JJF 1048-1995 数据采集系统校准规范

数据采集系统校准 JJF 1048-1995 数据采集系统校准规范 Calibration Specification of Data Acquisition System 汀如小如小中幸".", ;. JJF 1048-1995字 火 个令.幸峥 峥峥 "N 本校准规范经国家技术监督局于1995年05月31日批准，并自19%年05月01日起施 行 归口单位:中国航空工业总公司第三O四研究所 起草单位:中国航空工业总公司第三O四研究所 本规范技术条文由起草单位负责解释 本规范主要起草人: 梁志国 周艳丽 (中国航空工业总公司第三O四研究所) 参加起草人: 王章泉 王成沛 (中国航空工业总公司第三O四研究所) 路 克杰 苏铭林 (中国航空工业总公 司第三O四研究所) 目 录 一 概述 ··············.................····.................................····，·，·················，，二74 1 适用范围··，，························，······，··············，······················，········⋯⋯ 74 2 术语及定义··············，，，·············.·⋯⋯ ，...........................................二74 二 技术要求 ·............................................................................................... 75 3 技术要求··················，·····················，··⋯⋯ ，...············. ....⋯⋯ 75 三 校准条件 ·............................................................................................... 76 4 校准系统要求····，······4····，，···········，，········4··········，，···········⋯⋯，⋯⋯ 76 5 预调整.....................................................····，·········4·········，，·······⋯⋯ 76 6 校准环境条件···········，，····························，····························...⋯⋯ 76 7 特殊条件········，，.................................................................................. 76 四 校准项目和校准方法·.......................................................................⋯⋯ 77 8 采集速率·..................................................................................···⋯⋯ 77 9 线性度·················，··············，，·······················································，⋯⋯ 78 10 误差限 ···············，·····················································，................. 80 11 时间漂移 ···········....................................·································，·⋯⋯ 81 12 通道间串扰 ··············，，··································，，···························..一 83 五 校准结果的处理和校准时间间隔 .................................................................. 84 附录1数据采集系统的选校项目和校准方法 ···，··································，，·········一 84 附录2 数据采集系统校准结果记录格式 ······························....................