一种工业安全在线仪表校验仪校准用的标准装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电器，特别是一种工业安全在线仪表校验仪校准用的标准装置。
【背景技术】
[0002]随着工业过程自动化及计算机技术的不断发展，为了保证工业生产的安全运行，要定时对生产过程中使用的仪表进行校准、维护。由于国家对工业安全生产的日益重视，工业过程校验的工作量也不断加大，也就对工业安全在线仪表校验仪的自动化和准确性提出了更高的要求。因此需要研制准确度高、功能齐全的标准装置，从而保证工业安全在线仪表校验仪计量的准确性，提高校验的效率。
[0003]校验仪用于检验工业过程控制仪表及系统各个环节(现场传感器、显示记录仪表、变送器、执行机构、控制器等)的工作运行状况:正常、故障、性能指标等；以及校准这些环节，使其达到规定的工作精度或准确度。其主要特点是同时具有独立的电信号测量单元和电信号输出单元，部分校验仪并可根据需要将一些测量或输出的电信号以本身的物理量的形式显示(如温度、压力等)。
[0004]校验仪可在用户设定的工作模式下测量和输出各种过程信号(如电压、电流，电阻，频率以及热电偶和热电阻等)，并可以按用户的需求处理、显示、存储各项数据，同时可以根据实际需要任意设定各种过程信号输出的幅值、模式等，具备准确度高、携带方便、稳定性好等优点。
[0005]经过多方面的资料收集和调研，项目组发现国内尚无专门用于对校验仪进行校准的标准设备，我国各大型企业和省级以上的计量部门普遍使用的标准设备大多是安捷伦和福禄克等公司所生产的数字多用表和多功能标准源，这类设备普遍价格高，服务成本昂贵，对环境条件的要求较高，主要用于实验室，不便于在生产现场使用。并且这类设备的测量/输出范围较宽，对工业安全在线仪表进行检校只是用了其测量/输出范围中的很小一部分，造成资源浪费，并且对一些具有热电偶和热电阻功能的工业安全在线仪表，使用这类设备大都无法直接对其进行校准，还需通过公式或查表进行计算，使整个校准过程变得复杂。工作效率低，而且准确率低，影响安全使用和安全生产。
【发明内容】
[0006]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种工业安全在线仪表校验仪校准用的标准装置，可有效解决工作效率低，而且准确率低，影响安全使用和安全生产的问题。
[0007]本实用新型解决的技术方案是，包括壳体和壳体内的控制电路，壳体上有信号输入接口和信号输出接口，控制电路包括输入测量部分A、数字及人机接口通讯部分B和信号输出部分C，输入测量部分A、信号输出部分C分别与数字及人机接口通讯部分B相连，输入测量部分A结构是，第一端口保护切换器与壳体上的信号输入接口相连，第一端口保护切换器分别经电阻测量前置调理器、频率脉冲测量前置调理器、电压测量前置调理器、电流测量前置调理器与A/D转换器相连，电阻测量前置调理器与恒流源相连，A/D转换器分别与温度传感器、基准源和数字及人机接口通讯部分B的微处理器相连，数字及人机接口通讯部分B结构是，微处理器与第一端口保护切换器、第二端口保护切换器、D/A转换器相连，微处理器上装有相连的LED显示器、键盘、存储器和RS232接口，信号输出部分C结构是，第二端口保护切换器经模拟电阻发生器、频率脉冲信号发生器、电压信号发生器、电流信号发生器与D/A转换器相连，第二端口保护切换器与壳体上的信号输出接口相连，D/A转换器与基准电源相连，D/A转换器与微处理器相连。
[0008]本实用新型结构新颖独特，准确度高，携带方便，性能稳定性好，使用简单，工作效率高，准确，安全，有良好的经济和社会效益。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的外部结构立体图。
[0010]图2为本实用新型的电路连接框示图。
【具体实施方式】
[0011]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作详细说明。
[0012]由图1、2所示，本实用新型包括壳体和壳体内的控制电路，壳体21上有信号输入接口 22和信号输出接口 23，控制电路包括输入测量部分A、数字及人机接口通讯部分B和信号输出部分C，输入测量部分A、信号输出部分C分别与数字及人机接口通讯部分B相连，输入测量部分A结构是，第一端口保护切换器I与壳体上的信号输入接口 22 (Pl)相连，第一端口保护切换器I分别经电阻测量前置调理器6、频率脉冲测量前置调理器7、电压测量前置调理器8、电流测量前置调理器9与A/D转换器4相连，电阻测量前置调理器6与恒流源5相连，A/D转换器4分别与温度传感器11、基准源10和数字及人机接口通讯部分B的微处理器2相连，数字及人机接口通讯部分B结构是，微处理器2与第一端口保护切换器1、第二端口保护切换器3、D/A转换器20相连，微处理器2上装有相连的LED显示器12、键盘
13、存储器14和RS232接口 15，信号输出部分C结构是，第二端口保护切换器3经模拟电阻发生器16、频率脉冲信号发生器17、电压信号发生器18、电流信号发生器19与D/A转换器20相连，第二端口保护切换器3与壳体上的信号输出接口 23 (P2)相连，D/A转换器20与基准电源相连，D/A转换器20与微处理器2相连。
