專利名稱：一種測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置。
背景技術(shù)：
測(cè)量模塊是用于將接收的自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)傳感器輸出的各種信號(hào)(如熱電偶的電位差、熱電阻的阻抗、以及標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)等)經(jīng)過采樣測(cè)量，并按照模塊的特性曲線的基準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算出被測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)果的電路模塊。
測(cè)量模塊對(duì)信號(hào)的處理都有一定的精度要求，故在生產(chǎn)測(cè)量模塊時(shí)需要對(duì)模塊內(nèi)部的基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證測(cè)量的精度要求。
目前在生產(chǎn)測(cè)量模塊中，對(duì)測(cè)量模塊的校準(zhǔn)采用的是人工的方法，操作過程大致如下采用高精度的萬用表監(jiān)控測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)備(如電阻箱、電子電位差計(jì)等)，通過人工調(diào)節(jié)將某一標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出給被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊。被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊采樣這些信號(hào)并輸出測(cè)量的結(jié)果，通過模塊的特性曲線的計(jì)算公式計(jì)算出達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值所需調(diào)整的數(shù)據(jù)，人工調(diào)整被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊中的調(diào)整元件或參數(shù)，使得被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊輸出的測(cè)量結(jié)果達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)值。通過采用變換測(cè)量量程范圍內(nèi)多點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)數(shù)值，對(duì)整個(gè)量程的精度進(jìn)行調(diào)整，使被校準(zhǔn)測(cè)量模塊達(dá)到校準(zhǔn)的精度要求。
采用這種人工調(diào)整方法對(duì)模塊進(jìn)行校準(zhǔn)，一般情況下，一臺(tái)高精度的萬用表只能監(jiān)控一個(gè)模塊的校準(zhǔn)工作，而且人工調(diào)節(jié)控制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)至某一標(biāo)準(zhǔn)值的速度較慢，造成校準(zhǔn)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度高卻效率較低的狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，以提高校準(zhǔn)測(cè)量模塊的效率。
本實(shí)用新型的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，包括計(jì)算機(jī)和智能信號(hào)源，其中智能信號(hào)源包括CPU處理器、非易失性存儲(chǔ)器、由標(biāo)準(zhǔn)電壓源構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、信號(hào)選擇開關(guān)、信號(hào)量度選擇開關(guān)和用于通訊及接插測(cè)量模塊的接口，計(jì)算機(jī)通過接口中的通訊端口與CPU處理器相連，CPU處理器的輸出控制端與信號(hào)選擇開關(guān)及信號(hào)量度選擇開關(guān)的控制端相連，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的輸出端與信號(hào)選擇開關(guān)的輸入端連接，信號(hào)選擇開關(guān)的輸出端與信號(hào)量度選擇開關(guān)的輸入端相連，信號(hào)量度選擇開關(guān)的輸出端與接口中的信號(hào)端口相連，接口中的通訊端口與計(jì)算機(jī)相連，非易失性存儲(chǔ)器的讀寫控制線與CPU處理器的控制端連接。
該裝置用于測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊接插到接口的接插測(cè)量模塊的端口上，計(jì)算機(jī)發(fā)送控制命令給CPU處理器，并接收智能信號(hào)源中非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)的與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)代碼，由CPU處理器控制信號(hào)選擇開關(guān)和信號(hào)量度選擇開關(guān)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的輸出信號(hào)進(jìn)行選擇，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源產(chǎn)生不同類型的信號(hào)輸入選擇開關(guān)，通過信號(hào)選擇開關(guān)選擇一種類型的信號(hào)輸給信號(hào)量度選擇開關(guān)，經(jīng)過信號(hào)量度選擇開關(guān)的選擇控制，將一定類型及量度的信號(hào)輸給被