···一 94 附录3数据采集系统校准内容 ···········，········································，······⋯⋯95 数据采集系统校准规范 一 概 迷 1 适用范围 本规范为指导性技术文件，适用于以模拟电量作输入的数据采集系统的校准。执行本规 范的被校数据采集系统性能限定为: ①通道采集速率G巧X10“次沪砂 OO A/D转换位数<-16位 超出上述限定的系统，以及其他模拟量输人的数据采集系统的校准，可参照执行。 数据采集系统是一种测量设备，广泛用于各种测控领域。它可以与各种类型的传感器相 连接，构成测量温度、力、压力、流量和位移等物理量的测量系统c 数据采集系统的种类很多，典型结构如图1所示。其核心部分是电量的测量。 图 t 数据采集系统典型结构 由传感器来的模拟信号，通过信号调理器和多路开关后。再经过ADD转换器进行模数 转换并最终被计算机系统收存而完成数据采集过程。 术语及定义 2.t数据采集系统 能测量来自传感器、变送器及其他信号源的输人信号，并能以某种方式对测到的量值进 行数据存储、处理、显示、打印或记录的系统。 2.2 信号调理器 对输人信号进行放大、滤波、线性补偿、阻抗匹配等功能性调节后再输出的四端网络的 统称。 2.3 通道 输人输出信号的传输路径。 2.4通道采集速率 数据采集系统在采集数据过程中，某一采集通道在单位时间内采集的可读有效 (原始) 数据个数称为该通道的通道采集速率。 2.5循环采集速率 数据采集系统在多通道循环采集方式下执行采集时，全系统所有工作的采集通道在单位 时间内采集的可读有效 (原始)数据个数。 2.6单通道采集速率 系统只有一个通道执行采集时的工作方式称为单通道采集。此时的通道采集速率称为单 通道采集速率。 2.7 通道间串扰 数据采集系统采集过程中，前一输人通道对其逻辑后继通道的影响。 2.8 动态有效位数 理想的模数转换器在数据采集中只引人与其转换位数相对应的量化误差。在满足采样定 理的条件下，实际的数据采集系统对单频正弦交流信号执行数据采集后，根据采集到的数据 求得相应的拟合正弦曲线，将采集数据与该拟合曲线之间的有效值误差归结为动态采集下的 量化误差，与此动态量化误差相对应的模数转换的有效位数称为系统的动态有效位数。 2.9 误差限 测量结果偏离真值 (约定真值)的程度。 二 技 术 要 求 3 技术要求 3.1 被校数据采集系统的要求 3.1.1文件资料 由于数据采集系统种类繁多且复杂，所以，被校准的系统应配有原理图纸、使用说明书 及相应的软件资料。 3.1.2 项目及指标 送校单位应提供其送校数据采集系统所有要求测量性能的指标，并包括:①输人电阻; ②输人通频带;③模数转换位数;④量程;⑤供电源;⑥采集速率;⑦通道数;⑧数据容 量;等等。 3.1.3 可靠性、安全性和抗干扰性 送校数据采集系统应能连续24h无故障工作。其安全性和绝缘性良好，符合国家有关安 全规定。人身感应、摆放位置和方向等对其性能的影响应可忽略不计。 3.1.4 校准通道 数据采集系统校准通道号随机选取。每个校准项目需校准的通道数，若无特别要求，应 不少于 4, 不同类型的通道应分别校准。 3.1.5 标志及外观 数据采集系统的铭牌或外壳上应标明系统的名称、生产厂家、型号、编号和出厂日期。 75 系统外形结构应完好。开关、按键、旋钮等可正常操作，标志清晰明确，外露件不应有 松动和机械损伤。 供电电源的标志及电压和频率范围指示明确。 3.2 输人输出连线 校准用输人输出信号线长一般在1-2m，线型采用与实际使用时相同种类，或依说明书 规定。其他情况，使用双纹屏蔽线c 3.3 通电检查 外观检查后，按使用说明书通电，对数据采集系统各种功能进行检查，均应正常。 功能性检查完成后，给系统所选定的检查通道加人其量限内的任意非零恒定信号 (一般 是在通道测量范围上限或下限的5096--90%以内)，检查其工作状况，若不能正常采集，则 不进行校准，应该予以维修。 三 校 准 条 件 4 校准系统要求 4.1校准系统 校准系统综合误差不大于被校数据采集系统误差限的1/40 校准系统应具有良好的屏蔽、接地，周围无任何影响数据采集系统及其校准系统性能的 振动、冲击及电磁辐射等。 4.2 标准源 所使用的标准源及标准测量仪器应定期检定，并在检定合格的有效期内。其调节细度、 稳定度及纹波系数等引起的最大误差，应不大于被校数据采集系统分辨力的1/40 4.3 校准用的主要仪器设备也应在检定合格的有效期内使用。 5 预调整 正式校准前，按使用说明书对数据采集系统进行预调整，校准过程中不允许做对数据采 集系统性能有影响的调整。 正式校准前，按说明书要求对数据采集系统预热。 b 校准环境条件 温 度:(20士5)Ic 相对湿度:40%一70 96 RH 校准过程中温度变化的允许范围及允许速度，以其温度附加误差不超过基本误差限的 1/9为限。其他校准环境条件，以不影响数据采集系统的正常工作为限。 7 特殊条件 如果数据采集系统使用说明书中有特殊的使用条件要求，按特殊情况处理。 