自动化校准系统

自动化校准系统（精选8篇）

自动化校准系统 篇1

摘要：基于自动校准的数字仪表自动校准系统是专门为现场校验数字仪表而设计开发的一款便携式设备系统。该系统应用高精度采样技术, 并结合最新数字信号处理方法, 为现场校验数字仪表提供了一套方便高效的解决方案。本文主要对基于自动校准的数字仪表自动校准系统的构成以及系统的功能进行分析说明。

关键词：数字仪表,自动校准,现场校验

一、基于自动校准的数字仪表自动校准系统的基本构成

一个基于自动校准的数字仪表自动校准系统, 一般由四部分组成:第一是微机或微处理器, 它是整个系统的核心;第二是被控制的测量仪器或设备, 称为可程控仪器;第三是接口;第四是软件。其中, 基于自动校准的数字仪表自动校准系统结构如图1所示。

1. 微机 (或微处理器)

这是整个系统的核心。在软件控制下, 微机控制够个自动校准系统正常运转, 并对测量数据进行某种方式的处理, 如计算、变换、数据处理、误差分析等;最后将测量结果通过打印机、显示器、磁盘磁卡或电表、数码显示等方式输出。

2. 可程控仪器或设备

在自动测试过程中, 测量仪器或设备的工作, 如测量功能、工作频段、输出电平、量程等的选择和调节都是由微机所发控制指令的控制下完成的。这种能接受程序控制并据之改变内部电路工作状态, 以及完成特定任务的测量仪器称为仪器的可程序控制, 简称可程控, 或称程控仪器。显然程控仪器是组成自动校准系统的基本部分。

3. 接口

一个自动校准系统中, 各仪器和设备之间的接口的总体称为该自动校准系统的接口系统。显然, 接口系统是自动校准系统达到自动测试目的, 使自动校准系统各仪器和设备之间进行有效通信的重要环节。接口的主要任务是在下列方面提供仪器与计算机连接需要的兼容:一是机械兼容, 对接口的最简单的要求是提供机械兼容, 就是要有适当的连接器和它们之间的连线;二是电磁兼容, 就是使计算机和探器之间有适配的电器特性即在逻辑电平方面要相符合;三是数据兼容, 一旦接口已使计算机和仪器实现了机械和电器兼备它们就能通过数据线交换电信号信息, 但需要某种格式翻译, 有种种编程能力的计算机通常能执行这种功能, 考虑到速度, 往往把这个任务交给接口完成。

4. 软件

软件技术是整个系统的核心技术。常用的开发软件有Lab VIEW、Lab Windows CVI、VEE等等。这些软件已相当完善, 而且还在升级、提高。以Lab VIEW为例, 这是基于图形化编程语言G的开发环境, 用于如GPIB、VXI、PXI、PCI仪器及数据采集卡等硬件的系统构成, 而且, 具有很强的分析处理能力。Lab View软件的结构组成如图2所示。编程设计图形化软件模块用于提供图形化编程环境, 通过调用控件、库函数原码模块进行仪器面板设计和数据分析处理;仪器驱动程序提供用户接口开发工具标准软件模块。

二、基于自动校准的数字仪表自动校准系统的基本功能

1. 信号采集与控制功能

数字仪表自动校准系统是由计算机和仪器硬件组成的硬件平台, 实现对信号的采集、测量/转换与控制的。硬件平台由两部分组成:一是计算机可以是笔记本计算机、PC机或工作站;二是仪器硬件:可以是插入式数据采集板 (含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O、定时器、D/A转换器等) , 或者是带标准总线接口的仪器, 如GPIB仪器、VXI仪器、RS-232仪器等) 。

2. 数据分析处理功能

数字仪表自动校准系统充分利用了计算机的存储、运算功能, 并通过软件实现对输入信号数据的分析处理。处理内容包括进行数字信号处理数字滤波统计处理、数值计算与分析等。数字仪表自动校准系统比传统的以微处理器为核心的智能仪器有更强大的数据分析处理功能。

3. 测量结果的表达

数字仪表自动校准系统充分利用计算机资源如内存、显示器等, 对测量结果数据的表达与输出有多种方式, 这也是传统仪器远不能及的。例如, 数字仪表自动校准系统可以实现:通过总线网络进行数据传输;通过磁盘、光盘硬拷贝输出;通过文件存于硬盘内存中;计算机屏幕显示。

三、结束语

一般数字仪表在使用前都要进行刻度校准。在使用中, 随着仪表温度升高, 数字仪表元件的参数往往会发生变化, 还有诸如电网干扰、噪声等因素的影响, 原来校准好的状态会受到破坏, 导致前后测量的数据不一致。基于自动校准的数字仪表自动校准系统不仅可以自动校准, 还可以在测量过程中定期校准。这样测量的一致性条件校好, 减小了误差。同时对可节约人力、物力, 提高工作效率, 发挥了非常重要的作用。

参考文献

[1]刘洋.浅析数字仪表自动校准系统的构成[J].自动化与仪表, 2012 (13) .

