數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

張倓（沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司計(jì)量處，遼寧沈陽，110013）

數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

張倓
（沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司計(jì)量處，遼寧沈陽，110013）

由于數(shù)字多用表型號(hào)眾多、量程寬、每一個(gè)量程及校準(zhǔn)點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)各不相同，造成校準(zhǔn)過程耗時(shí)長(zhǎng)，數(shù)據(jù)處理繁瑣等問題。為了減少數(shù)字多用表校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)的失誤幾率，有效提高校準(zhǔn)數(shù)字多用表的工作效率及質(zhì)量。本文分別從數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行論述，設(shè)計(jì)開發(fā)出性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)的數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

數(shù)字多用表；自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)；測(cè)量

0 引言

數(shù)字多用表具有準(zhǔn)確度高、運(yùn)行穩(wěn)定、體積小便于攜帶等優(yōu)勢(shì)，使其在許多領(lǐng)域得到了廣泛使用。但數(shù)字多用表型號(hào)種類繁多、量程及校準(zhǔn)點(diǎn)多、每一個(gè)量程及校準(zhǔn)點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)均不相同，導(dǎo)致人工手動(dòng)校準(zhǔn)工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)處理量大易出錯(cuò)。

1 自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)包含內(nèi)容如下：交直流電壓、電流及電阻的自動(dòng)程控校準(zhǔn)系統(tǒng)；自動(dòng)計(jì)算測(cè)量誤差及測(cè)量不確定度系統(tǒng)；存儲(chǔ)設(shè)備信息、測(cè)量數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)；校準(zhǔn)結(jié)果及原始記錄管理系統(tǒng)共四大模塊。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件架構(gòu)

如圖1所示，本系統(tǒng)的硬件主要由多功能校準(zhǔn)源、帶有GPIB接口的被校準(zhǔn)數(shù)字多用表、計(jì)算機(jī)、GPIB(也可稱為IEEE488)控制卡、GPIB總線及打印機(jī)組成。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)選用帶GPIB接口的 FLUKE-5720A多功能校準(zhǔn)源作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，而GPIB控制卡的選擇較為靈活，為了方便搭建系統(tǒng)，采用了USB接口的GPIB板卡，由IN公司生產(chǎn)，該公司的接口卡在自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域的開發(fā)中應(yīng)用廣泛。還可以通過增加多路程控開關(guān)及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換線，以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)數(shù)字多用表同時(shí)校準(zhǔn)，將大大提高自動(dòng)校準(zhǔn)效率。

自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)程控校準(zhǔn)的全過程，在完成系統(tǒng)校準(zhǔn)后，把校準(zhǔn)結(jié)果按照相應(yīng)的證書模板打印出來。在系統(tǒng)存儲(chǔ)校準(zhǔn)結(jié)果時(shí)，需要利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，或者通過配置Wampserver 將校準(zhǔn)結(jié)果及經(jīng)處理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

從整體上來看，自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成主要包含了數(shù)據(jù)測(cè)量處理與數(shù)據(jù)庫(kù)管理兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分可以相互獨(dú)立各自實(shí)現(xiàn)，來滿足自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的基本需求。其中數(shù)據(jù)測(cè)量軟件和數(shù)據(jù)處理軟件主要選擇了NI 公司 Lab VIEW 開發(fā)環(huán)境編寫，利用NI Lab-VIEW 數(shù)據(jù)庫(kù)連接工具將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的MY SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)測(cè)量處理部分主要負(fù)責(zé)對(duì)被校設(shè)備進(jìn)行程控，依照規(guī)程規(guī)范完成對(duì)被校數(shù)字多用表的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)束后采集測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差計(jì)算、測(cè)量不確定度的評(píng)定，最終得出結(jié)論。

而數(shù)據(jù)庫(kù)管理部分負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)、測(cè)量結(jié)論等信息進(jìn)行管理，所有的程控指令、設(shè)備參數(shù)及校準(zhǔn)點(diǎn)的校準(zhǔn)流程都包含在數(shù)據(jù)庫(kù)里。開始校準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)先對(duì)用戶的數(shù)字多用表的型號(hào)進(jìn)行判斷篩選，從數(shù)據(jù)庫(kù)中順序獲得設(shè)備參數(shù)，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有該型號(hào)數(shù)字多用表的參數(shù)，則需要用戶根據(jù)需求自行編輯。系統(tǒng)通過選擇的設(shè)備參數(shù)自動(dòng)生成校準(zhǔn)點(diǎn)參數(shù)，然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中與校準(zhǔn)點(diǎn)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)流程。計(jì)算機(jī)控制多功能校準(zhǔn)源發(fā)出信號(hào)，按照規(guī)程要求自動(dòng)完成數(shù)字多用表不同檔位不同校準(zhǔn)點(diǎn)的校準(zhǔn)工作。