四 校准项目和校准方法 8 采集速率 8.1原理简述 8.1.1单通道采集速率校准原理 连线如图2所示，信号源是标准周期信号源。将标准周期信号源接通系统的一个通道。 信号频率f取为: (v;d/3 ))f >- (2v;d/n) (1) 式中:vid— 被测系统的单通道最高采集速率标称值; n— 被测数据采集系统每通道采集数据个数c 图2 校准数据采集系统的接线图 对采集数据进行分析，统计出N个信号周期内采集数据个数，N，按公式 〔2)计算出 系统通道实际最高采集速率Vd; vd=f x nN/N (2) 8.1.2 循环采集速率校准原理 本校准方法规定用于同类型的输人通道的集合，若系统中包含不同类型的输人通道，则 须分别校准。 接线如图2所示，信号源是标准周期信号源。在同类通道中任选。个通道作为工作通 道，这m个通道中的各个通道，在每一个通道扫描周期中仅被选通一次。m满足公式 (3) 的要求: m ) 额定最高单通道采集速率 在m个通道中任选一个通道接到标准周期信号源上，其他通道输人短接。 满足公式 (4)的要求: (3) 信号频率f vu3 " m、，、2v;.n " m (4) 式中:v;.— 被校准系统的最高循环采集速率标称值; n— 被校准数据采集系统每通道采集数据个数。 对采集数据进行分析，统计出N个信号周期内采集数据个数nN，按公式 (5)计算出 系统实际最高循环采集速率v,: vx=m·f·nN/N (5) 若二个通道中，某一个 (或多个)通道在一个通道扫描周期中被选通不止一次，则可 参照公式 (5)各参数的物理意义，用一个适当的值取代m值后，计算出系统实际最高循环 采集速率V.; 8.2 单通道最高采集速率的校准程序 8.2.1 连线如图2所示，信号源是标准周期信号源。选择一个测量通道接到信号源上。 8.2.2置系统为单通道最高采集速率状态。 8.2.3 选择A道采集数据个数n ( 1000)0 8.2.4设置系统通道量程。 8.2.5选择信号源信号峰峰值 〔一般为对应通道量程的50%一100%)，按公式 (1)选择 信号频率。 8.2.6 加载信号，启动采集，记录采集数据。 8.2.7按公式 (2}计算出单通道最高采集速率va} 8.2.8对于具有不同最高采集速率的量程，均应分别进行校准。 8.3 系统最高循环采集速率的校准程序 8.3.1接线如图2所示，信号源是标准周期信号源。在同类通道中任选、个通道作为工作 通道，m满足公式 (3)的要求。在m个通道中任选一个通道接到标准周期信号源上，其 他通道输人短接。 8.3.2置系统为最高循环采集速率状态。 8.3.3 选择每个通道采集数据个数、(->1000). 8.3.4 设置各通道的量程。 8.3.5 调节信号的峰峰值 (一般为对应通道量程的50%一100%)。按公式 (4)选择信号 频率f. 8.3.6 加载信号，启动采集。记录采集数据c 8.3.7按公式 (5)计算M*统最高循环采集速率axo 8.3.8 对于具有不同循环采集速率的量程，应分别进行校准 9 线性度 9.1 原理简述 9.1.1 信号点的选择 如图3所示，在测量范围(EL, EH)内选择11个校准信号点E; (i=1, E,=EL+Er x 1.25% E, =EL+E,x(i一1) x 1046 (艺=2,3,}}},t0) Ell=EL+E, x 98.75% E,二EH一EL 78 ，二，1l) (6) (7) ??? ??? 式中:EL-一通道的测量范围下限; E? 通道的测量范围上限; E,一 通道的量程。 图3 数据采集系统输入输出特性 9.1.2 线性度按端基直线法计算如下: ???? ???? ???? ???? ???? ?? ? ? ? ?? ? ?? ?? ?? ?? x;= ,2 ⋯ ”，n Ell·x1一E,·x1i △x，=xi Ell一E, 一(kxE,+b) 线性度 式中: max({A x;},i=2,...,10) E, xij- 第;个信号点E、上折合到通道输人端的第J i=1，⋯，，); x 100% 个侧量数据 (， 。— 每一通道在第i个信号点E;上的采集数据个数 (n)100); k- 端基直线的斜率; b 端基直线的截距; xi— 第i个信号点E、上测量。次的平均值; 0 xi— 第￡个信号点E、上侧量。次的平匀值与端基直线回归值的误差。 9.2 校准程序 9.2.1 接线如图2所示，信号源是直流标准信号源。选定测量通道。对每一通道执行步骤 9.2.2一9.2.7 9.2.2设置单通道 (或循环)采集方式及相应最高采集速率状态c 9.2.3设置在信号点E上的采集数据个数，(>-100) 9.2.4 置测量通道的量程。 9.2.5给系统顺序输人符合公式 (6)一(8)的信号E; (i=1,⋯，11)，启动采集，记 录折合到通道输人端的采集数据二，(j=1，二，二)。 :一:一{按公式 (10)一 (14)计算出系统通道的线性度Lo变换量程，重复执行9.2.4-9.2.6，直到所有量程校准完毕。 