[0013]所述的微处理器型号为STM32;所述的显示器为高清彩色触摸屏，分辨率为640X480 ；
[0014]所述的D/A转换器为AD5780型DA数模转换器，A/D转换器为ADS1246型模数转换器。
[0015]本实用新型主要有两个功能，即:输入测量功能和信号输出功能，输入测量功能是将需测量的信号经过信号调理后，送入A/D转换器进行数据采样和转换。然后A/D转换器将转换的结果送给微处理器(MCU，Micro Control Unit)的微控制单元进行数据处理，计算出相应的结果并显示。
[0016]信号输出功能是由键盘根据所需要的功能和量程，经微处理器转换成相应的电平，所得的值送入D/A转换器，D/A转换完成后经过一系列的信号驱动电路后得到相应的输出量，输出量可以替代电压源、电流源、信号发生器等多种仪器为现场设备提供所需要的标准源。
[0017]工业安全在线仪表校验仪标准装置可通过液晶屏显示测量结果和输出信号值，也可以通过RS232通信与PC机建立连接，在PC机上对结果作进一步的分析处理。
[0018]工业安全在线仪表校验仪标准装置主要由微处理器(MCU)、数字及人机接口通信单元、输入测量单元、信号输出单元、电源等组成。其中输入测量单元包括直流电压测量模块、直流电流测量模块、电阻/热电阻测量模块(2线和4线可选)、热电偶测量模块、脉冲/频率测量模块；信号输出单元包括直流电压输出模块、直流电流输出模块、电阻/热电阻输出模块(2线和4线可选)、热电偶模拟输出模块、脉冲/频率输出模块。
[0019]1、微处理器(MCU)
[0020]微处理器(MCU)采用STM32系列，基于专为要求高性能、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。微处理器是整个装置的指挥中心，进行数据的运算控制，对存储器单元进行读写，响应按键输入，将结果输出至6寸高清彩色触摸屏进行显示，同时与RS232接口进行数据交换。
[0021]同时又采用了双CPLD设计，CPLD(A)采用并口和CPU通信，主要完成I/O扩展桥接的功能，负责各ADC，DAC和CPU之间的通信，并完成量程控制以及保护等功能。
[0022]CPLD(B)主要完成脉冲信号的频率测量、记忆输出和分频调制功能。
[0023]、数字及人机接口通信单元
[0024]数字及人机接口通信单元由存储器单元、按键单元、显示屏和RS232接口组成。各部分功能简述如下:
[0025]存储器单元采用EPR0M，存储各类非易失性数据。
[0026]按键单元采用物理按键和I个旋转编码器，主要包括:电源开关、表/源各电量测量模式切换、2W/4W测量模式切换、脉冲输入/输出模式切换、清零、校准、复位和退出当前操作等功能按键，设计紧凑、功能齐全，涵盖该仪器的所有功能操作。
[0027]显示屏采用6寸高清彩色触摸屏，分辨率为640X480，高亮清晰，且功耗低。主界面主要由5部分组成，分别为:TC功能显示操作窗、表测量功能显示操作窗、源输出功能显示操作窗、当前电量值显示窗和功能键区。可以用触摸屏完成所有操作，信息齐全，且重点突出，方便用户查看。触摸屏为行业内首创，配合嵌入式软件，可便捷的进行相关功能操作，大大提尚检定效率。
[0028]与上位机通讯采用RS232串口通信接口，为目前行业内的主流通信接口，可与PC机直接进行通信，配合上位机软件完成数据管理、报表打印等功能。
[0029]3、输入测量部分
[0030]3.1 ADC模数转换器
[0031]ADC是测量电路的核心，该仪器采用24位低功耗、高精度ADC，可保证各电量测量值的准确度和线性度。采样后的信号经调理放大滤波后输送给ADC，ADC将对应的模拟信号转换为数字信号，传输至微处理器进行运算处理。
[0032]3.2 REF高精度基准
[0033]电压基准是保证测量准确度的关键器件，其性能的好坏直接决定了该仪表测量的准确度和稳定性，系统采用每千小时1ppm漂移的电压基准。电压基准为ADC和DAC提供电压参考。
[0034]3.3电压测量前置调理器
[0035]标准装置根据校验仪的需求设置了 mV至100V之间的电压输出量程，电压信号取样采用分压电阻采集电压信号。在选用分压电阻式要考虑功耗和温飘，例如100V量程下再用100:1的分压电阻，功耗控制在1mW以下，这样可以最大限度的减小电阻发热，避免电阻发热引起的分压电阻比例的变化，综合功耗和温飘，选用了 1M的100:1电阻分压网络，分压比率的温漂系数为lppm，这样满量程输出时分压电阻的功耗为lmW，根据分压电阻手册推出电阻相对环境的温升不超过I度，从而保证分压电阻发热带来的比率误差不超过Ippm0
[0036]3.4直流电流测量前置调理器
[0037]标准装置根据校验仪的需求设置了 20mA至10mA两个直流电流测量量程，为保证长期精度、减小负载效应，前端采用四线精密低温漂电阻作为电流取样，实现电流信号到电压信号的转换，得到的电压信号送给ADC做测量用。
[0038]3.5电阻/热电阻测量前置调理器
[0039]该控制单元实现电阻两线和四线测量方式，以及电阻清零控制电路。由于普通继电器工作时发热，触点会有热电动势，降低测量精度，此处使用磁保持继电器消除温度影响。恒流源流经被测电阻，然后流过标准电阻。产生的电压，必须采用差分放大，降低共模干扰，经滤波后送给ADC。
[0040]3.6程控精密电流源