CN200976287Y - 高精度多功能过程信号校验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高精度多功能过程信号校验仪，包括显示装置、微处理器、操作面板和电源，微处理器分别与A/D采样模块、D/A输出模块、串口通讯模块、频率信号处理模块、温度信号处理模块电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；A/D采样模块、D/A输出模块、串口通讯模块、频率信号处理模块、温度信号处理模块分别与信号变换电路模块电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；信号变换电路模块与无源电子开关模块电连接；测量信号输入端、测量信号源输出端分别与无源电子开关模块的输入、输出端电连接。它集检测、校验于一体，且校验功能齐全、精度高，具有测量范围广，功能强，使用方便、适用性强等特点。

Description

高精度多功能过程信号校验仪

技术领域

本实用新型涉及工业仪器仪表检测技术领域，尤其涉及工业仪器仪表检测、校验的信号校验仪器设备。

背景技术

过去工业过程仪表的校验需要使用多种仪器设备，如：校验直流电压、电流需要用直流电压源、电流源、电位差计、数字式万用表等；校验电阻信号需要电阻箱；校验频率信号需要频率发生器、频率计；对脉宽输出(PWM方式)需要示波器、频率发生器；对温度仪表校验需要产生与热电阻、热电偶相一致的电阻、电压信号等等。单一的仪器设备，一般只具有单一的校验功能，导致所需要的校验仪器种类很多、结构各异。现有技术中，越来越多采用功能相对较多的数字式仪表，数字式仪表需要校验的参数也越来越多，功能单一的校验仪使用起来就显得很不方便，越来越不适应科技进步和产品使用对校验设备的需求。我们在过去的科研开发工作中、自动化工程现场调试过程中都深有体会，在一些大型军工企业的计量所，也对多功能校验设备提出一定的需求。市场和用户都希望能拥有一种使用方便、精度很高、校验功能齐全的信号校验仪器设备。

发明内容

针对现有校验仪种类繁多、功能单一，使用不方便之不足，本实用新型的目的是提供一种集检测、校验于一体，且校验功能齐全、精度高的信号校验仪器设备。

本实用新型的技术方案是：高精度多功能过程信号校验仪，包括显示装置、微处理器、操作面板和电源，其特征在于：微处理器分别与A/D采样模块、D/A输出模块、串口通讯模块、频率信号处理模块、温度信号处理模块电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；A/D采样模块、D/A输出模块、串口通讯模块、频率信号处理模块、温度信号处理模块分别与信号变换电路模块电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；信号变换电路模块与无源电子开关模块电连接；测量信号输入端、测量信号源输出端分别与无源电子开关模块的输入、输出端电连接。

所述无源电子开关模块由输入、输出开关构成；输入开关的输入端分别接电压信号、电流信号、电阻信号和频率信号，并分别经隔离无源开关K5、K6、K7和K8与A/D采样模块相连接，经微处理器处理后的信号输入到D/A输出模块内；隔离无源开关K5、K6、K7和K8由处理器的I/O控制端E、F、G和H控制连接；

输出开关的输出端子经光耦合开关K1、K2、K3和K4分别输出电压信号、电流信号、电阻信号和频率信号，光耦合开关K1、K2、K3和K4分别由处理器的I/O控制端A、B、C和D控制连接。

相对于现有技术，本实用新型的信号校验仪器具有如下特点：

1、测量范围广，一机多用，对工业过程的相关参数，如直流电压、直流电流、温度信号、电阻信号和频率信号等，都能进行测量，并提供相应信号源输出；使用方便、适用性强，完全满足在现场对多类过程仪表进行校准的要求。

2、测量、校验的精度高、功能强，其误差在0.05％以内；能满足用户对精度的高要求。

3、采用低功耗的单片机系统配合多种处理模块构成多种信号测量和多种信号源的输出；在信号变换处理模块中采用数字式电位器对信号进行变换，消除了机械式电位器的磨损和不稳定性；避免了机械式开关的功耗大、体积大的缺点，也克服了CMOS电子开关的开关阻抗和容易受干扰的难题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型电路原理方框图；