误差 限 原理简述 被测通道在信号E值处的误差限A按下列公式计算: ?? ???? ???? ???? ???? {J 一E }+2Q 二二 十 — 一 七 x !叹X)% ;一1},n-二， 。一)I :}(二一x )2 丫 “ 一 . ,=] A x = x 一 E 式中:x;— 折合到通道输人端的采集数据值 (i=1,⋯ x— 折合到通道输人端的采集数据平均值; 。— 每个通道的采集数据个数; E— 系统输入标准信号的幅度; (17) (18) ”) Ax— 通道的系统误差; ，— 采集数据的标准差。 10.1.2 按式 (6)一 (8)选择11个校准点，按式 (15)分别求出不同的误差限值。以其 中的最大值作为通道误差限的实测值。 10.2单通道采集时系统误差限的校准程序 10.2.1接线如图2所示，信号源是直流标准信号源。 10.2.2选定被测量的通道和量程，置系统为单通道最高采集速率状态。 10.2.3 置通道采集数据个数 n ( 100)0 10.2.4按10.1.2中规定顺序选择信号幅度E，加载信号，启动采集。记录折合到通道输 人端的采集数据x; (i=1，二，n)。按公式 (15)计算出E值处的误差限Ao 10.2.5从11个计算出的A值中，选取最大值作为通道误差限的校准结果。 10.2.6变换量程，重复执行10.2.4-10.2.5，直到所有量程校准完毕。 10.3循环采集时系统误差限的校准程序 10.3.1在同类通道中任选出m个通道作为工作通道，二满足公式 (3)的要求。 接线如图4所示。在数据采集系统 m个工作通道中，每次任选采集顺序上连续的6个 采集通道二，二+1， ...，二十5(不足6个通道的系统，选全部通道)作测量通道，其余 m一6个通道输人短接。 10.3.2 设定系统为最高循环采集速率状态。 10.3.3 设置每个通道采集数据个数 n ( 100)0 10.3.4 设置ze,}十1, w十3和二+5通道的量程。 10.3.5 按10.1.2中规定调置信号幅度为E。加载信号，启动采集。记录折合到通道输人 端的(只需记录二+1，二+3和二十5三个通道的)采集数据x;(;二1.·，n)o 图 4 校准循环采集方式误差限的接线图 10.3.‘ 按公式 (15)计算出通道二十1、二+3和二+5在E值处的误差限Ao 10.3.7从每通道11个计算出的A值中，选取最大值作为该通道误差限的校准结果。 10.3.8变换量程，重复执行10.3.4一10.3.7，直到所有量程校准完毕。 11 时间派移 11.1 原理简述 接线如图5所示。其中R。为模拟信号源内阻的不平衡电阻，有特殊规定的系统，按规 定执行，无特别要求时，取1kno 图 5 校准时间漂移的接线图 将稳定性校准时间 t(一般为8h)分为L (L->3)个检测时间点。每一次检测时，各 通道对每个输人值均采集，(,100)次。在此期间，温度变化的允许范围及允许速度。以 其温度附加误差不超过基本误差的1/8为限 第I (I二。，卜·，L一1)次检测时，先将接点K接2，通道只接人不平衡电阻RO，启 动采集，得一组采集数据戈Ri (i二1，二，。);然后，再将接点K接1，通道接人一个近 测量范围上限或下限的信号E，启动采集，得一组采集数据为凡E, (t=1,⋯，的。 ，---0时，零点初始值灭OR和增益初始值汤。)可计算如下: 、 ? 、 ? ? ?? ，?? ， ? ? ? ? ， XOR = n客XOR, XOE= Gto)= 贵LGXOEin XOE一XOR E (21) ???? ???? ???? ???? I并。时，第I个校准时间点上: 零点时间漂移: △X(i) 增益时间漂移: △G(i)= XR XjE L个校准时间点全部测量完后，计算出: 零点时间漂移特性参数，r的单位是h: 一n客XjRi 一_1n客XjE, ???? ???? 增益时间漂移特性参数， Zs=max(AX(,) /t 的单位是h; G;一二{一OG(,)一 \I } (O) I 1,0 ,L一1) .二，.:_，) 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.2.4 11.2.5 n)。 11.2.6 按公式 11.2.7 11.2.8 。)。 8z 校准程序 接线如图5所示，设定侧量通道，将高稳定直流信号源接人被校数据采集系统。 设置采集方式 (单通道或循环)及系统最高采集速率状态。 设置每通道采集数据个数。(->100)，并选置量程。 设定信号幅度E(为测量范围上限或下限的93.75% -97.5%，推荐值:97.5%) 接点K接2，将通道只接人R。电阻，启动采集，记录采集数据XORi (i = 1,⋯， 接点K接1，将通道接人信号E，启动采集，记录采集数据Xoe+ (i=1,，·，n)o (19)和 (21)计算零点初始值和增益初始值。 等待，在下一个校准时间点上继续进行下面的测量。 接点K接2，将通道只接人R。电阻，启动采集，记录采集数据戈Ri (i--1,，二， 11.2.9接点K接1，将通道接人信号E，启动采集，记录采集数据X,Ei ( e=1,⋯，,r). 