專利名稱：用于工業測量系統的多通道自動數據校準儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及檢測校準設備，具體涉及一種用于工業測量系統的多通道自動數據校準儀。
背景技術：
當前的工業環境下(比如傳感器)的電信號測量，主要分為電流信號和電壓信號，電流以0-20mA，4-20mA為主，電壓有0-5V，0-10V等。因為分辨率所限，要降低誤差，提高系統的測量精度，一方面必須保證信號采集回路的高穩定、高一致性，另一方面，還必須要求信號處理電路高精度，對通常的PLC或DCS而言就意味著極高的AD轉換精度。但是，由于工業現場環境的復雜性，以及布線工藝以及線纜自身質量等原因，通常不同的測量回路遠遠做不到宣稱的理論試驗精度，同時不同回路出現不同的極大的不一致性。為解決該不一致性，并且盡可能提高測量精度，需要對原有的測量回路在不改變電路結構的情況下進行 校準。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種全新結構的工業測量系統的多通道自動數據校準儀，它通過比對標準測量值，并進行誤差的線性擬合，該儀器能近似校準工業測量設備，提高設備的測量精度。為完成上述目的，本實用新型采用的技術方案是用于工業測量系統的多通道自動數據校準儀，其特征在于，包括變壓整流電路、工作電壓產生單元、恒流電流源產生單元、繞線電阻、單片機控制單元、驅動控制單元、繼電器執行單元、直流電壓電流表以及上位機控制單元，其中變壓整流電路用于對市電進行變壓和整流，分別與工作電壓產生單元、恒流電流源產生單元相連接；工作電壓產生單元分別與單片機控制單元、驅動控制單元、繼電器執行單元相連接，為其供電；恒流電流源產生單元用于產生高精度電流源，與繼電器執行單元輸入端相連接，還通過繞線電阻與繼電器執行單元相連接；驅動控制單元用于譯碼解碼，驅動控制繼電器執行單元，與繼電器執行單元相連接；繼電器執行單元的輸入端連接多通道電壓電流信號輸入源，輸出端分別與直流電壓電流表、被校準設備測量系統相連接，用于切換信號源；單片機控制單元與驅動控制單元相連接，用于接收上位機控制單元命令并將命令傳送給驅動控制單元；上位機控制單元分別與單片機控制單元、直流電壓電流表、被校準設備測量系統相連接，用于處理運算測量數據。本實用新型采用交流220V市電供電，額定功率為10W，經過變壓整流電路兩級變壓器及整流橋后，工作電壓產生單元與恒流電流源產生單元分別產生提供恒壓源和恒流源。恒壓源給單片機控制單元、驅動控制單元、繼電器執行單元供電，恒流源則作為本校準儀的信號源，提供信號輸入基準。當單片機控制單元接收來自上位機控制單元的控制命令后，控制驅動控制單元，進而進一步驅動控制繼電器執行單元，切換信號輸入，用以決定采集被校準系統自身的傳感器信號還是采集本校準儀產生的精準電流源信號。然后，電流電壓信號進入到高精直流電壓電流表和被校準設備測量系統，采集結果通過通信最終傳輸到上位機控制單元，完成整個系統的校準。當某一通道執行完成時，上位機控制單元可通過命令控制，自動切換到下一通道。如此，直到所有通道輪詢完成。完成后，校準儀會自動計算校準系數，反饋回被校準設備，并且脫開被校準設備與校準儀的連接，還原被校準設備與原有傳感器的連接。此過程完全自動完成，無需手動干預。在完成校準后，原有設備即可正常工作，不受任何影響。與現有技術相比，本實用新型具有以下特點I.本實用新型自身產生高精度電流信號源，同時采用高精度測量電路，對信號進行測量，用以產生高精度信號基準，作為被校準儀表的參考源，采用兩點或多點線性擬合修正原有測量系統，降低原有系統測量誤差及消除不一致性。2.它具有40個獨立通道，能同時獨立校準40個測量通道的測量精度，并且能同時校準電流采集系統和電壓采集系統，互不影響。3.校準過程采用微控制器自動控制，無需人工干預。4.獨立于測量系統運行，在測量系統運行前自動進行，測量過程中對原有測量回路不會產生影響。5.不改變原有測量系統的結構，即插即拔，單一供電，便于攜帶，便于安裝。
以下結合附圖
對本實用新型進一步說明。圖I為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
