智智能儀器的工作原理和功能特點
| 本文主要分析的是智能儀器的工作原理及其功能特點。以下是主要內容： 1. 智能儀器的工作原理 傳感器拾取被測參量的信息并轉換成電信號，經濾波去除干擾后送入多路模擬開關；由單片機逐路選通模擬開關將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，放大后的信號經A／D轉換器轉換成相應的脈沖信號后送入單片機中；單片機根據儀器所設定的初值進行相應的數據 運算和處理（如非線性校正等）；運算的結果被轉換為相應的數據進行顯示和打印；同時單片機把運算結果與存儲于片內FlashROM（閃速存儲器）或E2PROM（電可擦除存貯器）內的設定參數進行運算比較后，根據運算結果和控制要求，輸出相應的控制信號（如報警裝置觸發、繼電器觸點等）。此外，智能儀器還可以與PC機組成分布式測控系統，由單片機作為下位機采集各種測量信號與數據，通過串行通信將信息傳輸給上位機——PC機，由PC機進行全局管理。 2. 智能儀器的功能特點 隨著微電子技術的不斷發展，集成了CPU、存儲器、定時器/計數器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器甚至A／D、D／A轉換器等電路在一塊芯片上的超大規模集成電路芯片（即單片機）出現了。以單片機為主體，將計算機技術與測量控制技術結合在一起，又組成了所謂的“智能化測量控制系統”，也就是智能儀器。 與傳統儀器儀表相比，智能儀器具有以下功能特點： ① 操作自動化。儀器的整個測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關啟動閉合、數據的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機或微控制器來控制操作，實現測量過程的全部自動化。 ② 具有自測功能，包括自動調零、自動故障與狀態檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉換等。智能儀表能自動檢測出故障的部位甚至故障的原因。這種自測試可以在儀器啟動時運行，同時也可在儀器工作中運行，極大地方便了儀器的維護。 ③ 具有數據處理功能，這是智能儀器的主要優點之一。智能儀器由于采用了單片機或微控制器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統的數字萬用表只能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數字萬用表不僅能進行上述測量，而且還具有對測量結果進行諸如零點平移、取平均值、求極值、統計分析等復雜的數據處理功能，不僅使用戶從繁重的數據處理中解放出來，也有效地提高了儀器的測量精度。 ④ 具有友好的人機對話能力。智能儀器使用鍵盤代替傳統儀器中的切換開關，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實現某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態以及對測量數據的處理結果及時告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀。 ⑤ 具有可程控操作能力。一般智能儀器都配有GPIB、RS232C、RS485等標準的通信接口，可以很方便地與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統，來完成更復雜的測試任務。 3. 智能儀器的發展概況 80年代，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發展，測量系統常通過IEEE—488總線連接。不同于傳統獨立儀器模式的個人儀器得到了發展等。 90年代，儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個方面：微電子技術的進步更深刻地影響儀器儀表的設計；DSP芯片的問世，使儀器儀表數字信號處理功能大大加強；微型機的發展，使儀器儀表具有更強的數據處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI總線得到廣泛的應用。 近年來，智能化測量控制儀表的發展尤為迅速。國內市場上已經出現了多種多樣智能化測量控制儀表，例如，能夠自動進行差壓補償的智能節流式流量計，能夠進行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠實現數字PID和各種復雜控制規律的智能式調節器，以及能夠對各種譜圖進行分析和數據處理的智能色譜儀等。 上智能測量儀表更是品種繁多，例如，美國HONEYWELL公司銷售的DSTJ-3000系列智能變送器，能進行差壓值狀態的復合測量，可對變送器本體的溫度、靜壓等實現自動補償，其精度可達到±0.1％FS；美國RACA-DANA公司的9303型超高電平表，利用微處理器消除電流流經電阻所產生的熱噪聲，測量電平可低達-77dB；美國FLUKE公司銷售的超級多功能校準器5520A，內部采用了3個微處理器，其短期穩定性達到1ppm，線性度可達到0.5ppm；美國FOXBORO公司銷售的數字化自整定調節器，采用了專家系統技術，能夠像有經驗的控制工程師那樣，根據現場參數迅速地整定調節器。這種調節器特別適合于對象變化頻繁或非線性的控制系統。由于這種調節器能夠自動整定調節參數，可使整個系統在銷售過程中始終保持品質。 |
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