按公式 (22)和 (23)计算本时间点上的零点时间漂移和增益时间漂移。 11.2.10 重复执行11.2.7-11.2.9的过程，直至所有的校准时间点侧定完毕 11.2.11按公式 ((26)和 (27)计算出零点时间漂移特性参数和增益时间漂移特性参数。 12 通道间串扰 12.1接线如图6所示，选择采集顺序上连续的2个以上通道，，二+1,⋯作为测量通道。 通道二接到标准直流信号源上，二+1,，二等通道接入电阻尺。。 图6 校准通道间串扰的接线图 图中R。为模拟信号源内阻的不平衡电阻，有特殊规定的系统，按规定执行。无特别要 求时，取1kQo 12.2 通道w选取最大量程。 12.3 通道二十1等均选最小量程。 12.4 置系统通道为最高循环采集速率状态，置每一通道采集数据个数，(100)0 12.5 调置信号源，使通道w的输人信号E为零 (E=0)。启动采集，得折合到通道1 (J =二++1,⋯)输人端的通道采集数据Xyo (l=1，二，n)，按下式计算出通道，的平均零 点X,o: Xio= (J二 工}', znn n 花 丁 (28) 叨 + 1 12.6 调节信号源，使信号E为对应通道二的测量范围上限或下限 (E=Es)。启动采集， 得折合到通道，输人端的通道采集数据x,}m (t二1,⋯，。)，按下式计算出通道i对通道二 的串扰抑制比: SCRR;一20·1g一.石Ex- - x,a一 (29) (30) ? ? ? ? ?????? ?? ?? ?? (少=w+1 12.7 系统的通道间串扰抑制比由SCRR。十1给出C 五 校准结果的处理和校准时间间隔 13 校准结果未特别注明者，一般指系统测量范围内的计量性能。 14 经校准的数据采集系统，发给校准证书或校准报告。不作被校系统是否合格的结论。 15 校准证书上的数据应该比被校系统规定的误差多取一位。 16 校准结果的读取按四舍五人的偶数法则。 17 正文中所列的校准项目为必校项目，是执行本规范的最低要求。在首次使用前，除必校 项目外，还应进行包括附录1中全部选校项目的校准。对于修理后的数据采集系统，只需对 正文中的所有必校项目和可能受影响的选校项目进行校准。 18 最大校准时间间隔定为1年。根据实际使用情况可以适当延长或缩短。 附 录 1 数据采集系统的选校项目和校准方法 输入电阻 1.1 校准输人电阻的原理简述 如图7，将一标准直流电压信号E通过标准电阻R加载到数据采集系统被测通道。当 E=E，时，由数据采集系统获得折合到其通道输人端的采集值U,，当E=E2时，由数据 采集系统获得折合到通道输人端的采集值U2,则有通道输人电阻R;: (UZ一U,)·R EZ一E,一Uz+U, (1) 1.2 输人电阻校准程序 1.2.1 选择标准电阻R为与数据采集系统输人电阻标称量值相当的值 (一般取为105一 1051) o 1.2.2 连线如图7所示，选择一个侧量通道通过标准电阻R接到直流电压信号源上。 1.2.3 置系统为单通道采集方式及系统最高采集速率状态。 1.2.4 选择通道采集数据个数 ，( 100)0 1.2.5 设置系统通道量程。 1.2.6 设置信号源信号幅度E=E,。加载信号，启动采集，记录折合到通道输人端的采集 数据xi1 (i=1,⋯，:)，并计算: 「J 告艺_l; 1.2.7将信号幅度调置为E=Ez，加载信号， 据r2, (j =I，一，。)。并计算: 了=1 启动采集，记录折合到通道输人端的采集数 图7 校准输人电阻的接线图 U2一土交，、 .<)西 ~ 1.2.8 1.2.9 按公式 (1)计算出通道输人电阻R;, 对于不同的量程，应分别进行校准。 2 输入通频带 2.1信号频率、采集速率及数据个数的选取 当需要输人交流信号时，为保证在有限个采集数据个数内获得最多的采集信息，应符合 下列要求: p二(f与二，的最大公约数) (2) n < vg/p (3) 1 N(f/p (4) 式中:f- 输人周期信号的频率; v.— 通道采集速率; :— 通道采集数据个数; :V— 通道采集的信号整周期个数。 实际校准中，推荐简单取值: f=0.00975v. (5) 2.2 原理简述 给通道加载一个峰峰值2Ea在通道量程50%一100%之间的单频正弦波信号Ea sin (21rft+8)，其频率f取通道频带中部的某一个频率点f。为使每个采集数据均能带来新 的信息，f 取值应符合公式 (2)一(4)。采集数据个数。应足够多(一般。,1000)，使 得通过它可对愉人正弦波进行可靠拟合。按最小二乘法 〔或其他方法)对采集数据进行拟 合，获得其幅度的铡量值Um，由此得到一个参照幅度比gm = UM /E.。变化单频正弦波信 号的频率f后，可获得新的幅度比9L- 寻找出使得9L/gm = 0. 707的上限信号频率fH和下限信号频率几。对于可测直流信号 的数据采集系统，其下限频率为fL=0。通道的输人通频带B按下式计算: B二fH一f. (6) 也可以在指标给定的满足式 (6)的fH和fL二频率点上分别测量，若其幅值比: gH/gm多0.707 9L心。