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊，被校準(zhǔn)測(cè)量模塊將輸入的一定類型及量度的測(cè)量信息輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過程序?qū)χ悄苄盘?hào)源的標(biāo)準(zhǔn)代碼及被校準(zhǔn)測(cè)量模塊返回的測(cè)量信息，按照一定的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到校準(zhǔn)的結(jié)果，該校準(zhǔn)結(jié)果通過接口中的通訊端口輸?shù)奖恍?zhǔn)測(cè)量模塊中，并保存在被校準(zhǔn)測(cè)量模塊的存儲(chǔ)器中，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)的測(cè)量模塊進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)之目的，以保證出產(chǎn)測(cè)量模塊的高精度。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型裝置，采用智能信號(hào)源代替了普通信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字萬用表，使測(cè)量模塊的校準(zhǔn)工作擺脫了對(duì)信號(hào)發(fā)生器的調(diào)節(jié)和對(duì)數(shù)字萬用表測(cè)量讀數(shù)的依賴。
2.用自動(dòng)校準(zhǔn)的方法代替了人工校準(zhǔn)的方法，提高了校準(zhǔn)測(cè)量模塊的生產(chǎn)效率。


圖1是本實(shí)用新型構(gòu)成方框圖。
圖2是智能信號(hào)源的一種具體電路圖。
圖3是本實(shí)用新型的外形示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置包括計(jì)算機(jī)1和智能信號(hào)源2，其中智能信號(hào)源2包括CPU處理器U1、非易失性存儲(chǔ)器U2、由標(biāo)準(zhǔn)電壓源構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源U3、信號(hào)選擇開關(guān)U4、信號(hào)量度選擇開關(guān)U5和用于通訊及接插測(cè)量模塊的接口U6，計(jì)算機(jī)1的通訊接口通過接口U6中的通訊端口與CPU處理器U1的通訊接口相連，非易失性存儲(chǔ)器U2的讀寫控制線與CPU處理器U1的控制端連接，用于儲(chǔ)存與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)代碼。CPU處理器U1的輸出控制端與信號(hào)選擇開關(guān)U4及信號(hào)量度選擇開關(guān)U5的控制端相連，控制著輸出信號(hào)及量度的選擇；標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源U3的輸出端與信號(hào)選擇開關(guān)U4的輸入端連接，信號(hào)選擇開關(guān)的輸出端與信號(hào)量度選擇開關(guān)U5的輸入端相連，信號(hào)量度選擇開關(guān)U5的輸出端與接口U6中信號(hào)端口相連，將信號(hào)提供給被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊，接口U6中的通訊端口與計(jì)算機(jī)相連。這樣，被校準(zhǔn)測(cè)量模塊返回的測(cè)量信息通過接口U6中的通訊端口輸入到計(jì)算機(jī)。而經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算得到的校準(zhǔn)結(jié)果，通過接口U6的通訊端口又可輸?shù)奖恍?zhǔn)測(cè)量模塊的存儲(chǔ)器中。
上述智能信號(hào)源2是一種具有通訊功能的、具有多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出功能及具有與輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)代碼的電路。它可以通過接口U6中的通訊接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)，獲得計(jì)算機(jī)要求的執(zhí)行動(dòng)作的命令，即計(jì)算機(jī)要求智能信號(hào)源輸出一定規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的命令。智能信號(hào)源接收到計(jì)算機(jī)的命令后，將命令按照與計(jì)算機(jī)通訊的協(xié)議對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出計(jì)算機(jī)命令要求的輸出信號(hào)的信號(hào)類型、信號(hào)量度等信息，并將與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)代碼返回給計(jì)算機(jī)，取代了數(shù)字萬用表對(duì)輸出信號(hào)的測(cè)量值。
標(biāo)準(zhǔn)代碼是一組和輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值對(duì)應(yīng)的線性數(shù)組，用于替代經(jīng)過數(shù)字化的數(shù)字萬用表測(cè)量輸出信號(hào)的測(cè)量值。在本實(shí)用新型中，定義30000個(gè)碼對(duì)應(yīng)各種信號(hào)滿量程的數(shù)值，如將4-20mV標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)中的4mV定義為0碼，20mV定義為30000碼，那么每1個(gè)碼＝(20-4)/30000＝0.5333uV。在4-20mV標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)類型中，1000個(gè)碼＝4+0.5333 uV×1000＝4.5333mV的信號(hào)值。其他信號(hào)的代碼計(jì)算的方法依此類推。
