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1、第7章 智能仪器的自动测量和自检技术第1页，共27页，编辑于2022年，星期一l 重点重点：返 回1.仪器的自动校准3.硬件故障自检2.仪器的自动测量第2页，共27页，编辑于2022年，星期一6.1 6.1 概概 述述 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 回第3页，共27页，编辑于2022年，星期一下 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
2、自动调节、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数字式仪器仪表具有的功能优势第4页，共27页，编辑于2022年，星期一下 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，并自动将功能
3、、各量程按工作条件调整到最佳状态。第5页，共27页，编辑于2022年，星期一下 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；第6页，共27页，编辑于2022年，星期一2 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
4、入校准存储器，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。零零点点偏偏移移校校准准前前后后的的输输入入/输出特性输出特性下 页上 页返 回第7页，共27页，编辑于2022年，星期一3 增益自动校准增增益益自自动动校准原理校准原理 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、AD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 回第8页，共27页，编辑于202
5、2年，星期一6.2.2、外部自动校准 外部校准要采用高精度的外部标准。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，它们将同测量结果一起形成经过修正的
6、准确测量值。下 页上 页返 回第9页，共27页，编辑于2022年，星期一下 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DA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。第10页，共27页，编辑于2022年，星期一二、量程自动转换1.采用程控放大器程程控控放放大大器器量量程程转换原理图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
7、位，影响了测量范围和精度；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 回第11页，共27页，编辑于2022年，星期一 不不同同传传感感器器的的量量程转换原理图程转换原理图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M1M2，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 回第12页，共27页，编辑于2022年，星期一6.4 6.4
8、 故障的检测与诊断故障的检测与诊断 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 回第13页，共27页，编辑于2022年，星期一 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，检查是否全为“AAH”；再写入检查字“55H”，同样以所写单元地址逐
9、字节读出，检查是否全为“55 H”。检查字“AAH”和“55H”均为相邻位电平相反，且“AAH”和“55H”互为反码。循环一遍即可实现各位写“0”、读“0”和写“1”、读“1”的操作。一、RAM的自检情况一下 页上 页返 回RAM的作用？第14页，共27页，编辑于2022年，星期一RAM的自检流程一下 页上 页返 回第15页，共27页，编辑于2022年，星期一 当程序投运之后，作为数据区的RAM已存放有一定的信息，检查程序绝对不能破坏原有的内容，因此上述方法已不再适用。情况二 可采用“异或”的办法进行检查，即先从被检查的RAM单元中读出信息，求反后再与原单元内容进行一次异或运算，若其结果为全“
10、1”，表明该单元工作正常，否则应给出错误指示。下 页上 页返 回第16页，共27页，编辑于2022年，星期一下 页上 页返 回RAM的自检流程一第17页，共27页，编辑于2022年，星期一二、二、ROMROM的自检的自检 将调试好的程序向ROM中固化时，保留一个单元(一般是程序结束后的后继单元)不写程序而写入检验字。校验字的状态应使ROM中每一列具有奇数(或偶数)个1，从而使校验和为全“1”(或全“0”)。ROMROM地址地址ROMROM中内容中内容备注备注0 011111110111111101 111000110110001102 210101010101010103 3011111100
11、11111104 401010101010101015 510001101100011016 600000000000000007 71100101111001011校验字校验字1111111111111111校验和校验和设计思想ROM自检数据下 页上 页返 回第18页，共27页，编辑于2022年，星期一ROM的自检流程下 页上 页返 回第19页，共27页，编辑于2022年，星期一三、键盘与显示器的自检 CPU每取得一个按键闭合的信号，就反馈一个信息（最常用的反馈信息是声光输出），如果反馈信息与预先设定的一致，就认为功能正常。如果按下某键无反馈信息，往往是该键接触不良；如果按某一排键均无反馈信
12、号，则与对应的电路或扫描信号有关；如果所有键均无反馈信息，则键盘扫描系统已经瘫痪或者监控程序已被破坏。键盘的自检下 页上 页返 回第20页，共27页，编辑于2022年，星期一另一种是显示某些特征字符，一般是控制系统的名称或代号，持续一段时间自动消失，进入其它初态或某种操作状态。显示装置的检查方式一方式一让显示器的所有字段都发光，然后再使所有字段都不发光，以检查显示器及相应接口电路是否处于正常工作状态。当表明工作正常之后，按下任何一个按键均应脱离初始自检方式，给出正常的工作符号或状态；方式二方式二下 页上 页返 回第21页，共27页，编辑于2022年，星期一下 页上 页返 回显示装置自检程序流程
13、图第22页，共27页，编辑于2022年，星期一四、输入通道的自检v 若变送器内部或接线盒端子短路，Vin为24V，此时ADC 转换的数字量为满量程(即数字量最大)；v 若变送器内部或接线盒端子开路，Vin为0 V，此时ADC转换的数字量为最小(通常为零)。模拟输入通道变送器部分的自检下 页上 页返 回第23页，共27页，编辑于2022年，星期一变送器与变送器与ADCADC连接图连接图下 页上 页返 回 将参考电源接至A/D转换器的输入端，启动测量，将此次采样结果再同ROM中的预定值加以比较，若误差在许可范围内，则AD转换器正常，否则可以判定AD转换器出现故障。ADCADC部分的自检部分的自检第
14、24页，共27页，编辑于2022年，星期一五、输出通道的自检 一个输出数字量控制泵的启停，管路已安装流量检测，在流量检测回路没有故障情况下(上述直接参数判断法自检可以保障)，不仅可依据流量有无变化情况来判断该开关、驱动电路、继电器、交流接触器、热继电器、电机、泵以及现场连线是否正常，而且可以根据泵的流量特性在线判断泵的性能优劣。间接参数判断法 指根据模拟量输入通道的采样值的变化情况来判断模拟量输出通道或开关量输出通道是否正常。例下 页上 页返 回第25页，共27页，编辑于2022年，星期一输出通道自检程序流程图下 页上 页返 回第26页，共27页，编辑于2022年，星期一六、总线的自检目的检测经过缓冲器的外部总线传递的信息是否正确 先对相应的锁存器执行一条输出命令，使地址总线和数据总线上的信息保存到锁存器中，再对锁存器进行读操作，让地址总线和数据总线上的信息重新读入CPU中，与原来的输出信息进行比较，如果结果不一致，则说明外部总线出现故障。方法下 页上 页返 回第27页，共27页，编辑于2022年，星期一