[2]杨秀英.数字仪表自动校准系统的使用方法分析[J].天津电力技术, 2009 (12) .

[3]王胜利.电能表现场校验技巧说明[J].黑龙江电力, 2010 (12) .

[4]邵文艳.浅析数字仪表自动校准系统在数字仪表校验中的应用[J].民营科技, 201 (213) .

自动化校准系统 篇2

自动气象站各气象要素现场校准时段的选择

选取山东有代表性的.5个台站9个月的自动站资料进行统计,得出其主要气象要素日极值在各时间点上的分布情况.结合每一要素的校准时间长度和台站的发报时次及内容,对各气象要素的校准时段进行了分析.结果表明,各气象要素最佳校准时段:湿度为8-10时,浅层地温为14-17时30分,深层地温为8-11时30分,风向风速为8-9时30分或16时30分-18时,气压为11-12时30分,蒸发为8-8时30分或17时30分-18时.据此合理安排自动站现场校准时各气象要素的校准时间和次序,可使校准工作对自动站数据的影响降到最小.

作 者：孙嫣 高民 杨茂水 王锡芳 刘彦秀 Sun Yan Gao Min Yang Maoshui Wang Xifang Liu Yanxiu  作者单位：孙嫣,杨茂水,王锡芳,刘彦秀,Sun Yan,Yang Maoshui,Wang Xifang,Liu Yanxiu(山东省气象局大气探测技术保障中心,济南,250031)

高民,Gao Min(山东省气象局监测网络处)

刊 名：气象  ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL 年，卷(期)：2007 33(4) 分类号：P4 关键词：自动气象站   气象要素   现场校准   校准时段   日极值  

关于自动测试系统的校准问题分析 篇3

近年来无线电设备自动测试系统在我国无线电管理行业的技术管理、支撑部门以及先进的检测实验室中被大量采用, 它能最大限度的节省测试时间, 提高检测效率。

但是, 自动测试系统往往都是由多台仪表和切换控制箱通过线缆连接集成的。因此, 如何保证自动测试系统的测试结果准确可靠至关重要。而自动测试系统的校准方法和校准数据是保证测试结果准确可靠的关键。

2 问题描述

最近, 在用手机自动测试系统测试GSM手机的" 发射机输出功率" 项目时, 在DCS1800频段885信道, 发现自动测试数据和手动测试数据相差较大。二者详细数据见表1, 从表中可以看到: 误差是系统的, 为保证测试结果准确可靠, 必须修正。

注: 自动测试数据和手动测试数据相差在 ± 0. 2dB 以内属于可接受范围。

3 原因排查

首先, 我们仔细检查测试系统各仪表间的连接线缆和转接头是否松动; 然后用系统自带的校准软件重新校准系统, 校准过程状态正常; 比较本次校准数据和以前校准数据也基本一致。但是复测手机, 以上问题依旧存在。

为排除该误差是否由手机性能不稳定引起, 我们反复多次自动、手动测试手机并比较对应数据, 发现数据一致性较好, 但是自动、手动间误差依旧存在! 因此可以排除误差是由手机状态不稳定的随机性造成的。

接下来, 我们对自动测试线路进行了手动校准。如下图1所示, 手机自动测试路线为: 手机→控制箱→连接线缆→综测仪8820。

手动校准方法如下:

( 1) 先将手机直接和综测仪8820连接, 在有问题的频点测试最大发射功率并记录。

( 2) 再将手机与控制箱连接, 在同一个频点测试。调节综测仪的损耗补偿值, 直到测出与 ( 1) 相同的最大发射功率值。此时综测仪上显示的损耗值即为该频点的线路损耗。

比较自动校准数据和手动校准数据, 发现二者的差值正好就是自动测试数据和手动测试数据的误差! 将有问题的自动校准数据用手动校准数据替代, 重新测试, 此时的自动测试数据和手动测试数据基本一致, 二者详细数据见表2。

注: 自动测试数据和手动测试数据相差在 ± 0. 2d B 以内属于可接受范围。

4 原因分析

那么在高频点, 自动校准值和手动校准值差异较大的原因是什么?

手机射频性能测试的测试频段分为GSM900 ( 890MHz ~ 915MHz ) 和DCS1800 ( 1710 MHz ~1785MHz) , 这两段对应的具体测试频点和校准频点如表3所示。

通过分析表3可以总结出以下原因:

( 1) 校准源信号大小不同:

自动校准的源信号是用信号源HP83630B发出的, 大小为10d Bm。

手动校准的源信号是用手机本身发出的, 大小为30d Bm。

从表3中可以看到, 源信号的较大差异引起两种校准方法结果的较大差异, 而且随着频率的增高这种差异越来越明显。

( 2) 测试频点和校准频点的不同:

一般情况下, 软件设计多从总体规划考虑, 因此校准软件的校准频点和测试软件的测试频点不可能完全一样, 测试时测试软件会自动调用最接近测试频点的校准值。这种差异在低频对测试结果影响不大, 但是随着频率增高, 影响会变得越来越明显。

