智能仪表自动校准系统的设计与实现

　　1 引言

　　智能仪表作为一种测量装置，在实际使用前必须使用标准信号源对输入信号进行校准。目前国内普遍使用人工进行校准，人工校准有以下缺点：

　　(1)效率低：智能仪表(如无纸记录仪)通常有多个通道，支持多种信号类型，人工校准需要反复接线、切换通道、切换信号类型，是一件非常耗时耗力工作;

　　(2)易出错：重复工作量大就容易出现错误，导致错校、漏校;

　　(3)一致性差：人工校准时由人的主观意识判断信号是否稳定，不能保证很好的一致性。鉴于人工校准的诸多缺点，提出自动校准系统，使用计算机代替人工，在校准过程中无需人工干预，不易出错，提高了效率、一致性，此外所有校准数据可保存到计算机，方便建档、查询、分析。

　　2 仪表校准过程

　　智能仪表使用模数转换器(ADC)将测量的模拟信号转换成数字信号，数字量与模拟量是线性关系。

　　式中：SD为数字量;SA为模拟量。

　　由于电子元器件(包括电阻，集成运放，ADC参考源等)的离散性，式(1)中的K和B也是离散的，每个通道的每种信号，都有特定的K和B，校准过程就是确定K和B的过程。通常的做法是，先给仪表输入模拟信号的最小值(量程下限)，得到一个数字量，如式(2)所示：

　　式中：SDZ为模拟信号为最小值时的数字量;SAZ为模拟信号最小值。

　　再给仪表输入模拟信号的最大值(量程上限)，得到一个数字量，如式(3)所示：

　　式中：SDF为模拟信号为最大值时的数字量;SAF为模拟信号最大值。

　　根据式(2)和式(3)，就可以计算出K和B值。确定了K和B值，就完成了校准工作。

　　整个仪表的校准过程如图1所示。

　　3 校准自动化的可行性

　　要将校准过程自动化，需要解决两个问题：

　　(1)如何让信号源在计算机的控制下输出指定的信号;

　　(2)如何将信号源自动连接到仪表特定的输入通道上。

　　第1个问题，可以选择带有通信接口的信号源，如横河的CA150，计算机通过通信接口给信号源发送指令，信号源输出指定的信号。第2个问题，可以使用继电器来代替人工接线，将所有通道的信号线通过继电器连接到信号源，使用计算机控制继电器的闭合来模拟接线。

　　4 自动校准系统的硬件设计

　　为了计算机控制继电器，实现模拟接线，需要制作一种特殊的控制电路，接收计算机的指令控制继电器。控制电路的组成如图2所示。