5 第五章 智能化仪表与虚拟仪器.ppt

第五章 智能化仪表与虚拟仪器;第一节 仪表的智能化与虚拟技术 第二节 智能化仪表 第三节 虚拟仪器技术与虚拟仪器开发语言LabView? ;第一节 仪表的智能化与虚拟技术;测量仪器仪表的发展大体经历了以下几代： 1、第一代——以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。 2、第二代——以电子管或晶体管为基础的分立元件式仪器。 3、第三代——以集成电路芯片为基础的数字式仪器。 4、第四代——以微处理器为核心的智能式仪表。 5、第五代——虚拟仪器(以下简称VI)。;二、仪表的智能化;2、智能仪表 以微型计算机(尤其是单片机)技术与测量控制技术结合在一起，以微机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，组成的具有智能化功能的新一代测量仪表。 3、智能仪表的基本类型 (1)内含微型处理器，仪表本身具有各种智能功能，如自校正、数据处理等。 (2)仪器本身与微机在结构上分开，但仪器由微机控制，进行数据采集与处理。;4、智能仪表的特点及其智能功能 (1)以微机及其接口为核心，结构简单。 (2)能够适应被测参数的变化，自动补偿、自动选择量程。 (3)能够自动校准。 (4)能够自寻故障（自诊断）。 (5)自动进行指标判断与选择。 (6)能够进行逻辑操作、定量控制、程序控制。 (7)具有很强的数据处理能力和显示能力。 (8)硬件基础是数据采集技术和输入输出技术。 (9)软件基础是数据处理技术和信号处理技术。;5、智能仪表的基本组成;三、虚拟技术;3、虚拟技术的主要优点 (1)在通用硬件平台确定的基础上，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能； (2)仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是由厂家事先定义好的。 (3)仪器性能的改进和更新只需进行相关软件的设计更新，而不需购买新的仪器； (4)应用更加灵活、广泛。;第二节 智能化仪表;一、自动校准;3、电压测量中影响因素的自校准 (1)将开关K接1端，输入零，测得输出V1； (2)将开关K接2端，将给定的基准电压接到放大器输入端，测出输出电压V2； (3)将开关K接3端，测量待测的未知电压Vx，得到V3； (4)将测量结果存贮在仪器的存贮器中，编程实现自校准。 ;(5)测量结果处理方法 放大器增益和漂移变化对测量过程的影响ε(可认为是系统误差)被消除。;二、零漂电压校正和偏置电流自动补偿;2、偏置电流的自动补偿 (1)数字仪表输入放大器都存在输入偏置电路，给测量带来误差。 (2)可通过自动校准和补偿技术来消除该误差。 (3)自动校准时，在输入端接入一个10 MΩ电阻，输入偏置电流Ib在该电阻上产生电压降，经ADC后存于存贮器内，作为输入电流的校正量。 (4)在正常测量时，根据校正量送出数字到DAC，经输入电流补偿电路产生补偿电流Ib’来抵消Ib，使仪器输入电流大为降低。;三、高频自动补偿;2、电路原理;3、高频补偿的实现 (1) 高频自动校准：在各量程，用户将已知有效值的30kHz高频信号加到仪表输入端。测量该信号，并将读数与准确值之差存贮在校准存贮器内，作为补偿数据。 (2) 高频信号补偿：测量交流信号时，微处理器把所选量程的补偿数据由校准存贮器调出，并送到DAC，其输出电压送到变容二极管，改变变容管的电容，就可微调补偿电路的参数，达到最佳补偿效果，在各量程都得到平坦的频率响应。 ;四、多次采样平均值测量法;3、工作过程 (1) 利用一个4位的DAC产生具有16个梯级的重复扫描电压。 (2)经电阻分压后使输出电压VD/A的16个级距之和等于数字电压表的一个分度值g，即每一级距ΔVD/A =g/16。 (3) VD/A对于零电位是对称的，其平均值为零。 (4)在多次采样时，令K1、K3同时接通，被测电压Vx与VD/A同时被积分。 (5)在16次采样后，经过运算，得到测量结果的平均值。 (6)由于VD/A的平均值为零，因而对测量结果的平均值无影响，但随机误差将被降低约4倍，从而读数的有效数字位数可相应增加。; 五、环境补偿;六、应用软件方法克服随机误差;(三)总体平均法 1、基本原理 利用测量仪器在相同条件下进行重复测量，如果误差是随机的，则在多次测定值的叠加过程中误差会相互抵消；而测量值本身经多次叠加平均后，其算术平均值趋近于被测量的真值。 2、前提条件 (1)在相同条件下重复测量，多次测量必须同步。 (2)误差(或测量过程中引入的其它噪声影响)均是随机的。;3、数学分析 (1)设测量结果函数f(t)包含被测信号S(t)和随机误差函数n(t)：f(t)=S(t)+n(t)。 (2)以时间间隔T进行测量，获得m个测量结果fi=Si+ni，i=1,2,…,m。 (3)对数据进行处理，可得信号和及随机误差强度： (4)总体平均后的信噪比：;4、总体平均法的特点 (1) 适于对具有随机干扰