5 结 论

综上所述, 导致在高频点自动测试和手动测试结果差异较大的主要原因是 - - 自动和手动校准信号源大小的差异。这种差异对不同型号的仪表和连接线缆的影响都不一样, 而且会随测试频率的变化发生非线性的变化, 规律较难归纳。如果当测试结果精度要求不高时一般可以忽略, 但是像手机检测这类高精度的测试, 则必须认真考虑。

虽然自动测试系统给测试带来了很大的便利, 但是不能完全相信和依赖它。我们在日常测试中应该经常做自动测试和手动测试比对试验, 如发现有频点出现异常, 应该用被测件或与之发射功率大小相近的信号源做手动校准, 然后修改自动校准文件中的问题数据, 以保证最终测试结果的真实性和可靠性。

摘要：自动测试系统校准的方法和数据是保证测试结果准确可靠的关键。对于手机射频测试项目"发射机输出功率"中出现自动测试和手动测试结果差异较大的异常现象, 本文分析了原因, 提出了解决方案, 并在验证后给出了正确的测试数据, 确保测试结果的真实性和可靠性。

关键词：自动测试,手动测试,校准

参考文献

[1]YD/T 1214-2006.900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务 (GPRS) 设备技术要求:移动台[S].

自动化校准系统 篇4

倾角传感器自动化校准与测试系统以“柔性测试”技术为基础,充分展示了泛华在系统、机械结构、软件等各方面的技术能力。与传统的倾角传感器测试设备相比,该设备为具有更高精确度的自动化测试系统,定位精度小于0.001。,旋转角度反馈精度可达0.007°。同时,系统采用模块化设计,方便拆卸更换夹具及测试台,并可根据客户的需求安装相应的测试模块。

系统的机械结构设计是该产品的一大亮点,其中测试台架、大理石平台、旋转主轴、挂板、夹具以及拖链结构,从选型设计到加工装配等各个环节上保证了系统的整体精度。主轴一转的最大分度误差为26.5”,被测件与重垂线的安装夹角小于0.1°,确保了系统机械结构的高精密度。

与此同时,该系统还具有快速稳定的伺服运动控制、校准反馈、高校的并行测试、灵活的软件配置等功能,系统的模块化以及软硬件结构设计,更为系统的高扩展性奠定了基础。

自动化校准系统 篇5

通常我们希望智能仪表的输出与输入量之间具有线性关系, 但是实际中许多测量仪表, 传感器自身的输入、输出特性总是存在不同程度的非线性。因此寻求合适的测量与计算方法, 是决定智能仪表测量精度高低的关键。同时在智能仪表的模拟量输入部分, 虽然每块信号输入板的电路一样，但由于元件参数误差, 在相同的输入信号经过不同的AD模块板转换出来的码值是不一致的, 因此需要对每台智能仪表的每一路输入、DA输出分别进行标定, 将标定后得到的参数存入表内的非易失性存储器中。仪表按照各自的标定参数进行正确的数据运算, 从而保证测量和变送输出的准确性和精确性。

本文将计算机技术、计量技术和自动控制技术结合到一起，应用到各种不同类型的智能仪表上，能对智能仪表的设定值、测量值、误差值进行自动校准。采用本文的智能自动校准的系统，能克服标定过程中的人为因素影响，统一标准，能最大限度的保证测量精度，可操作性强，方便生产。下面对系统实现自动数值分析分段拟合多项式和自动完成校准的方法进行阐述。

1、最小二乘法曲线拟合数值线性化处理

在对给出的数据 (Xk, Yk) (k=0, 1, 2，…, n) 作拟合曲线时，一般总是希望使各数据与拟合曲线的偏差的平方和最小，这样就能使拟合曲线更接近于真实函数。这个原理就称为最小二乘原理[1]。

根据"最小二乘原理"的算法, 本系统实现了由软件可根据精度要求，自动推导被测参量和输出量的近似分段线性表达式, 来拟和多阶方程。以K型热电偶为例, 数值分析大致过程如下:利用原函数精确计算公式

在一定温度范围内定步长均匀取点, 得到一组数据 (t1, E1) (t2, E2) … (tn, En) , 利用这组数据求出分段线性拟合函数T=K×E+B。其中K, B系数为计算机自动推导得出。例如K型热电偶量程为0～1372℃，按步长0.1℃取点，根据精度1‰要求，设置允许误差0.9℃，自动推导满足要求的分段，同时列出所需系数和误差参数（见表1）。分段拟合公式的系数作为常数存入智能仪表的ROM内, 智能仪表在进行温度测量时, 先根据测量热电偶的电势E数值的大小, 找到合适的拟合段, 从存储器ROM中取出该段拟合公式的系数, 通过计算及相应的数据处理得到实际测量的温度值。实际应用中验证了此数值分析方法的可行性和正确性。

2、自动校准系统的实现

2.1 智能表自动校准原理

智能仪表的共同特点是都带微处理器、存贮器, 从而使其功能多样化。智能仪表的这些功能是通过对智能仪表内部的存储器写入各种指令来实现的, 即通过智能仪表在调校时的"组态" (Configuration) 来完成。