妻0.707 则认为通道的输人通频带B满足指标要求。 2.3 方法一 (波形拟合法— 标准方法)校准程序 2.3.1连线如图8所示，信号源为正弦交流标准源。选择一个测量通道接到交流信号源上。 图8校准数据采集系统的接线图 2.3.2置系统为单通道采集方式及通道最高采集速率状态。 2.3.3设置系统通道量程。 2.3.4 选择通道采集数据个数n (1000)0 2.3.5 选择信号源信号峰峰值2E"(一般为对应通道量程的50%一100%)。选择信号频率 f为通道输入频带中部的一个频率点f 上，其取值满足式 ((2)一〔4)0 2.3.‘加载信号，启动采集，记录采集数据二。(i=1,⋯，n)o 2.3.7按最小二乘法对采集数据进行正弦波拟合，求出测得的正弦信号幅度Um。计算出 参照幅度比gm = Um 1E.. 2.3.8 N f为参考点，增加信号频率f(其取值满足式 (2)一(4))。其他均不变。加载 信号，启动采集，记录采集数据xHi (i=1,⋯，n)。按最小二乘法对采集数据进行正弦波 拟合，求出测得的正弦信号幅度 UH。计算出新的幅度比9H = UH/凡。寻找出使得 9H/gm = 0.707的频率fH即为通道上限频率。 2.3.， 若数据采集系统可采集直流信号，则其输人通道频率下限为九= 00 以f为参考点，降低信号频率f(其取值满足式(2)一(4))。其他均不变。加载信 号，启动采集，记录采集数据，Li (i二1,⋯，的。按最小二乘法对采集数据进行正弦波拟 合，求出测得的正弦信号幅度UL。计算出新的幅度比9L= UL/Ea。寻找出使得SL/g.= 0.707的频率fL即为通道下限频率。 2.3.10按公式 (6)计算出通道输人通频带Ba 2.3.11对于不同量程，应分别进行校准。 2.4 方法二 (平均值法)校准程序 2.4.1 连线如图8所示，信号源为正弦交流标准源。选择一个测量通道接到交流信号源上。 86 2.4.2 置系统为单通道采集方式及通道最高采集速率状态C 2.4.3 设置系统通道量程。 2.4.4 选择信号源信号峰峰值2 Ea(一般为对应通道量程的50%一10096)。选择信号频率 为通道输人频带中部的一个频率点f上，其取值满足式 (2)一(4)。按式 〔3)及下式选 择通道采集数据个数。: v " M 、 二。。、 刀 = — t-- lw i r 式中:M-一一保障。异100及通道采集一个以上的共模信号整周期而选择的正整数 3，⋯); 了一 交流信号频率; 。— 通道采集速率。 加载信号，启动采集，记录通道采集数据x,; (i=1,⋯，司。 2.4.5 选择信号源信号幅度为0，加载信号，启动采集，记录通道采集数据 (7) (M =2, Xoi(i 2.4.6按下式计算出瓦，瓦及瓦。计算出参照幅度比Km=呱/凡。 ??? ??? 二。一告:} moo=i=1 La一n } I }。一UoI (10) ??? ???? ?? 4.7 U f为参考点，增加信号频率f(其取值满足式 (2) 选择通道采集数据个数。。其他均不变。加载信号，启动采集， =1，一，。)。计算UH: 一 (4))，按式 (7)及 (3) 记录通道采集数据xHi(: ???? ????百一1},n ;=,，XHi一石。 UH 由此计算出新的幅度比SH二UH/Ea o 限频率 。 n·UH 一 2 寻找出使得9H/gm =0.707的频率fH即为通道上 2.4.8若数据采集系统可采集直流信号，则其输人通道频率下限为fL=0, 若数据采集系统不能测量直流信号，则: 以f为参考点，降低信号频率f〔其取值满足式 (z)一((4))，按式 ((7)及 ((3)选 择通道采集数据个数n。其他均不变。加载信号，启动采集，记录采集数据。得通道采集数 据XU (i=1,⋯，n)。计算 U,.: 石一l }+R 7=} UL 由此计算出新的幅度比9L= UL/E., 限频率 。 }几‘一百。} 万·UL (13) (14) 寻找出使得9L /gm =0.707的频率fL即为通道下 2.4.， 按公式 (6)计算出通道输人通频带Bo 2.4.10 对干不同量程、应分别四于校准。 动态有效位数 本项校准适用于对称双极性输人电路结构的通道。对不能直接接人正弦交流信号的单极 性输人电路结构的通道，以及上下两个量限不对称的双极性输人电路结构的通道，可加载偏 置正弦交流信号执行校准。 该项校准一般仅在基本量程下进行，相同类型的通道选取部分或全部通道执行校准。不 同类型的通道，要分别校准。 3.1信号源的选择 3.1.1信号源的误差限 据一般计量标准要求，标准器的误差为被测仪器误差指标的1/4一1/10. 3.1.2 信号频率及幅度值的选择 本项测量选取的输人信号频率，即低失真正弦信号发生器的输出频率，应符合式((2)一 (4)，它与通道采集速率的关系应满足采样定理。一般按式 〔5)选取。 