黃健明

（廣東省肇慶市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 肇慶 526070）

1 虛擬儀器的特點(diǎn)

對(duì)虛擬儀器的測(cè)量途徑進(jìn)行分析，同樣發(fā)現(xiàn)存在一定的特殊之處——壓力信號(hào)為首要內(nèi)容。壓力信號(hào)發(fā)出后，起到的調(diào)節(jié)模塊作用至關(guān)重要，接下來(lái)通過(guò)模擬總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的目標(biāo)，進(jìn)行A/D之間的轉(zhuǎn)換，最終通過(guò)使用壓力測(cè)量軟件進(jìn)一步處理分析，輸出數(shù)據(jù)，保留存檔，便于以后使用。同時(shí)，溫度信號(hào)在虛擬儀器中同樣有著不可替代的作用。通過(guò)溫度變送器進(jìn)行AM轉(zhuǎn)換，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊，之后溫度測(cè)量軟件發(fā)揮應(yīng)有的作用，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，便可以對(duì)硬盤的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存留檔。虛擬儀器主要通過(guò)軟件進(jìn)行具體的控制，顯著特征為主流技術(shù)與應(yīng)用軟件通過(guò)高性能硬件進(jìn)行結(jié)合，然而此特征并不能使用通常方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 測(cè)量方法

現(xiàn)階段，使用廣泛的3種虛擬儀器校準(zhǔn)方法分別為傳感器、軟件和外部校準(zhǔn)。

2.1 傳感器校準(zhǔn)（也稱“變送器校準(zhǔn)”）

計(jì)算機(jī)在進(jìn)行識(shí)別時(shí)同樣存在一定的缺陷，比如溫度、氣壓等相對(duì)比較特殊，因此，要進(jìn)行校準(zhǔn)，便需要借助傳感器進(jìn)行識(shí)別校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)，主要通過(guò)物理參數(shù)進(jìn)行識(shí)別系統(tǒng)的檢測(cè)，通過(guò)傳感器的檢測(cè)，才能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集并調(diào)節(jié)信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)物理因素與數(shù)據(jù)之間的對(duì)接，進(jìn)而發(fā)揮其應(yīng)有的效用。下面分別討論壓力傳感器校準(zhǔn)和溫度傳感器校準(zhǔn)。

2．1．1 壓力傳感器校準(zhǔn)

對(duì)于壓力傳感器校準(zhǔn)而言，具體分為3類，即靜壓誤差的校準(zhǔn)、基本誤差的校準(zhǔn)以及回程誤差的校準(zhǔn)。在確定誤差的存在性時(shí)，關(guān)注的并不是誤差的值。通常情況下，將壓力進(jìn)行等分，從0～100分為4個(gè)部分，同時(shí)進(jìn)行中間值的設(shè)定。在操作過(guò)程中，準(zhǔn)確記錄其中發(fā)生壓力變化的實(shí)際數(shù)值，完成之后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差的計(jì)算?；菊`差是指公稱輸出值與實(shí)際值輸出值之差對(duì)輸出值范圍（16 mA）的百分率。至于回程誤差，在分別將微超過(guò)測(cè)量數(shù)值的最大值輸入值放入100%，75%%，50%，25%，0%后，進(jìn)一步將回程誤差（傳感器正反輸出的實(shí)測(cè)值的差）記錄下來(lái)。最后計(jì)算回程誤差（變送器正、反輸出實(shí)測(cè)值差的絕對(duì)值）。

2．1．2 溫度傳感器校準(zhǔn)

對(duì)于溫度傳感器而言，最重要的便是熱電偶溫度變送器。熱電偶溫度變送器中包含電壓表、電流表主要組成部件，電壓表要求包含具體、準(zhǔn)確的數(shù)值。設(shè)備準(zhǔn)備好后，輸入電勢(shì)值，留意電勢(shì)值的等分點(diǎn)，等分點(diǎn)為4 mA和20 mA，檢查核實(shí)數(shù)據(jù)是否符合要求。在確定的范圍之內(nèi)，參考技術(shù)要求及工作說(shuō)明書進(jìn)行下一步的測(cè)試。在對(duì)熱電阻溫度變送器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要的設(shè)備為具備較高準(zhǔn)確度的電壓表。重復(fù)以上操作，分別輸入傳感器量程范圍阻值與等分電阻值，參照要求與說(shuō)明進(jìn)行下一步工作。

2.2 內(nèi)部校準(zhǔn)

在進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)時(shí)，首先核定需要測(cè)量的范圍及需要測(cè)量的參數(shù)，因此在內(nèi)部校準(zhǔn)在前，物理參數(shù)測(cè)量在后，按照此種順序進(jìn)行。同時(shí)，在進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)時(shí)，需注意不同軟件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，由此內(nèi)部校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x需要與校準(zhǔn)測(cè)量軟件保持一致。而對(duì)于分壓器及跳線而言，它們?cè)谘b置中起到的作用并不大。

2.3 外部校準(zhǔn)