自动校准系统[2]能在校准过程中，充分利用计算机的数据储存、运算及处理的能力，能自动准确的控制信号源输出标准信号给智能仪表的输入端，并且自动完成对测试原始数据的读取、误差判定、计算等工作，自动设定校准参数。

2.2 自动校准系统的硬件设备

计算机：实现通讯管理，系统自动控制等功能。

标准信号源:能够通过串口接受计算机控制，产生有效输出标准信号。该信号源输出信号必须满足国家测量仪表精度要求。本系统中，信号源采用杭州美控自动化技术有限公司多功能过程校验仪（MX825）。通过PC机控制高精度标准信号源输出端，可输出多种信号（各种热电偶、热电阻、标准电压/标准电流信号等）。

智能数字待检仪表:各种型号的智能数字控制仪表，采用先进的微处理器进行智能控制, 适用于温度、湿度、压力、液位、流量、速度等多种物理量检测信号的显示及控制。

自动信号切换板:本系统中，采用自主设计开发的自动信号切换板。标准信号源输出的信号通过转换板直接与要校对的智能数字仪表各对应输入接口，这样自动信号切换板的微控制器接受来自PC机232端口的指令，进行通道切换，使标准信号输出给待检智能数值仪表。采用最新无跳线技术, 具备多种准信号源输出与待校对应智能数字仪表输入端之间的轻松自动切换。

2.3 自动校准系统的软件实现

自动校准系统采用模块化设计，Delphi软件编程[3]。通过对不同模块的调用，可以方便、灵活的实现设计目标。软件中主要包括以下模块:

系统管理模块：该模块主要处理与待检选项有关的"设备连接、信号输出、进程控制、异常终止"等操作。计算机通过该模块管理，调整和控制整个自动标定过程。

通讯处理模块：该模块主要处理计算机与各设备间的数据通讯。通过对不同设备的通讯独立管理，允许通过不同的接口与不同的设备建立数据通讯。

数据处理模块：该模块把所有获得的数据保存在软件的数据结构中, 同时自动完成对测试数据的读取、误差判定、计算等工作。

进度控制及记录模块：按照校准要求，显示校准进度，同时记录相关数据，形成标准文档。

软件流程图及系统主界面：（如图1, 图2)

3 结束语

对于该自动标定系统，它可以实现以下几个目标：

(1）标定准确。对于该仪表标定出来的模拟信号或者是数字信号输入, 仪表显示转换后的输出结果与标准分度表查询结果相比校，完全满足仪表所要求1‰的测量精度。

(2）实现自动校准功能。该校准系统打破了传统的人工手动的进行仪表标定，解决了以往在数字智能仪表在校准过程中自动化程度低、数据处理时间长和易出错等问题, 利用软件编程, 通过自动化测试、数据采集和自动化分析来保障校准进度和数据的可信度。在系统运行过程中，使复杂烦琐的原始数据记录和处理变得非常容易, 解决了人工标定时的繁琐与单调。同时该系统操作简单、功能强大, 完全符合技术要求，大大提高了工作效率。

在生产实践中应用表明, 它具有快速方便、简单易用、精确稳定等特点, 满足了仪表生产的需要。

摘要：针对智能数字仪表测量的准确性和精确性及生产过程中标定的问题, 本文结合计算机技术、计量技术和自动控制技术, 对校准系统实现自动数值分析分段拟合多项式和自动完成校准的方法进行了阐述。

关键词：计算机,智能数字仪表,自动校准, RS232

参考文献

[1].徐士良.数值分析与算法.机械工业出版社.2003.

[2].计算机的测量和自动化应用方案文集.美国国家仪器有限公司, 2003

自动化校准系统 篇6

射频功率校准系统由多个仪器组成,简化或合并一套完整的射频功率校准系统中的组成部分将会大大增加射频功率校准系统灵活性、可靠性。而将嵌入式技术应用在射频功率校准系统中,由上层嵌入式软件通过LCD屏和按键来实现对射频功率校准系统的控制,将会大大增强射频功率校准系统的功能和使用的方便性。但目前国内外的射频功率校准系统基本上都是由各个仪器组成,很少有将宽带功率放大器、高精度射频功率计等仪器的功能合并在一起并应用嵌入式技术实现对仪器控制的射频功率校准系统的成品。

而射频功率校准系统在现代无线通讯系统、电子战系统、维修检测保障系统中占有非常重要的地位,这些领域对射频功率校准系统的要求也更为特殊。但在现有产品中很难找到带宽跨度大,输出功率高,频响特性好,集成高精度功率计及附带多种控制方式的成品。所以为了满足我国现代化维修保障的需要,急需开发一个集成宽带功率放大器、高精度射频功率计并应用嵌入式软件实现控制的射频功率校准系统。

2系统平台上的硬件系统

功率校准系统主要有六个部分组成:

