智能仪器中数字校准技术的研究

　　1　零值误差的数字校准

　　仪器仪表在被测量为零输入时应该是零显示,但往往由于仪器某个环节的不理想而导致显示不为零,形成零值误差。这不仅会在零值输入时造成用户的疑惑,而且会在有输入时加大测值误差。仪器的零值误差主要由前置测量电路中有源器件的零漂移和某些环节的系统误差所造成。零值误差数字校准的基本思想是仪器在校准态时记录下被测量为零输入时的测量值作为零值误差;在仪器处于实时运行态时,将实时测量值消除校准态时记录的零值误差的影响后作为真正的实际值。这就完成了零值误差的软件补偿(数字校准)。

　　很多情况下的测量,例如正负电压的测量、正负温度的测量等,都需要对测量值作正负双向取值。正负双向取值对于A/D转换器来说有两种情况:一种是A/D转换器输出的数字量是被转换模拟量的绝对值,测量值的符号另有信号线传给微处理器,称为双向取正负值的A/D转换器,如双积分原理的A/D转换器ICL7135等;另一种A/D转换器是将负的模拟量满度值转换成数字量的最小值(0……0H),将正的模拟量满度值转换成数字量的最大值(F……FH),将模拟量的零值转换成数字量的中间值(80……0H),称为单向取正负值的A/D转换器,如逐次逼近型A/D转换器MAX195等。另外还有单向取正值的A/D转换器,将模拟量的零值转换成数字量的最小值(0……0H),将正的模拟量满度值转换成数字量的最大值(F……FH),如MAX187等。这三种类型的A/D转换器输出的数字量的零值校准,在处理方法上有很大不同,分述如下。

　　1·1　双向取正负值的A/D转换器的零值校准

　　这时,在零值误差的数字校准中需要考虑测量值极性与零值误差极性的各种组合,以及每种极性组合中的测量值大于和小于零值误差的两种情况。实时测量中可能出现如图1中(a)~(h)所示的8种情况。图中虚线为零值线;虚线以上为正值,以下为负值;黑色长条为测量值,白色长条为零值误差。由图可见,数字校准中用软件消除测量值中零值误差的影响,应采取不同的处理方法。现用A表示测量值的绝对值,E表示零值误差的绝对值,将图1(a)~(h)的处理简述如下:

　　(a)A与E均为正,A大于E。实际值=A-E,符号取正;(b)A与E均为正,A小于E。实际值=E-A,符号取负;(c)A为正E为负,A大于E。实际值=A+E,符号取正;(d)A为正E为负,A小于E。实际值=A+E,符号取正;(e)A为负E为正,A大于E。实际值=A+E,符号取负;(f)A为负E为正,A小于E。实际值=A+E,符号取负;(g)A与E均为负,A大于E。实际值=A-E,符号取负;(h)A与E均为负,A小于E。实际值=E-A,符号取正。

　　为方便软件编程,可将上述8种处理概括为:A、E异号,实际值=A+E,符号取A值符号;A、E同号,实际值=大值-小值,符号当A为大值时取同号,A为小值时取异号。