對(duì)于外部校準(zhǔn)而言，在執(zhí)行方面具有較高的要求，同時(shí)外部校準(zhǔn)對(duì)儀器也有著較高的要求。在進(jìn)行外部校準(zhǔn)時(shí)，完成校準(zhǔn)后便立刻保存數(shù)據(jù)，這樣數(shù)據(jù)的使用者在一定程度上也難以改動(dòng)數(shù)據(jù)，這種情況下，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性便有了較好的保障。特殊信號(hào)，比如溫度、壓力等均屬于外部校準(zhǔn)信號(hào)，在企業(yè)控制中使用的電流一般為4～20 mA，此類外部校準(zhǔn)通過(guò)E系列進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并對(duì)動(dòng)態(tài)范圍和增益進(jìn)行校準(zhǔn)。最后，按照對(duì)應(yīng)的參數(shù)計(jì)量檢定規(guī)程校準(zhǔn)其他的參數(shù)。

3 測(cè)量不確定度分析

3.1 電磁干擾

計(jì)算機(jī)的測(cè)量準(zhǔn)確度受到環(huán)境的影響。眾所周知，通常測(cè)量?jī)x器的安裝環(huán)境是在VAI/VME機(jī)箱或者是計(jì)算機(jī)桌面PXI/Compact PC1機(jī)箱，這樣的環(huán)境會(huì)產(chǎn)生很多變因，比如電流、電壓、電磁等干擾，這些因素都會(huì)影響儀器的準(zhǔn)確度。

3.2 測(cè)量外部校準(zhǔn)的誤差（不確定度）

工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的準(zhǔn)確信號(hào)最大準(zhǔn)許誤差值是（0.01%Rdg+0.01%FS），這是由校準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度所決定的。

3.3 校準(zhǔn)測(cè)量傳感器的誤差（不確定度）

溫度標(biāo)準(zhǔn)的誤差影響了輸入量t，而0.30℃是說(shuō)明書準(zhǔn)許的最大不確定度。

壓力標(biāo)準(zhǔn)的誤差影響了輸入量p，而0.05%FS是說(shuō)明書準(zhǔn)許的最大不確定度。

測(cè)量TRX-11電流擋的不確定度u（I1）。

評(píng)定測(cè)量u（I2）的重復(fù)性變送器輸出電流。定期校準(zhǔn)是保證虛擬儀器精確度的必要步驟。類似于傳統(tǒng)的儀器，基于計(jì)算機(jī)測(cè)量?jī)x器的虛擬測(cè)量?jī)x器也需要定期進(jìn)行內(nèi)、外校準(zhǔn)。虛擬儀器的整體校準(zhǔn)在以上所說(shuō)的校準(zhǔn)中已經(jīng)基本說(shuō)明了，讓其測(cè)量誤差在壓力校準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，除去內(nèi)部穩(wěn)定性后，最高有0.08%，通常為0.3%～0.5%.

3.4 常見的故障排除

對(duì)于虛擬儀器而言，同樣存在許多故障，具體表現(xiàn)在數(shù)碼管不發(fā)光、信號(hào)不能有效輸出或者輸出不穩(wěn)定、輸出的信號(hào)存在一定的誤差以及信號(hào)不能有效輸入等方面。首先，在數(shù)碼管出現(xiàn)故障時(shí)，需要對(duì)電源線、電源開關(guān)以及電源輸入保險(xiǎn)進(jìn)行檢查，查看是否存在問(wèn)題。當(dāng)遇到輸出信號(hào)誤差大時(shí)，通過(guò)使用萬(wàn)用表，對(duì)輸出量程電阻進(jìn)行測(cè)量。倘若在20 mA電流情況下出現(xiàn)誤差大的問(wèn)題，應(yīng)該對(duì)分流電阻進(jìn)行檢查；倘若在100 mV、5 V情況下出現(xiàn)誤差大的問(wèn)題，則應(yīng)該對(duì)分壓電阻、量程開關(guān)進(jìn)行檢查；倘若兩者誤差均很大，應(yīng)該對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)將其調(diào)整為1 V。當(dāng)遇到信號(hào)不能輸入的情況時(shí)，需要檢查輸入保險(xiǎn)及分流電阻等。

4 結(jié)論

綜上所述，虛擬儀器的有效使用可以解決校準(zhǔn)熱工參數(shù)測(cè)量?jī)x器的基本問(wèn)題。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，產(chǎn)品在能夠保證質(zhì)量的同時(shí)，不僅僅能夠避免在日常操作中可能產(chǎn)生的操作誤差，同時(shí)在進(jìn)行自動(dòng)控制的前提下還能夠解決企業(yè)職員在校準(zhǔn)方面的大量難題。

［1］韓璞，張麗靜.熱工過(guò)程控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方法的研究［J］.華北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，1993（1）.

［2］劉希萍，李誠(chéng).熱工參數(shù)控制中的校準(zhǔn)方法淺談［J］.科技風(fēng)，2011（23）.