1.主控单元,负责对射频功率校准系统的整机控制,遥控响应,系统管理,以及整机电源管理[1][2]。

2.电流检测单元,对相应放大模块的工作电流进行实时检测。模块工作电流超过规定值时,将过流故障送往故障检测板,由故障检测板对相应故障做出保护,确保各模块不会应过流而引起功放不正常工作。

3.故障检测单元,对各主要及关键故障进行实时监测。一旦故障出现,硬件会实时进行相应处理。其故障监测与处理速度完全取决与硬件。

4.电源,为整机提供足够的满足要求的电流。线性稳压源有优良的纹波特性,为主控板和功放提供低纹波电流,使其工作稳定可靠;开关电源的效率高、体积小,输出功率大、瞬态响应快等优点,适合放大模块的供电。

5.检波单元,用于测量整机射频输入端功率和输出端功率。

6.宽带功放,用于对输入功率进行放大[3]。

2.1 LH79520简介

LH79520是基于32位ARM7核的一体化系统集成芯片(SoC),它包括一个由ARM公司设计的32位ARM7TDMI RISC处理器核,Cache RAM,一个写缓冲以及存储管理单元。具有低功耗、高性能的特点[4]。

2.2显示控制板框图

LH79520完成对射频功率校准系统的整机控制,遥控响应,系统管理,以及整机电源管理。S D R A M为外部数据存储器,有15位地址总线和32位数据总线,最大空间为256Mbit(两片,每片为128Mbit)。系统可由JTAG口直接进行在线仿真和程序下载。程序存放于FLASH中,容量为16MB(16bit位宽)。键盘采用4×4阵列式结构。为实现外接计算机对仪器的控制,系统使用NAT9914芯片实现了GPIB通信功能[5][6]。

3系统平台上的软件系统

3.1μC/OS-II的应用

按射频功率校准系统所要求实现的功能,将整个系统划分为几个并行存在的任务。占先式操作系统对任务的调度是按优先权的高低进行的,将系统的几个任务按其优先级从高到低顺序排列,依次为界面主控和键盘响应处理任务、测量任务、显示时间任务、键盘扫描任务。优先权的设置是按照整个系统运行的时序来确定的,对系统安全运行较重要和对实时性要求较严格的任务,设成较高的优先级。一般而言,在系统运行过程中,各任务的优先级是固定不变的。系统中各任务的功能:

●界面主控和键盘响应处理任务负责射频功率校准系统的界面显示,界面切换,发送测量命令消息。另外,还负责接收来自键盘的消息,根据键值进行数据处理;

●测量任务负责射频功率校准系统的参数测量;

●显示时间任务负责测量实时时钟,并在界面上显示测量值;

●键盘扫描任务负责检测按键,有按键时,将检测到的按键值通过消息邮箱传递给界面主控和键盘响应处理任务,等待其处理;

3.2校准表算法设计

3.2.1获取功率校准表

校准系统中设计了一个内置功率计,用于标定射频功率。功率计内部一般都有自己的校准表,根据功率映射关系的不同,校准表中数据类型也跟着变化。该内置功率计利用频率、电压和功率之间的对应关系来组织校准表。由于校准频率点和校准功率点较多,更重要的是为了保证高精度校准和提高校准效率,系统采用GPIB总线技术,与其他仪器组成一套自动控制系统来获取内置功率计的校准表,硬件连接如图3所示。该校准表获取方案由PC机软件控制,通过GPIB总线与信号源、功率计和校准系统相连[7]。获取内置功率计校准表的软件流程见图4。之后,通过GPIB总线把校准表下载到内置功率计中,供查询使用。

3.2.2校准表的使用

射频功率校准系统把输入的射频信号,经过功率放大器后送入检波器,之后把检测出的数值送往内置功率计,内置功率计通过查询已获取的校准表计算出输入信号的功率。校准表使用流程见图5。

3.3功率校准流程

射频功率在进行射频功率校准时,由P C机软件统一控制。这款控制软件是基于V C++6.0环境开发的,其软件流程如图6所示。由于系统在进行功率校准时,射频信号不经过衰减器直接进入自动校准系统,所以在很大程度上提高了功率校准精度。

4结束语

射频功率自动校准系统可以在-10～+40℃温度范围内对1 W～1 0 0 W之间的功率进行自动校准;由于其体积小、功能全、方便携带,特别适用于车载环境下的功率校准;试用效果良好,现已投入生产。主要特点有:

●自动、快速进行功率校准,大大提高了功率校准效率,把人从繁琐的功率校准工作中解放出来。

●校准范围宽,可以对1MHZ～1GHZ之间的频率进行1W～100W内任何功率点的校准。

●校准精度高,误差在5%以内。

摘要：本文阐述了射频功率自动校准系统的设计。本系统把固态功率放大器、高精度功率计融合为一体,并由μC/OS-II实时操作系统控制;界面全汉化显示,方便用户操作。该系统具有校准带宽跨度大、输出功率高、频响特性好等特点,可以对1W-100W之间的射频功率进行快速、准确的校正。由于使用该系统对功率进行校准时不需要使用衰减器,这在很大程度上提高了射频功率校准的精度。

关键词：LH79520,自动校准,校准表

参考文献

[1]JEAN J.LABROSSE.MicroC/OS-II The Real-TimeKernel[M].2E北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[2]JEAN J.LABROSSE.Embeded Systems BuildingBlocks[M].2E北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[3]RF Amps.Amplifier Research[Z].The thoughest inthe test business,2001.

