《電子技術(shù)應(yīng)用》
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教學(xué):使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè) VM振弦采集模塊測(cè)量精度對(duì)比

2022-09-08
來(lái)源:21ic電子網(wǎng)

  [導(dǎo)讀]真值是檢測(cè)任何設(shè)備測(cè)量精度的基礎(chǔ)條件,真值不能用信號(hào)發(fā)生器號(hào)稱(chēng)的誤差來(lái)衡量、不能用電阻標(biāo)稱(chēng)的阻值來(lái)衡量。獲取真值最可靠的辦法是使用比要檢測(cè)精度更高一個(gè)數(shù)量級(jí)的儀表去測(cè)量。例如:電阻的值必須要用 6 位半或者更高精度的儀表測(cè)量后才能確定真實(shí)的電阻到底是多少。信號(hào)發(fā)生器也必須用一個(gè)更高精度的頻率測(cè)量設(shè)備檢測(cè)后才可以使用。如果“真值” 是不可靠的,那么對(duì)任何設(shè)備的精度檢測(cè)工作,都會(huì)是徒勞的。

  使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè) VM振弦采集模塊測(cè)量精度對(duì)比

 ?。?)電源

  1.1VDD 引腳電源

  必須使用 LDO 穩(wěn)壓或者低紋波線(xiàn)性電源, LDO 推薦使用 AM1117_3.3V 芯片,測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn) SPX 生產(chǎn)的 LDO會(huì)造成非常嚴(yán)重的干擾(其它品牌應(yīng)該也會(huì)有類(lèi)似的問(wèn)題)。

  1.2VSEN 引腳電源

  單通道模塊時(shí), VSEN 可以不連接(因?yàn)椴恍枰?lì)傳感器),避免連接電源產(chǎn)生不必要的干擾。多通道模塊時(shí), VSEN 必須連接(因?yàn)橥ǖ狼袚Q需要這個(gè)電源),和 VDD 一樣,必須使用低紋波的 LDO 或者線(xiàn)性電源。

 ?。?) 接地

  VM 模塊的 GND 必須嚴(yán)格的接地,必須核實(shí)所接的地線(xiàn)的有效性(有些場(chǎng)所的地線(xiàn)端子要么是擺設(shè),要么接地電阻過(guò)大而沒(méi)有作用)。接地不嚴(yán)格,造成的干擾可能會(huì)是致命的,無(wú)法測(cè)量頻率。

  (3) 接觸

  一定不要為了方便使用彈簧針、插拔連接的形式連接電源、通訊線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn),這種連接有接觸不良隱患、也會(huì)產(chǎn)生一些隨機(jī)的接觸電阻(當(dāng)測(cè)量 NTC 電阻時(shí),這種隨機(jī)電阻影響非常嚴(yán)重)。

 ?。?) 測(cè)試設(shè)備

  4.1 頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

  一般是信號(hào)發(fā)生器, 信號(hào)發(fā)生器要嚴(yán)格接地。檢測(cè)機(jī)構(gòu)或者各種行業(yè)規(guī)范中,通常是要求使用 5mV~10mV 的正弦信號(hào)連接到送檢的設(shè)備(VM 模塊),如果地線(xiàn)連接不可靠,交流電中的噪聲會(huì)耦合到信號(hào)線(xiàn),這種噪聲的幅值遠(yuǎn)大于正弦信號(hào)幅值,會(huì)造成檢測(cè)失敗。

  4.2 溫度標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

  一般是使用已知的電阻連接到 VM 模塊,用已知電阻對(duì)應(yīng)的理論溫度和模塊測(cè)量到的溫度值進(jìn)行比較,兩個(gè)溫度的差就是“VM 模塊的溫度測(cè)量誤差” 。

 ?。?) 真值

  真值是檢測(cè)任何設(shè)備測(cè)量精度的基礎(chǔ)條件,真值不能用信號(hào)發(fā)生器號(hào)稱(chēng)的誤差來(lái)衡量、不能用電阻標(biāo)稱(chēng)的阻值來(lái)衡量。獲取真值最可靠的辦法是使用比要檢測(cè)精度更高一個(gè)數(shù)量級(jí)的儀表去測(cè)量。例如:電阻的值必須要用 6 位半或者更高精度的儀表測(cè)量后才能確定真實(shí)的電阻到底是多少。信號(hào)發(fā)生器也必須用一個(gè)更高精度的頻率測(cè)量設(shè)備檢測(cè)后才可以使用。如果“真值” 是不可靠的,那么對(duì)任何設(shè)備的精度檢測(cè)工作,都會(huì)是徒勞的。

