智能精密數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)剖析(圖)

概述
　　智能精密數(shù)字多用表軟件功能完善，其中央控制單元采用微處理器來控制完成測(cè)量、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)補(bǔ)償、計(jì)算等功能。在自動(dòng)校準(zhǔn)過程中，對(duì)智能數(shù)字多用表的每個(gè)功能及每一功能的所有量程，經(jīng)過測(cè)量和計(jì)算得到的一系列誤差修正常數(shù)，都存儲(chǔ)在ram中。每次實(shí)際測(cè)量時(shí)，自動(dòng)提取這些常數(shù)進(jìn)行修正計(jì)算，以確保儀器的測(cè)量精度，該項(xiàng)技術(shù)具有以下特點(diǎn)。
　　● “不揭蓋”校準(zhǔn)，不影響熱平衡，確保精度及穩(wěn)定度。
　　● 性能顯著提高，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)跟蹤工作非常有用。
　　● 便于使用，自動(dòng)校準(zhǔn)過程可通過按鍵或ieee-488命令啟動(dòng)，也是自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的最佳設(shè)備。
　　數(shù)字多用表的精度已成為儀器質(zhì)量的的關(guān)鍵。自動(dòng)校準(zhǔn)功能可以保證儀器在已經(jīng)進(jìn)入校準(zhǔn)環(huán)境條件以后，在確保儀器內(nèi)部熱平衡條件下，僅僅通過儀器面板的鍵盤操作(不允許儀器開蓋)完成儀器本身的所有功能，對(duì)任意量程進(jìn)行輸入偏置電流ib、線性、零點(diǎn)偏移、高頻交流(achf)等項(xiàng)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。

數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)剖析
　　當(dāng)數(shù)字多用表后面板上的校準(zhǔn)鑰匙處于校準(zhǔn)模式時(shí)，其前面板標(biāo)志“紅字”鍵盤即可執(zhí)行校準(zhǔn)功能。本文以英國(guó)datron公司的1071型數(shù)字多用表為例進(jìn)行剖析。
　　1．輸入偏置電流的自動(dòng)校準(zhǔn)
　　輸入放大器偏置電流造成的誤差如圖1所示。對(duì)于高精度的數(shù)字多用表ib應(yīng)小于50pa，溫度系數(shù)應(yīng)小于1pa/℃，才能保證儀器的高輸入阻抗、低輸入偏置電流和低漂移性能，否則會(huì)給測(cè)量帶來誤差，為消除該誤差，1071型數(shù)字多用表設(shè)計(jì)了輸入偏置電流的自動(dòng)補(bǔ)償和校準(zhǔn)電路，如圖2所示，在儀器輸入高端和低端連接一個(gè)帶有屏蔽的10mω電阻盒，輸入偏置電流ib在該電阻上產(chǎn)生電壓降，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后儲(chǔ)存于非易失性校準(zhǔn)存儲(chǔ)器內(nèi)，作為輸入偏置電流的修正值。在正常測(cè)量時(shí)，微處理器根據(jù)修正值選出適當(dāng)?shù)臄?shù)字量到d/a轉(zhuǎn)換器，經(jīng)輸入偏置電流補(bǔ)償電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流ib`，抵消ib，使儀器輸入偏置電流小于50pa。
　　2．線性lin自動(dòng)校準(zhǔn)
　　a/d轉(zhuǎn)換器在靠近零的區(qū)域都存在非線性，自動(dòng)校準(zhǔn)的任務(wù)就是使之線性化，為此必須首先找到非線性發(fā)生在哪一點(diǎn)，再確定兩個(gè)極性下的截距a、b數(shù)值各為多少，如圖3所示。實(shí)現(xiàn)這一校準(zhǔn)必須讓多用表能自動(dòng)搜索，這就需要在輸入端外接一電阻，如圖4所示，以便通過調(diào)整偏流改變電壓實(shí)現(xiàn)這種搜索。