[4]Sharp LH79520.用户手册[Z].2006.

[5]QU Pengyou.Universal Interface GPIB,Instrumen-tation and Measurement[J].2006,25,(8):59-62.

[6]Huang Junkai Wu Yanjun.The Design of R232-GPIB Controller[J],Electronic Technology Application.2006,(3):90-92.

自动化校准系统 篇7

在钢铁工业中, 钢板厚度的精度决定了钢板的好坏。为了精确控制钢板轧制的厚度, 大多数企业采用德国IMS X_ray测厚仪。它是一种以X射线为载体的非接触式厚度测量系统, 在不接触和无破坏的条件下完成对带钢的厚度测量, 并且测量精度能达到1‰[1], 是目前较为先进的测量系统, 其为工业现场稳定生产、提高产品质量、增加产能提供有力保证[2]。

IMS X_ray测量系统设备有2个X射线管、64个X射线测量通道、2个激光射源和1个摄像头, 由1个单独的水冷柜进行水循环, 以保持C型架和X射线管的正常工作温度。

由于测厚仪工作时X射线管会发射大量X射线, 在周期对测厚仪进行校准时内部标准板的更换工作都是由人工操作完成, 长时间在X射线环境下工作对人体会造成较大伤害。因此, 每次在更换或添加标准板前都需将测厚仪断电, 待X射线消散后再进行后续操作, 这种校准方式耗时长、操作效率低、对设备损害严重。而日常周期检修设备的时间有限, 不能影响钢铁的产量。做一次全量程、所有通道的标定需要16个小时以上 (以CSP为例:64通道、标定2mm~22mm共11块, 每4个通道进行一次校准, 理论校准最大值为共计需要32752次) , 因此只能在年修时完成。平时周期校验时只能选取部分通道进行校准, 这样就会影响设备的测量精度和使用寿命。因此本文提出了一种自动校准控制系统来解决上述问题。经过实践证明, 该系统能够取代手工校准, 提高校准效率。

1 系统功能

IMS X_ray测厚仪自动校准是基于对己知厚度的标准块的测量值进行数学计算来完成。标准板在X射线束下自动定位, 记录每个校准周期的数据, 然后利用这些数据, 确定厚度系统的复线性和函数关系, 确保分析数据的可靠性。

目前IMS X_ray测厚系统内部标准板库只有两块标准板, 分别为2mm和14mm, 能在使用过程中自动完成对设备的全标定。而目最先进的东芝测厚仪其内部标准库也只有8块标准板。本文设计自动校准装置控制系统将标准板库扩展为11块标准板, 其厚度为2mm~22mm, 并能够完成11块标准板的自动校准。

结合IMS X_ray测厚仪的构造以及现场机械的布局设计了自动校准装置的硬件模型, 如图1所示。

自动标定装置的工艺及动作要求:

1) 手工将11块标准板放置在标准板成列箱。

2) 启动自动校准系统。

3) 取板和放板保证标准板平稳。

4) 如在取板或是回板过程中遇到异常, 发送紧急信号, 可编程控制器控制所有电机停止运转。待排除异常, 启动运转。

5) 系统自动按照程序完成第一块标准板的校准, 完成后将标准板放回标准板成列箱, 然后进行第二块标准板的自动校准, 以此类推, 直至完成十一块标准板的自动校准。

6) 系统复位。

在此基础上设计了系统的工作流程图, 如图2所示。

2 系统硬件选型

在系统的硬件模型中可以看出, 自动标定装置完成一块标准板的自动标定需要四轴协同运动来完成。设计的标准板陈列箱放置的不同厚度的11块标准板间距均为2mm, 所以系统的控制精度要求为0.1mm。

在工业控制中, PLC以其可靠性高、抗干扰能力强而被广泛应用。三菱FX3U系列PLC可以同时输出控制3轴脉冲串, 处理速度能够达到0.065µs/基本指令, 并且可以兼容扩展FX-2N系列模块[2]。所以选择FX3U-80MT/ES晶体管型PLC和FX2N-1PG-E定位模块来实现四轴的位置控制。

每轴的运动定位由电机带动滚珠丝杆和电机的启停实现;精确定位对电机性能要求较高, 本项目的取板精度为0.1mm, 在生产上属于精密工艺。由于伺服电机的控制精度较高, 通用17位伺服电机的理论控制精度能够达到1µm, 满足项目要求, 同时伺服电机在低速时不会出现震动现象, 从静止加速到其额定转速的时间更快, 更适合快速启停的控制场合[3]。本项目采用台达伺服电机ECMA-C20602SS和与之匹配的驱动器ASD-B2-0221-B进行电机定位。