如圖I所示的用于工業測量系統的多通道自動數據校準儀，包括變壓整流電路10、工作電壓產生單元I、恒流電流源產生單元2、繞線電阻3、單片機控制單元4、驅動控制單元5、繼電器執行單元6、直流電壓電流表7以及上位機控制單元9。其中變壓整流電路10用于對市電進行變壓和整流，分別與工作電壓產生單元I、恒流電流源產生單元2相連接；工作電壓產生單元I分別與單片機控制單元4、驅動控制單元5、繼電器執行單元6相連接，產生直流5V電壓，為其供電；恒流電流源產生單元2可以自動產生0-20mA、誤差為IuA高精度可變電流源，與繼電器執行單元6輸入端相連接，還通過繞線電阻3與繼電器執行單元6相連接；繞線電阻3采用高精度(< O. 01% )、低溫漂(< 15ppm/°C )的精密電阻；驅動控制單元5用于譯碼解碼，驅動控制繼電器執行單元6，與繼電器執行單元6相連接；繼電器執行單元6的輸入端連接多通道電壓電流信號輸入源，輸出端分別與直流電壓電流表7、被校準設備測量系統8相連接，用于切換信號源，前端采集的通道可以具有40個獨立通道；直流電壓電流表7為6位半數顯、高精度(< O. 005% )直流電壓、電流表；單片機控制單元4與驅動控制單元5相連接,用于接收上位機控制單元9命令并將命令傳送給驅動控制單元5 ;上位機控制單元9分別與單片機控制單元4、直流電壓電流表7、被校準設備測量系統8相連接，上位機控制單元9主要是基于WINCE的嵌入式觸摸屏，也可以是工控機，或是其他顯示終端，用以對下位機進行控制，并處理運算測量數據。工作原理當校準接受電流信號的設備時，本校準儀的電流表測量該電流信號，獲得電流值I1，作為基準；同時，該電流信號進入被校準系統的采集回路，獲得電流值I2;接著改變電流源電流大小，獲得校準儀的測量值電流13以及被校準系統的測量值電流14。于是
可以通過以下公式獲得校準系數K,=~ 7^-I72 ~/j-。對于接受電壓信號的測試設備，
Λ - ^2
可以采集該電流通過萬分之一誤差且溫漂為15ppm/°c的精密電阻后的電壓信號，依次獲得電壓信號U1, u2，U3, U4,則校準系數= ("4H,-"1)。校準完一個通道后系統根據
U4 一 "2
上位機控制單元命令自動切換到下一通道。所有的測量數據通過Modbus-RTU通信自動傳輸或手動輸入到上位機控制單元中，由上位機控制單元進行自動計算，獲得校準系數。當得出校準系數后，以電流系統為例，假定當前測量點被校準系統測得的電流值為1 ，且I2 ( I 測彡14，則校準后的高精準值應該為1校=I -[K1X (I3m-I2H(I2-I1)];對于電壓系統，則算法應該為Uift= U測-[KuX (Um-U2)+ (U2-U1)I如果只采取兩點校正，則可直接套用上述算法，但I2必須選得很小，而I4則必須夠大，這樣能覆蓋整個測量量程。若兩點測量不能滿足精度要求，可進一步采取多點測量，在盡可能小的區間內進行誤差的線性擬合，以進一步提高測量精度。以上具體實施方式
僅用于說明本實用新型，而非用于限定本實用新型，本領域技術人員對上述實施例進行的等同變形、替換都在權利要求保護范圍之內。
權利要求1.用于工業測量系統的多通道自動數據校準儀，其特征在于，包括變壓整流電路、工作電壓產生單元、恒流電流源產生單元、繞線電阻、單片機控制單元、驅動控制單元、繼電器執行單元、直流電壓電流表以及上位機控制單元，其中 變壓整流電路用于對市電進行變壓和整流，分別與工作電壓產生單元、恒流電流源產生單元相連接； 工作電壓產生單元分別與單片機控制單元、驅動控制單元、繼電器執行單元相連接，為其供電； 恒流電流源產生單元用于產生高精度電流源，與繼電器執行單元輸入端相連接，還通過繞線電阻與繼電器執行單元相連接； 驅動控制單元用于譯碼解碼，驅動控制繼電器執行單元，與繼電器執行單元相連接； 繼電器執行單元的輸入端連接多通道電壓電流信號輸入源，輸出端分別與直流電壓電流表、被校準設備測量系統相連接，用于切換信號源； 單片機控制單元與驅動控制單元相連接，用于接收上位機控制單元命令并將命令傳送給驅動控制單元； 上位機控制單元分別與單片機控制單元、直流電壓電流表、被校準設備測量系統相連接，用于處理運算測量數據。
專利摘要本實用新型涉及用于工業測量系統的多通道自動數據校準儀，包括變壓整流電路、工作電壓產生單元、恒流電流源產生單元、繞線電阻、單片機控制單元、驅動控制單元、繼電器執行單元、直流電壓電流表以及上位機控制單元；恒流電流源產生單元與繼電器執行單元連接，還通過繞線電阻與繼電器執行單元連接；驅動控制單元與繼電器執行單元連接；繼電器執行單元的輸入端連接多通道電壓電流信號輸入源，輸出端分別與直流電壓電流表、被校準設備測量系統連接；單片機控制單元與驅動控制單元連接；上位機控制單元用于處理運算測量數據。本實用新型不改變原有測量系統的結構，即插即拔，單一供電，降低了原有系統測量誤差，消除了不一致性，提高了測量精度。
文檔編號G01R35/00GK202748470SQ201220398930
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月14日 優先權日2012年8月14日
發明者李印戈, 賈澍英, 薛奮祥, 張友良, 馬骉 申請人:北京新聯鐵科技股份有限公司