图2是本实用新型无源电子开关输出端电路图；

图3是本实用新型无源电子开关输入端电路图；

图4是采用本实用新型构成计量系统的原理方框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型高精度多功能过程信号校验仪，主要由显示装置1、微处理器2、操作面板3、电源4、A/D采样模块5、D/A输出模块6、串口通讯模块7、频率信号处理模块8、温度信号处理模块9、信号变换电路模块10、无源电子开关模块11、测量信号输入端12、测量信号源输出端13组成。对工业过程的直流电压、直流电流、温度信号、电阻信号和频率信号进行测量，并提供相应信号源输出。

微处理器2分别与显示装置1、操作面板3、电源4、A/D采样模块5、D/A输出模块6、串口通讯模块7、频率信号处理模块8、温度信号处理模块9电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；A/D采样模块5、D/A输出模块6、串口通讯模块7、频率信号处理模块8、温度信号处理模块9分别与信号变换电路模块10电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；信号变换电路模块10与无源电子开关模块11电连接，无源电子开关模块11再与测量信号输入端12、测量信号源输出端13电连接。

本实用新型以微处理器为核心，输入信号处理电路连接微处理器的I/O接口，微处理器的控制端连接输出信号处理电路，状态开关检测电路与微处理器的I/O接口连接，微处理器的I/O接口连接EEPROM存储器电路和显示电路，还连接监控电路，电源欠压时对输出信号的自动锁定和欠压标志显示。

各主要功能模块结构组成如下：

1、微处理器：是本信号校验仪器的核心，具体可采用低功耗单片机系统(或能耗低、功能强的单片机)，如ATMEL MEG系列单片机，功耗低、功能强。具有较大的程序存储器和数据存储器以及非易失性数据存储器，带有数据通信功能。

2、面板、显示和电源部分：显示装置1主要包括液晶显示器，采用点阵式液晶显示模块，能同时显示多种信息，显示清晰，精度高(五位半)；将经过微处理器2处理后输入的信号显示出来。操作面板3的按键采用轻触按键，手感好、寿命长，按键区分为信号测量区和信号发生区，操作方便；操作面板3是将外部的控制信号、指令等经按键输入到微处理器2内，使其产生相应的动作或功能，采用现有技术中的相关部件或产品。电源4向本信号校验仪的供电，提供所需要的电能，可采用交流220AC或电池供电，电池为现有技术中的大容量充电电池，使用方便。

3、数模转换及处理：A/D采样模块5采用高精度的24bitA/D采样芯片，保证采样的精度要求，可采用现有技术中的产品或部件；微处理器2根据操作面板3的选择指令，将所需的模拟信号送至A/D采样，转换成微处理器2能识别的数字信号；采样信号经过微处理器2或单片机执行相应的处理，输出数据由显示装置1显示。D/A输出模块6由高精度的D/A转换电路和可控恒流源电路组成，可采用现有技术中的产品或部件；D/A转换电路在微处理器的控制下，实现数字与模拟信号的转换，按照模拟信号输出的大小控制可控恒流源输出，在电源电压大于12V的条件下满足恒流输出，其负载电阻R≤500 Q，电压输出负载R≥20K。

串口通讯模块7将TTL电平的串口信号转换成RS232或RS485的信号供上位计算机处理，例如可以构成计量系统(如图4)。频率信号处理模块8通过对频率信号的整形、调制，采集输入的频率信号或输出频率信号。温度信号处理模块9可以对电阻信号和电压信号的温度传感器进行处理，对常见的各种分度号温度信号直接显示温度值，或直接输出温度信号。