3 软件设计

依据自动校准装置系统的机械构造, 整个系统协同运作需要四台伺服电机, 分别称为:控制拖盘上下运动的电机、控制取板器左右水平运动的电机、控制吸取标准板上下运动的抓臂电机以及控制运载标准板进行校准的电机。

四台电机协同运动, 因此本文采取SFC编程, 更加利于程序的模块化。现将各个电机的不同状态现列于图3所示。

结合硬件选型, 图4是为PLC的输入输出端口的分配表;自动标定装置的各轴都装有左右限位开关和原点开关以及伺服驱动器反馈的零点信号, 既可以防止伺服电机在运动过程中与周边装置发生干涉, 又可以随时原点检查保持高精度避免误差累计。PLC通过控制电磁阀的动作操作真空吸盘, 实现标准板的抓取和释放。

自动校准装置并不是简单的重复运动, 当按照设计要求完成11块标准板的校准后, 将组合不同厚度的标准板来继续校准。目前设计的PLC程序能够实现11块标准板的自动校准, 在以后的系统改进要求能够实现多块标准板的同时校准。在控制系统稳定性的前提条件下, 加快取板回板速度, 使自动校准装置效率更高。另外, 在手工编写程序时必须单步过程模块化, 便于故障的排除以及程序的编写。同时PLC的端口要有冗余, 为防止端口损坏和后续增加模块做准备[4]。主程序要根据现有的条件实现相应的动作流程。本PLC控制程序自动标定动作下的主程序流程图如图5所示。

4 结论

自动校准装置是为了解决钢铁工业中IMS X_ray测厚仪的手工校准效率低, 不能够在每次周期检修时完成全通道的校准和校准过程中测厚仪发射的X射线对人体危害较大等问题而设计的。经实际现场证明, 较之前人工换板完成IMX X_ray测厚仪所有通道校准所需的16小时, 该自动校准装置测量时间仅需2小时, 并且能够取代现场人工选板、换板操作, 大大提高了校准效率, 使IMS X_ray测厚仪的全通道标定在每次周期校验时就能完成, 保证了带钢轧制厚度的精度, 使测厚仪在最佳特性下工作;同时在同类型的测厚仪下可以很好的推广应用。

摘要：在钢铁轧制工艺中, 钢板的优劣取决于轧制钢板厚度的精度。由于IMS Xray测厚仪在钢铁生产中的连续测量会累积测量误差, 误差的累计会降低测厚仪的测量精度。因此, 必须按周期对测厚仪进行校准, 厚度测量系统经过校准可以达到最佳的特性;而目前现场手工校准存在校准环境恶劣、校准效率低等一系列问题。设计了自动校准控制系统, 提出基于PLC的自动校准运程控制系统, 以提高校准效率和避免人工现场操作为目的。经过现场实际调试和校验实践, 证明系统满足设计要求、操作简单、能够取代手工校准并且大大提高的校准效率。

关键词：测厚仪,校准,PLC

参考文献

[1]万胜兹.IMS X射线测厚仪在天津鞍钢天铁1750mm轧机上的应用[J].天津冶金, 2012, 3:50-51.

[2]任波伟, 李乐榕, 等.IMS公司测厚仪在宝钢1420轧机上的应用[J].自动化仪表, 2007, 9:97-99.

[3]FX3G.FX3U.FX3GC.FX3UC系列微型可编程控制器, 编程手册[Z].2012.

[4]台达ASDA-B2系列伺服驱动器及ECMA系列伺服马达使用手册[Z].2012.

自动化校准系统 篇8

现场实际比对校准工作与实验室检测工作不同,在符合规程对实验环境的要求同时,所采取的实验方法应依据检定规程结合实际现场环境进行。本文基于海洋环境监测站和海洋资料浮标的海洋环境自动观测系统设备现场校准工作,依据JJG(海洋)01-1994《海洋资料浮标传感器检定规 程》[1]、JJG860-1994《压力传感 器 (静态)检定规程》[2]以及2013年8月13日最新实施的JJG1084-2013《数字式气 压计检定 规程》[3],把气压传感器实验室检定方法与现场校准工作进行比较,从而研究讨论适用于现场校准气压传感器的方法和不确定度评定。

1气压传感器的现场校准方法

在实验室中检定气压传感器依据JJG(海洋) 01-1994《海洋资料浮标传感器检定规程》[1]和JJG860-1994《压力传感器(静态)检定规程》[2]。 规程要求使用双管水银气压表或数字式气压计作为标准器,要求单独取气压传感器对其进行输出电压测量。而现场实际情况是适宜要求便携和精确的气压标准器,且自动观测系统为各种气象数据传感器的集成设备,单独的传感器不宜拆卸。所以在实际现 场校准自 动观测系 统的0.1级气压传感器时,我们采用0.02级数字气压计作为标准器,利用自动观测系统设备为实时数字显示的特性,结合JJG1084-2013《数字式气压计检定规程》[3],总结了现场校准方法。