3 系統(tǒng)工作流程的設(shè)計(jì)

3.1 登錄系統(tǒng)

在開始運(yùn)行自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)，校準(zhǔn)人員需要在計(jì)算機(jī)上錄入用戶名和密碼，系統(tǒng)將校準(zhǔn)人員的

姓名及校準(zhǔn)日期等信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)到原始記錄數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)起來。

3.2 錄入基本信息

在系統(tǒng)登錄成功之后，校準(zhǔn)人員需要將被校設(shè)備的名稱、型號(hào)、編號(hào)、證書編、使用單位及校準(zhǔn)項(xiàng)目等基本信息輸入到系統(tǒng)對(duì)話框，系統(tǒng)存儲(chǔ)后會(huì)自動(dòng)載入到出具的證書報(bào)告中。

3.3 系統(tǒng)初始化

當(dāng)系統(tǒng)初始化之前，會(huì)自動(dòng)彈出提示框，詢問設(shè)備是否連接完成，校準(zhǔn)人員確定后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)被校設(shè)備、校準(zhǔn)源和計(jì)算機(jī)之間是否通信正常。測(cè)試通過后就可以開始進(jìn)行設(shè)備的預(yù)熱和調(diào)零，為正式開展校準(zhǔn)做準(zhǔn)備。

3.4 實(shí)施校準(zhǔn)

系統(tǒng)初始化完成后，就可以開始實(shí)施校準(zhǔn)，按照規(guī)程設(shè)定的校準(zhǔn)項(xiàng)目直流電壓、交流電壓、直流電阻、直流電流及交流電流逐一進(jìn)行校準(zhǔn)，也可以選擇單項(xiàng)校準(zhǔn)。當(dāng)校準(zhǔn)人員選擇完校準(zhǔn)項(xiàng)目，按下“開始”按鈕，系統(tǒng)開始自動(dòng)校準(zhǔn)。

3.5 計(jì)算和分析處理數(shù)據(jù)

完成自動(dòng)校準(zhǔn)后得到的原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)按照特定公式來計(jì)算測(cè)量誤差，并對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行分析處理，最后將計(jì)算分析處理后的數(shù)據(jù)及校準(zhǔn)結(jié)果儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.6 終止程序及管理數(shù)據(jù)

當(dāng)校準(zhǔn)完成之后，通過校準(zhǔn)人員點(diǎn)擊“終止”按鈕，可以隨時(shí)終止自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)自動(dòng)把所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在信息數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理，如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中沒有出現(xiàn)任何故障或異常，就會(huì)在完成校準(zhǔn)過程后顯示“程序完成”，這也意味著所有測(cè)量工作順利完成。測(cè)量工作結(jié)束之后，需要對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)時(shí)查詢、調(diào)取和比對(duì)所有的校準(zhǔn)信息，也可以利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室間的信息共享。

本系統(tǒng)采用GPIB接口實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的有效連接，系統(tǒng)設(shè)計(jì)集合了GPIB技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)與軟件編程設(shè)計(jì)于一身，涵蓋了可程控?cái)?shù)字多用表自動(dòng)化校準(zhǔn)、測(cè)量數(shù)據(jù)處理、證書報(bào)告自動(dòng)生成與打印等功能。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字多用表的自動(dòng)化校準(zhǔn)，大大縮短了校準(zhǔn)的時(shí)間，減少了校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)的人為誤差，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

[1]李笠,朱慶科.基于LabVIEW的數(shù)字多用表自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)計(jì)量,2013,01:102-103.

[2]孟贇.通用數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)/測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)計(jì)量,2014,02:83-85.

[3]岳虹.淺談數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)計(jì)量,2016,03:41-42.

Analysis and design of automatic calibration system for digital multimeter

Zhang Tan
（Shenyang aircraft industry (Group) Co., Ltd,Shenyang Liaoning,110013）

due to the many models of digital multimeter, wide range, each measuring range and calibration point of the technical indicators are different, resulting in the calibration process takes a long time, cumbersome data processing and other issues In order to reduce the probability of error in the calibration process of digital multimeter, the work efficiency and quality of calibration digital multimeter are improved effectively. This paper from the digital multiple subject structure, hardware chart of automatic calibration system and the software design are discussed, designed and developed stable and practical digital multimeter auto calibration system

digital multimeter; automatic calibration system; measurement