正弦输人信号峰值: Ep=E,2 (15) 正弦输人信号: e=Evsin(2a ft+巾) (16) 式中:E,— 采集通道量程 (参见正文图3)0 3.2校准程序 3.2.1接线如图8所示，信号源为低失真正弦交流标准源。选定测量通道。 3.2.2设置采集方式 (单通道或循环)及系统最高采集速率状态。 3.2.3 设置每通道采集数据个数n ( 1000)，并选置量程。 3.2.4 按式 (2)一(4)及 (15), (16)选取低失真正弦信号的频率及幅度， 启动采集，记录折合到通道输人端的 ((2个以上信号周期的)采集数据x; (i=1, 3.2.5按最小二乘法找出最佳拟合正弦信号: a(t)=Esin(2nft+0)+d 式中:a (t)— 拟合信号的瞬态值; E— 拟合正弦信号的幅度; 1一 拟合正弦信号的频率值，1iz; 0— 拟合正弦信号的初相位，rad, d— 拟合信号的直流分量值。 按下式计算实际有效值误差P,: 加载信号， P,一丫1}n-1客(x‘一Esin(21rftj+“，一d )2 (17) (18) 式中:。— 每通道采集数据个数; ti- 第i个测量点的时刻 (i=1,⋯，。)，:; z,- t‘时刻折合到通道输人端的采集数据 〔i=1 被测数据采集系统的理想有效值误差P由下式计算: ，) P+=0.289E,/20 (19) 式中:b为被测数据采集系统的模数转换器位数。 从P.和Pi可以按下列公式 (20)和 (21)计算被测系统的动态有效位数EB和信噪比 SNR，单位为dB: EB=b一1092(p*伪) SNR 二 6.02 ·E日 十 1.76 (20) (21) 4 共模抑制比 本项校准只适用于能接人共模电压信号的数据采集系统通道，对于不能接人共模电压Ir 通道，不能用本方法校准。 该项校准仅在最小量程下进行，相同类型的通道选择部分或全部进行校准。不同类型的 通道，要分别校准。 4.1 原理简述 接线如图9所示，共模电压源误差限优于5%, R。为模拟信号源内阻的不平衡电阻， 有特殊规定的系统，按规定执行，无特别要求时，取lkflo R为限流电阻: 图 9 校准共模抑制比的接线图 当额定最高共模电压Ua-成100v时，R = lOkfl, 当额定最高共模电压U0,??, > 100v时: IRIo=100·WC-1v 接点K接1(或2)状态，调置共模电压源，使得: 共模电压信号UC=O时，启动采集，获得折合到通道输人端的通道采集数据xoi (i二 ⋯，n)。并计算: z0一n (22) 共模电压信号Uc= Uc，时，启动采集，获得折合至」通道输人端的通道采集数据z,?; ⋯，n)。并计算: (23) 通道的直流共模抑制比: CM双Rd=20· (24 )????? ? ? ? ?????????? ? ? ? ???????? ???? ???? ??????? 当共模电压信号Uc= 通道采集数据二p(1=1， 解sin(2兀ft+。)时，启动采集，获得折合到通道输人端的 n)，并计算: ?? ? ?? ?? (25) 其中，每个通道采集数据个数n取值符合式 通道的交流共模抑制比: C入搜R。=20·胶 (7)。 一丛塑一 }兀 ’JP}1 (26) 式中:uC。— 可使通道输出产生明显变化的直流共模电压 (uC。成系统最高共模电压 U朴 ); u. 通道交流共模电压峰峰值; 了一 交流共模电压频率 (一般f=50Hz，如有特殊要求，亦可为其他值)。 4.2直流共模抑制比校准程序 4.2.1接线如图9所示。共模电压源为直流输出。 4.2.2设定测量通道，置采集方式 (单通道或循环)及相应的系统最高采集速率状态，选 择每通道采集数据个数n()100)。 4.2.3设置通道量程，选择共模电压信号uc值。 4.2.4接点K接1，调节共模电压源，使共模电压信号uc=。，启动采集，记录折合到通 道输人端的采集数据二。，(艺=1，⋯，n)。 启动采集，将共模电压信号uC幅度由小到大缓慢调节 (但不可超过最大允许共模电压 u、 )，实时判别采集数据踢、，直到 !x。、一xol)A·E:或者Uc=Uha 时，停止调节信号，采集并记录uC，及折合到通道输人端的采集数据x，，(1=1，一，，)。 其中，A为系统通道误差限，E，为系统通道量程。 用公式 (22) 一(24) 计算出直流共模抑制比〔派拓眼dl。 4.2.5 接点K接2，调节共模电压源，使共模电压信号uC=0，启动采集，记录折合到通 道输人端的采集数据鞠、(1=1，一，司。 启动采集，将共模电压信号Uc幅度由小到大缓慢调节 (但不可超过最大允许共模电压 U朴 )，实时判别采集数据x，r，直到 }x，，一x。!)A·Er或者Uc=U、 时，停止调节信号，采集并记录uC。及折合到通道输人端的采集数据x，‘(1=1，⋯，。)c 用公式 (22) 一(24)计算出直流共模抑制比G切双尺二。 4.2.6通道在该量程下的直流共模抑制比: C、心之尺d=min「CMRR。，CMRR二〕 (27) 4.3 交流共模抑制比校准程序 4.3.1 接线如图9如示，共模电压源为交流输出 4.3.2 设定测量通道，置采集方式 (单通道或循环)及相应的系统最高采集速率状态 4.3.3 设置通道量程，选择共模电压信号Uc值。 