1.1范围

本校准方 法适用于 测量范围 在800~ 1 100hPa内海洋环境自动观测系统气压传感器的使用中校准。

1.2引用文件

JJG1084-2013数字式气压计[3];JJG(海洋) 01-1994海洋资料浮标传感器[1];JJG860-1994压力传感器(静态)[2]。

1.3技术要求

(1)传感器结构应完整,接口明显,内部结构密闭,接(插)件应牢固,不应有松动现象。

(2)传感器应标明型号、编号、测量范围、制造单位或商标等信息。

(3)采集数据应在自动观测系统显示界面实时显示,要求更新时间不大于2s。

1.4标准器及辅助设备

标准器为数字气压计,测量范围应覆盖被测设备的测量范围,最大允许误差的绝对值应不大于被测设备最大允许误差绝对值的1/3。辅助设备为压力控制装置。

1.5环境条件

环境温度:(20±2)℃;环境湿度:不大于80%RH。

1.6校准方法

校准方法包括:1外观及功能检测;2校准时传压介质选用洁净干燥的空气;3传感器示值误差的校准按图1所示的方式连接;4校准时应尽量使气压传感器压力参考位置与标准器压力参考位置在同一水平面上;5校准前应对校准系统进行密封性检测;6在传感器测量范围内均匀选取不少于6个整10hPa检定点,逐点对传感器进行升压(降压)试验,压力控制装置在校准点稳压波动在±1hPa内,待被测系统显示数字不变时记录数据。此工作重复不少于3次循环。

1.7计算被测传感器各校准点的示值误差

按式(1)和式(2)分别计算气压传感器各校准点正行程、反行程示值误差,即

式中:Δp′Iij为传感器正行程第i个校准点第j次校准示值误差,hPa;ci为标准器第i各校准点示值修正值,hPa;δpHi为传感器第i个校准点由高度差引起的示值误差修正值,hPa;Δp′Dij为传感器反行程 第i个校准点 第j次校准示 值误差,hPa。

按式(3)和式(4)分别计算气压传感器各校准点正行程、反行程示值误差的平均值,即

式中:为传感器正行程第i个校准点示值误差平均值,hPa;为传感器反行程第i个校准点示值误差平均值,hPa。

按式(5)分别计算气压传感器各校准点示值误差的平均值,即

式中:为传感器第i个校准点示值误差平均值,hPa。

2不确定度评定

2.1测量依据

依据JJG1084-3013《数字式气压计检定规程》[2]和JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》[4]进行测量。

2.2测量标准

0.02级数字气 压计,测量范围 为600~ 1 100hPa,最大允许误差为0.02%FS。

2.3测量方法

选定一台0.1级气压传感器,其测量范围为800~1 100hPa,最大允许误差为0.1%FS。用标准器在要求环境下对其进行升降压比对。逐点读取被测传感器响应示值,被测传感器响应示值与标准器产生的压力值之差为该传感器的示 值误差。

2.4评定结果的使用

符合上述条件的测量结果,一般可参照使用本不确定度的评定方法。

2.5数学模型

建立不确定度计算的数学模型,即

式中:Δp为传感器各校准点的示值误差;pR为传感器各校准点正反行程示值;pS为标准器修正后各校准点正反行程示值;δpH为传感器各校准点由高度差引起的示值误差修正值。

2.6不确定度分量的来源及其评定

2.6.1示值重复性引起的不确定度分量u1(pR)

在被测气压传感器量程范围内均匀选取7个校准点,每个校准点正反行程循环比对5次。此项不确定度类型为A类,概率分布为正态分布, 由示值重复性引起的不确定度分量

式中:pi为压力校准点上被测传感器的第i个示值;p珚为压力校 准点上被 测传感器 的示值平 均值。

不确定度分量见表1所示。

2.6.2被测数字气压计分辨力引起不确定度分量u2(pR)

被测数字气压计的分辨力为0.1hPa,此项不确定度类型为B类,概率分布为均匀分布。由此引起的不确定度分量为

2.6.3标准器最大允许误差所产生的不确定度分量u3(pS)

选用的标准器最大允许误差为0.2hPa,此项不确定度类型为B类,概率分布为均匀分布。 由此引起的不确定度分量为

2.6.4工作介质高度差误差修正值引起的不确定度分量u4(pH)

依据JJG1084-2013《数字式气压计检定规程》[3],由参考位置高度差引起的示值误差应不 超过被测气压计 最大允许 误差的1/10,在此为0.1hPa。此项不确定度类型为B类,概率分布为均匀分布,由此引起的不确定度分量为

2.7合成测量不确定度

不确定度分量汇总见表2所示。

以上各量互不相关,故合成标准不确定度为

2.8扩展不确定度

被测气压传感器示值误差的测量结果符合正态分布,置信概率为95%,此时扩展因子k=2, 扩展不确定度为

示值误差测量结果不确定度报告见表3。

2.9不确定度验证

采用传递比较法[5],用该标准器对经上级标准器校准符合要求的气压传感器进行校准(表4)。

如表4所示,对比结果最大差值为0.04hPa, 满足∣y-y0∣≤U的条件,所以该测量不确定度得到验证。

3结论