圖2給出的是智能信號(hào)源的一種具體電路圖。CPU處理器U1是智能信號(hào)源的核心控制部分，采用AT89系列單片機(jī)，圖示實(shí)例中，CPU處理器U1采用AT89LS8252，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源U3采用精密的電壓基準(zhǔn)器件REF102CM，信號(hào)選擇多路開關(guān)U4和量程選擇多路開關(guān)U5分別采用MC14051，接口U6采用BUS64。
CPU處理器AT89LS8252的控制信號(hào)D0-D3通過光電隔離器U24，這里，光電隔離器用TLP521-4隔離，產(chǎn)生CH1-CH4的控制信號(hào)，用于信號(hào)類型與量度選擇的控制?？刂菩盘?hào)CH3、CH4連接到信號(hào)選擇多路開關(guān)MC14051的通道控制端A、B、C。控制信號(hào)CH1、CH2連接到量程選擇多路開關(guān)MC14051的通道控制端A、B、C。
電壓基準(zhǔn)U3輸出穩(wěn)定的5V電壓，通過精密電阻RJ1、RJ5、RJ6分壓得到一定規(guī)格要求的電壓值，如5V、100mV、20mV等規(guī)格的電壓。各規(guī)格的電壓信號(hào)輸入到信號(hào)選擇多路開關(guān)MC14051的輸入端X0、X1、X2、X3，通過不同的組合，選擇輸出其中的一個(gè)信號(hào)。這個(gè)輸出信號(hào)(MC14051的X端)再通過精密電阻RJ7-RJ10分壓得到一定百分量的電壓值，如100％、90％、50％、10％點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值20mV、18.4mV、12mV、5.6mV等電壓值，這些電壓值輸入到量程選擇多路開關(guān)MC14051的輸入端X0、X1、X2、X3，控制選擇輸出其中一個(gè)量度的信號(hào)。該輸出信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器U15進(jìn)行阻抗匹配后，輸出到接口BUS64的插接測(cè)量模塊的端口AOUT1-AOUT8，將信號(hào)提供給被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊。
通常，將智能信號(hào)源2集裝成便于被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊3接插的箱體，見圖3所示。
被校測(cè)量模塊對(duì)智能信號(hào)源的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并將測(cè)量值通過接口BUS64返回給計(jì)算機(jī)。通過對(duì)信號(hào)量程內(nèi)的多個(gè)信號(hào)點(diǎn)的測(cè)量，按照輸出信號(hào)的特性曲線的公式，計(jì)算出測(cè)量模塊的特性曲線的參數(shù)，將參數(shù)存在測(cè)量模塊的存儲(chǔ)器中，作為測(cè)量模塊的特性曲線在計(jì)算采樣信號(hào)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，完成測(cè)量模塊的校準(zhǔn)工作。
本實(shí)用新型裝置在用于校準(zhǔn)測(cè)量模塊前，對(duì)于裝置中的智能信號(hào)源需經(jīng)過校準(zhǔn)，以保證智能信號(hào)源輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的數(shù)值與對(duì)應(yīng)的數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)代碼在信號(hào)量程范圍內(nèi)的特性曲線保持一致，使得標(biāo)準(zhǔn)代碼能夠真實(shí)的反映輸出信號(hào)值，保證計(jì)算機(jī)得到的標(biāo)準(zhǔn)代碼可以代替高精度數(shù)字萬用表對(duì)輸出信號(hào)的測(cè)量。
智能信號(hào)源的校準(zhǔn)方法如下將計(jì)算機(jī)的RS232串口與數(shù)字萬用表的RS232串口相連接，計(jì)算機(jī)通過接口U6的通訊接口命令智能信號(hào)源輸出一定標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，數(shù)字萬用表的輸入端接到接口U6的信號(hào)端口，對(duì)智能信號(hào)源輸出的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，通過一定的計(jì)算公式計(jì)算出該標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)代碼，將該結(jié)果寫入到智能信號(hào)源的非易失性存儲(chǔ)器中U2。通過此方法，使得智能信號(hào)源輸出的各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)各有一個(gè)精確的標(biāo)準(zhǔn)代碼與之對(duì)應(yīng)。
以下通過對(duì)20mV電壓信號(hào)測(cè)量模塊進(jìn)行校準(zhǔn)為例，進(jìn)一步描述本實(shí)用新型裝置的校準(zhǔn)的過程。
20mV的電壓信號(hào)的特性曲線是一條線性的曲線，可以用公式y(tǒng)＝kx+b來表示，只要確定了k、b值，就可以確定這條特性曲線。為了使得曲線擬合的精度最高，采用了最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，需要對(duì)3個(gè)信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行采樣，得出計(jì)算數(shù)據(jù)。