4、信号变换电路：信号变换电路模块10，包括脉冲信号的整形、调制、模拟信号的调节等，采用现有的数字式电位器即可对信号进行变换，消除机械式电位器存在的磨损、不稳定的问题。

5、无源电子开关：如图2、图3所示，无源电子开关模块11作为输入开关，测量信号输入端12的测量探头等测得的待校验信号输入本仪器中；测量信号输入端12分别经隔离无源开关K5、K6、K7和K8与A/D采样模块5相连接，分别输入电压信号、电流信号、电阻信号、频率信号，再分别经处理器的I/O控制端E、F、G和H将电压信号、电流信号、电阻信号、频率信号等输入到微处理器2内；E、F、G和H是处理器的I/O控制端。

无源电子开关模块11作为输出开关，将已经处理的信号输出，经微处理器2处理后的信号输入到D/A输出模块6内，包括电压信号输出、电流信号输出、电阻信号输出、频率信号输出，分别经光耦合开关K1、K2、K3和K4，与测量信号源输出端13相连接；A、B、C和D是处理器的I/O控制端。

信号校验仪的输入、输出信号均通过无源电子开关模块11的无源电子开关电路送至仪表内部A/D采样模块5或输出端子输出到外部。除了采用机械式触电开关或CMOS的电子开关外，可采用光电式隔离的无源开关；光电式隔离的无源开关能避免机械式触电开关的体积大、功耗大、机械磨损大，容易受振动、氧化的影响的缺点；而CMOS电子开关，阻抗大，易受干扰，易损坏，增加了可靠性和实用性。

6、输入、输出端：测量信号输入端12作为待校验信号的输入端口，将测量探头等测得的待校验信号输入本仪器中；测量信号源输出端13作为已经处理的信号的输出端口，将经本仪器处理后的信号向外输出。

本实用新型在使用的时候分两大功能：测量和效验。

测量的时候与高精度(五位半)的万用表功能类似，可以测量过程信号的电压、电流、电阻、频率、温度、压力等信号；作为效验仪表的时候可以产生标准的过程信号：电压、电流、电阻、温度、频率等信号，对仪表的精度进行效验。

本实用新型对工业过程的直流电压、直流电流、温度信号、电阻信号、频率信号进行测量，并提供相应信号源输出。例如能与计算机系统构成计量系统(如图4所示)。具有精度高、功能强、使用方便、适用性强的特点，完全满足在现场对多类过程仪表进行校准的要求。仪表为便携式，使用方便，性价比高。

Claims (2)

1、高精度多功能过程信号校验仪，包括显示装置(1)、微处理器(2)、操作面板(3)和电源(4)，其特征在于：微处理器(2)分别与A/D采样模块(5)、D/A输出模块(6)、串口通讯模块(7)、频率信号处理模块(8)、温度信号处理模块(9)电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；A/D采样模块(5)、D/A输出模块(6)、串口通讯模块(7)、频率信号处理模块(8)、温度信号处理模块(9)分别与信号变换电路模块(10)电连接，相互之间进行双向数据和信号交换；信号变换电路模块(10)与无源电子开关模块(11)电连接；测量信号输入端(12)、测量信号源输出端(13)分别与无源电子开关模块(11)的输入、输出端电连接。

2、根据权利要求1所述的高精度多功能过程信号校验仪，其特征在于所述无源电子开关模块(11)由输入、输出开关构成；

输入开关的输入端分别接电压信号、电流信号、电阻信号和频率信号，并分别经隔离无源开关K5、K6、K7和K8与A/D采样模块(5)相连接，经微处理器(2)处理后的信号输入到D/A输出模块(6)内；隔离无源开关K5、K6、K7和K8由处理器的I/O控制端E、F、G和H控制连接；

输出开关的输出端子经光耦合开关K1、K2、K3和K4分别输出电压信号、电流信号、电阻信号和频率信号，光耦合开关K1、K2、K3和K4分别由处理器的I/O控制端A、B、C和D控制连接。

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