自动调节原理输入信号是经过可程控衰减器传输到比较器，而比较器的比较电平(即触发电平)是由微处理器控制、经D／A转换器转换值来设定的。当经过衰减器的输入信号的幅度达到某一比较电平时，比较器输出将改变状态。触发检测器将检测到的比较器输出状态送到微处理器，把触发电平测出来了。二、量程自动转换1.采用程控放大器程控放大器量程转换原理图不同传感器、同种传感器不一致的输出条件，输出差别，无法利用AD有效位，影响了测

7、量范围和精度；必须选择合适量程；对幅值小的信号采用大增益，对幅值大的采用小增益，使A/D转换器信号满量程达到均一化。下页上页返回不同传感器的量程转换原理图2.自动切换不同量程的传感器1#传感器的最大量程范围为M1，2#传感器的最大量程范围为M2，且M1>M2，设它们的满量程输出是相同的。测量时，总是1#传感器先投入工作，2#处于过载保护状态，待软件判别确认量程后，再置标志位，选取量程M1或M2。此方案适合传感器价格便宜的测量仪器。下页上页返回6.4故障的检测与诊断1．开机自检当仪器接通电源或复位后，仪器进行一

8、次自检，在以后的测控过程中不再进行。2．周期性自检大多数智能仪器在运行过程中，要不断地、周期性地插入自检操作。这种自检完全是自动进行的，并且是在测量工作的间歇期间完成的，不干扰正常测控任务。3．键控自检有些仪器是在面板上设置一个自检按键，由操作者控制用来启动自检程序。下页上页返回当程序投运之前，检查其能否正确写入和读出数据。一般先将检查字“AAH”写入RAM单元，然后按所写的单元地址逐字节读出，检查