　　線性校準(zhǔn)開始，壓下前面板的lin校準(zhǔn)鍵，此時(shí)，數(shù)字多用表進(jìn)入搜索模式，微處理器給出一個(gè)數(shù)字量d1，通過d/a轉(zhuǎn)換為ib1，u1=（ib1－ib）rl，設(shè)此點(diǎn)在p1，得到相應(yīng)數(shù)字輸出為-u01，然后改變到p2，得到一個(gè)-u02輸出，只要數(shù)字多用表的讀數(shù)極性不發(fā)生變化，就可沿原方向搜索下去，直到輸入為p0`點(diǎn)，此時(shí)讀數(shù)為+uop，極性發(fā)生變化。
　　為了確定極性究竟在何處發(fā)生變化，仍然要改變輸入裝置，這樣，總可找到一點(diǎn)p0，在這一點(diǎn)上依次記下16個(gè)讀數(shù)，先不管其值大小，只注意極性，如果16個(gè)讀數(shù)中有8個(gè)讀數(shù)為正，8個(gè)讀數(shù)為負(fù)，則p0這個(gè)非線性轉(zhuǎn)折點(diǎn)就找到了。接著將8個(gè)正讀數(shù)予以平均得到截距a，將8個(gè)負(fù)讀數(shù)平均得到截距b，分別將a、b值存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器。在正常測(cè)量時(shí)，如果讀數(shù)為正(du)，就提取a，線性化后的正確讀數(shù)應(yīng)為：dr=du－a (du>0，a>0)
如讀數(shù)為負(fù)，就提取b，線性校準(zhǔn)以后的正確讀數(shù)應(yīng)為：dr=du－b (du>0，b>0)
這種線性校準(zhǔn)適用于直流測(cè)量的各種功能和量程。
　　3．零點(diǎn)偏移自動(dòng)枝淮
　　數(shù)字多用表經(jīng)過線性校準(zhǔn)后，其輸入/輸出特性如圖5所示，即當(dāng)輸入為零時(shí)，輸出不等于零。為此在各個(gè)功能的不同量程上要分別進(jìn)行零校準(zhǔn)。將校準(zhǔn)源零輸出接到多用表的輸入端，按下前面板的“zero”校準(zhǔn)鍵，此時(shí)多用表將選定功能的某一量程上的零點(diǎn)漂移測(cè)出并存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器，正常測(cè)量時(shí)，只要從存儲(chǔ)器中提取此參數(shù)，并從讀數(shù)中減去就得到了修正。
要特別注意的是，在使用校準(zhǔn)源進(jìn)行零點(diǎn)偏移校準(zhǔn)前，一般應(yīng)分別執(zhí)行正零點(diǎn)和負(fù)零點(diǎn)偏移的校準(zhǔn)，并同時(shí)存儲(chǔ)于校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中。
　　4．增益自動(dòng)校準(zhǔn)
　　數(shù)字多用表經(jīng)過零和線性校準(zhǔn)后，其輸入/輸出特性可能如圖6所示，如在直流電壓擋的10v量程上，輸入為10v，輸出可能是9.999135v，為此，必須在不同功能的不同量程上分別進(jìn)行增益校準(zhǔn)，使之在滿刻度范圍內(nèi)都達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。
　　對(duì)于直流電壓測(cè)量來說，必須在正、負(fù)兩個(gè)極性下分別進(jìn)行增益校準(zhǔn)，而交流增益校準(zhǔn)通常是在較低頻率下(500hz)進(jìn)行。
　　在增益校準(zhǔn)操作以前，應(yīng)將精度相宜并經(jīng)法定傳遞的外部參考標(biāo)準(zhǔn)接入數(shù)字多用表，令滿量程精確值為1，外部標(biāo)準(zhǔn)接入后，數(shù)字多用表實(shí)際測(cè)量為u1，只要乘以一個(gè)稍大于1的系數(shù)就可得到修正，因此，1=u1