先將被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊插入到智能信號(hào)源的接口U6中。計(jì)算機(jī)通過控制智能信號(hào)源的信號(hào)選擇開關(guān)U4選擇20mV的電壓信號(hào)，20mV的電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)量度選擇開關(guān)U5選擇，分別輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的量程上的上限點(diǎn)S1＝18.4mV、中間點(diǎn)S2＝12mV和下限點(diǎn)S3＝5.6mV的信號(hào)，使標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)上限點(diǎn)、中間點(diǎn)和零點(diǎn)的信號(hào)分別于計(jì)算機(jī)要求的時(shí)刻輸出到智能信號(hào)源的接口U6，測(cè)量模塊采樣各點(diǎn)的輸出信號(hào)，得到對(duì)應(yīng)的采樣值T1、T2、T3。
計(jì)算機(jī)從智能信號(hào)源的非易失性儲(chǔ)存器U2中讀取各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)代碼值S1、S2、S3。
得到以下方程式組T1＝K×S1+B---(1)T2＝K×S2+B---(2)T3＝K×S3+B---(3)定義D1＝S1+S2+S3D2＝S1×S1+S2×S2+S3×S3D3＝T1+T2+T3D4＝S1×T1+S2×T2+S3×T3得出K、B值的計(jì)算公式K＝(3×D4-D1×D3)/(3×D2-D1×D1)B＝(D2×D3-D1×D4)/(3×D2-D1×D1)計(jì)算機(jī)根據(jù)最小偏差原則，根據(jù)以上公式計(jì)算出一條虛擬的測(cè)量特性曲線，使得按照此特性曲線，在全量程內(nèi)各輸入信號(hào)點(diǎn)的最大的測(cè)量偏差達(dá)到最小。將該曲線的關(guān)鍵系數(shù)寫入被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊的存儲(chǔ)器中，達(dá)到校準(zhǔn)測(cè)量模塊的目的。
權(quán)利要求1.一種測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于包括計(jì)算機(jī)(1)和智能信號(hào)源(2)，其中智能信號(hào)源(2)包括CPU處理器(U1)、非易失性存儲(chǔ)器(U2)、由標(biāo)準(zhǔn)電壓源構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(U3)、信號(hào)選擇開關(guān)(U4)、信號(hào)量度選擇開關(guān)(U5)和用于通訊及接插測(cè)量模塊的接口(U6)，計(jì)算機(jī)(1)通過接口(U6)中的通訊端口與CPU處理器(U1)相連，CPU處理器(U1)的輸出控制端與信號(hào)選擇開關(guān)(U4)及信號(hào)量度選擇開關(guān)(U5)的控制端相連，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(U3)的輸出端與信號(hào)選擇開關(guān)(U4)的輸入端連接，信號(hào)選擇開關(guān)的輸出端與信號(hào)量度選擇開關(guān)(U5)的輸入端相連，信號(hào)量度選擇開關(guān)(U5)的輸出端與接口(U6)中的信號(hào)端口相連，接口(U6)中的通訊端口與計(jì)算機(jī)相連，非易失性存儲(chǔ)器(U2)的讀寫控制線與CPU處理器(U1)的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于CPU處理器(U1)是AT89系列單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(U3)是電壓基準(zhǔn)器件REF102。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于信號(hào)選擇多路開關(guān)(U4)和量程選擇多路開關(guān)(U5)分別采用MC14051。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于接口(U6)采用BUS64。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于所說的智能信號(hào)源(2)集裝成便于被校準(zhǔn)的測(cè)量模塊接插的箱體。
專利摘要測(cè)量模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)裝置包括計(jì)算機(jī)和智能信號(hào)源，其中智能信號(hào)源包括CPU處理器、非易失性存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、信號(hào)選擇開關(guān)、信號(hào)量度選擇開關(guān)和用于通訊及接插測(cè)量模塊的接口，計(jì)算機(jī)與CPU處理器相連，CPU處理器的輸出控制端與信號(hào)選擇開關(guān)及信號(hào)量度選擇開關(guān)的控制端相連，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的輸出端與信號(hào)選擇開關(guān)的輸入端連接，信號(hào)選擇開關(guān)的輸出端與信號(hào)量度選擇開關(guān)的輸入端相連，信號(hào)量度選擇開關(guān)的輸出端與接口中的信號(hào)端口相連，接口中的通訊端口與計(jì)算機(jī)相連，非易失性存儲(chǔ)器的讀寫控制線與CPU處理器的控制端連接。采用該裝置使測(cè)量模塊的校準(zhǔn)擺脫了對(duì)信號(hào)發(fā)生器的調(diào)節(jié)和對(duì)數(shù)字萬用表測(cè)量讀數(shù)的依賴，并可提高校準(zhǔn)測(cè)量模塊的生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G01R35/00GK2630863SQ0323266
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月28日
發(fā)明者袁劍蓉, 彭圣嘉, 鄭偉建, 邵黎勛 申請(qǐng)人:浙江浙大中控技術(shù)有限公司