  頻率精度檢測(cè)

  在 VMTool 工具內(nèi),進(jìn)行以下參數(shù)設(shè)置(基于默認(rèn)參數(shù))激勵(lì)方法:低壓掃頻法-步進(jìn)法。勾選“強(qiáng)制激勵(lì)”復(fù)選框。期望采樣: 200,補(bǔ)采樣 10 次。

  如果條件允許時(shí),就盡量減少數(shù)字接口的頻繁通訊,最好設(shè)置模塊的“自動(dòng)上傳” 寄存器的 bit11 為 1,即:自動(dòng)上傳高分辨率頻率值,上位機(jī)僅僅作為一個(gè)接收機(jī)(不向 VM 模塊發(fā)送任何指令)。下面是使用 VM501 的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(自動(dòng)上傳高精度頻率值),單位為 Hz。(環(huán)境溫度 25℃左右)

  溫度(NTC) 精度檢測(cè)

  單通道 VM 模塊的溫度檢測(cè) ,下面是使用 VM501 的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(環(huán)境溫度 25℃左右), 電阻真值: 6 位半測(cè)量得到的電阻值。

  多通道 VM 模塊的溫度檢測(cè)

  多通道 VM 模塊使用了通道切換電路,在測(cè)量線(xiàn)路上會(huì)存在一定的等效電阻。因?yàn)樯a(chǎn)和材料的差異性, VM模塊在出廠時(shí)未對(duì)每個(gè)模塊做精確的通道切換電阻修正,所有模塊均采用了一個(gè)固定的經(jīng)驗(yàn)電阻值來(lái)修正外接的 NTC 電阻值,故此多通道模塊在測(cè)量溫度時(shí)會(huì)存在一定的電阻測(cè)量差異(電阻加常數(shù)),導(dǎo)致最終的溫度測(cè)量值比單通道的 VM501 模塊誤差稍大(尤其是小電阻值時(shí))。

  本表中的測(cè)量值未經(jīng)過(guò)任何修正,是真實(shí)的測(cè)量值。 VM604 為隨機(jī)選取,未經(jīng)篩選。

  多通道切換電阻的修正

  使用$STLR 指令可以修改切換通道電路的電阻值,向上表中的 VM604 模塊發(fā)送指令$STLR=90 電阻修正后的測(cè)試數(shù)據(jù)如下表

  如果知道通道切換電阻應(yīng)修正為多少?

  先用指令修改為 120,觀察測(cè)量值,如果希望測(cè)量值能夠更高一些,則用指令修改為比 120 大的值,反之就需要修改為比 120 小的值,直到測(cè)量值與理論溫度在全范圍內(nèi)相符(應(yīng)重點(diǎn)觀察小電阻時(shí)的匹配度)。

  小結(jié)論:

 ?、賄M 模塊測(cè)量電阻的精度是完全沒(méi)有問(wèn)題的,這一點(diǎn)可以通過(guò) VM501 的溫度測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)表中得到證明。同時(shí),經(jīng)過(guò)通道切換電阻修正后的 VM604 的測(cè)量數(shù)據(jù)也可以證明。

 ?、诙嗤ǖ勒裣夷K中,各個(gè)通道的一致性非常好,同一個(gè)電阻分別連接到不同的通道上,可以得到幾乎相同的測(cè)量值。

  頻率與溫度的多項(xiàng)式修正

  VM 振弦采集模塊自 SF3.51 版本開(kāi)始,新增加了頻率和溫度的多項(xiàng)式修正功能。測(cè)量、計(jì)算完成后的頻率值和溫度值,經(jīng)過(guò)一個(gè) 2 次多項(xiàng)式進(jìn)行修正,最終更新到頻率和溫度寄存器。

  (下式中,加常數(shù) A 的單位為 Hz 和℃)

  注意: VM 振弦采集模塊不進(jìn)行頻率、溫度修正時(shí),即可以保證頻率 0.1Hz、溫度 0.5℃的絕對(duì)精度,多項(xiàng)式修正僅用于微小的調(diào)整使用。當(dāng)出現(xiàn)測(cè)量值與預(yù)期值相差較大的情況時(shí),應(yīng)排查造成誤差的原因,不應(yīng)該直接用參數(shù)進(jìn)行修正。

  注意:溫度修正僅適用于 NTC 熱敏電阻類(lèi)型的溫度傳感器。一般來(lái)說(shuō),經(jīng)過(guò)多項(xiàng)式修正以后,在全范圍內(nèi),測(cè)量值與理論值就幾乎完全一致。



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