4.3.4 选取信号频率f = 5ORZ(或其他特定值)按式 (7)选取每通道采集数据个数，〔) 100)。接点K接1，调置共模电压源，在共模电压信号UC=O时，启动采集，记录折合到 通道输人端的采集数据z0i (i二1，⋯，二)。 将共模电压信号U。一省Ucppsin (2rcft + 0)接人通道中，并将U。的峰峰值U，由//IN 到大缓慢调节 (但不可超过最大允许共模电压Uc?,ex )，实时判别采集数据王p，直到 1.57"zp) A "E丁或者口二 =Ua- 时，停止调节信号，采集并记录折合到通道输人端的采集数据Xpi (i=1,⋯，司。 用公式 (25)一 ‘26)计算出交流共模抑制比CMRRej 4.3.5 接点K接2，调置共模电压源，在共模电压信号UC=。时，启动采集，记录折合到 通道输人端的采集数据x0i (i=1，⋯，n) 将共模电压信号U。一省Ucppsin (2、十。)接人通道中，并将U。的峰峰值U，由小 到大缓慢调节(但不可超过最大允许共模电压U、 )，实时判别采集数据妥。直到 1.57·zp>-A·E,或者U， 二Uc} 时，停止调节信号，采集并记录折合到通道输人端的采集数据XPi (i=1，⋯，司C 用公式 (25)一(26)计算出交流共模抑制比已讥尺刀}tE CWRR}2} 4.3.6 通道在该量程下的交流共模抑制比: CwkR?=min[ C14RR,, , CNIIi?R . ] (28) 5 串模抑制特性 本项校准只在数据采集系统对某一个 〔或几个)频率点附近的信号 (一般为供电源电网 的工作频率50Hz)有特殊抑制要求时，才予以执行。其他情况下，不进行本项校准c 5.1原理简述 接线如图8所示，信号源为正弦交流标准源。调置信号源，使得输人信号e在: e=Eosin (27rft+0)时，启动采集，获得折合到通道输人端的通道采集数据x,(‘二 1，⋯，n)。通道数据个数，应满足式 (7)条件。 e=0时，启动采集，获得折合到通道输人端的通道采集数据}0, (i=1,⋯，n)。并 计算: ?? ?? ? ? ?? ??? 艺·x,*一s0 ? ? ?? ? x?= 通道的交流串模抑制比: ? ???人吸狠尺=20·lg (29) (30) (31) 91 式中:n— 每个通道采集数据个数; Ea— 通道输人的交流信号峰值。 5.2 校准程序 5.2.1接线如图8所示，信号源为正弦交流标准源。选取信号频率f< 5.2.2.设定测量通道，置采集方式 (单通道或循环)及相应的系统最高采集速率状态 (使 通道采集速率与信号频率满足式 (2)一 (4)，按公式 〔7)选每通道采集数据个数， ( 100)0 5.2.3 设置通道量程。选择输入信号e值。 5.2.4调置标准信号源，在输入信号e=0时，启动采集，记录折合到通道输人端的采集数 据S0i (i=1， ，n)0 一般选择2E。为通道量程E,的93.75%一97.5%作校准测量点 (推荐97.5% E,)。将 输人信号e=Easin (21cft+(P)接人通道中，启动采集，并记录折合到通道输人端的采集数 据=.i ( i=1, ，n)o 5.2.5 用公式 (31)计算出通道在该量程下的串模抑制比NA4RR o 5.2.6 变换量程，重复执行5.2.3一5.2.5的过程，直至所有量程校准完毕。 ‘ 沮度漂移特性 6.1原理简述 接线如图10所示。其中R0为模拟信号源内阻的不平衡电阻，有特殊规定的系统，按 规定执行。无特别要求时，取1kao 图10校准温度漂移的接线图 控温室控温值的误差优于二2'C ,测温值的误差应优于士0.2C o 在温度稳定性的校准温度变化范围T内，较均匀地选择出L〔一般L--3，工作温度上 限、下限及中间温度201v)个检测温度点。每一次检测时，各通道对每个输人信号值采集 n ( 100)次。 第，次检测时 ((j=0, 1,⋯，L一1)，先将控温室的温度调到第1个温度测量点，待 温度稳定两小时后，将接点K接2，使通道只接人不平衡电阻Ro，启动采集，得一组采集 92 数据x,Rr (i=1，二，n);然后，再将接点K接1，使通道接人一个近测量范围上限或下限 的信号E，启动采集，得一组采集数据xjE, (e二1,⋯，，)。 、， 、 、， ? ? ?? ? ? ?， ?? ?? ? ? ? ??、 J二。时，零点初始值XoR和增益初始值G(o)可计算如下: Xo。一1全XORi ’=t XOE= G(O)= 言菩XOEi Xo￡一XOR E J护。时，第J个温度测量点上: 零点温度漂移: AX(j)=X,R一XOR (35) 增益温度漂移: △G (j )=XiF一X,R F. 一G(o) (36) 、 ? 、 ? 、 、 ? ?? ?? ? ?， ?? ，? ?、? ?? ?? ? ? ? ? ，? ? 、 ?? XjR二 X,E二 1n客XjRi 1n弃X,E,- L个温度测量点全部侧量完后，计算出: