陳明亮，蔡衛(wèi)平

（深圳市計量質(zhì)量檢測研究院，廣東 深圳 518055）

0 引 言

直流電阻是用于保存和傳遞電阻單位歐姆的實物標準，其量值傳遞是準確測量的基礎。對電阻值≥1Ω的直流電阻，通常采用數(shù)字多用表直接測量；而對于＜1Ω的直流電阻，需要采用直流恒流源給直流電阻提供電流，使用納伏表測量電阻兩端電壓的方式計算出被測直流電阻的電阻值。對于含有各個電阻值的直流電阻儀器測量過程過于繁瑣，使用的測量標準設備眾多，測量的精度難以保證；因此，研制一套針對各個電阻值進行測量的自動校準系統(tǒng)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。

為實現(xiàn)直流電阻儀器高精度和快速測量，同時也為了提高校準工作的效率和可靠性，減少證書報告差錯率，降低檢定人員的工作強度，開發(fā)出基于LabWindow/CVI平臺的自動化校準軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種型號的直流電阻器、直流電阻箱和雙電橋校驗儀的校準，測試過程操作簡單，具有較好的應用前景。

1 直流電阻自動校準系統(tǒng)原理

直流電阻自動校準系統(tǒng)使用一組已經(jīng)標定好的標準電阻，量值從1mΩ～1MΩ不等。測試時選擇與被測電阻同數(shù)量級的標準電阻，通過讀取標準電阻與被測電阻上的電壓值，對被測直流電阻的阻值進行量值傳遞。

式中：Un——標準電阻壓降；

Rn——標準電阻值；

Ux——被測電阻壓降；

Rx——被測電阻值[1]。

利用電壓比等于電阻比的方法，可以避免測試引線電阻的干擾。特別對于≤0.1Ω直流電阻，由于測試額定電流＞1 A，不能直接使用數(shù)字多用表進行測量，使用比例方法能夠達到很好的測量效果。直流電阻自動校準系統(tǒng)硬件原理如圖1所示。

圖1 直流電阻自動測試系統(tǒng)硬件原理圖

系統(tǒng)使用RS-232作為通信接口，降低了系統(tǒng)的成本。程控恒流源輸出的電流值范圍從0.1mA～10A，且連續(xù)可調(diào)，覆蓋了測試電阻需要的額定電流值；輸出電流值需有足夠的穩(wěn)定度，其值低于被測電阻精度的十分之一。納伏表用于測量標準電阻與被測電阻上的壓降，電壓測量的準確度為讀數(shù)的十萬分之幾，測量速度快；納伏表測量中使用專用的低熱電勢屏蔽測試線纜，提高抗噪聲能力。

在自動校準系統(tǒng)中，通過計算機串行通信總線控制恒流源輸出額定的電流值，旋轉(zhuǎn)低熱電勢開關(guān)，使納伏表測量標準電阻上的壓降，再旋轉(zhuǎn)低熱電勢開關(guān)，使納伏表測量被測電阻上的壓降，納伏表測量數(shù)據(jù)通過串行通信總線傳回計算機，在計算機中利用式（1）計算被測電阻的阻值，根據(jù)電阻的技術(shù)指標判斷是否合格。測試數(shù)據(jù)最后保存在Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中，方便查詢和打印原始記錄。

對于≤0.1Ω的直流電阻，由于電阻上的壓降往往小于100 mV，測量電路中產(chǎn)生的熱電勢不能忽略。針對于此：（1）系統(tǒng)中采用了低熱電勢開關(guān)；（2）采用電流正向測量、反向測量方法，消除熱電勢影響。兩種不同材質(zhì)的金屬相互接觸就會產(chǎn)生熱電勢，跟電流的流向無關(guān)，因此通過納伏表兩次測量電壓值相減取絕對值的平均值，就可以很好地消除系統(tǒng)中熱電勢的影響[2-4]。

2 直流電阻自動校準系統(tǒng)軟件設計

在軟件設計中，系統(tǒng)由串行通信總線配置模塊、直流電阻器測試模塊、直流電阻箱測試和雙電橋測試模塊、測試數(shù)據(jù)的保存與查詢、測試數(shù)據(jù)導出模塊和用戶管理模塊組成。軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 直流電阻自動測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)

測試前，首先進行端口配置，查找到系統(tǒng)中的程控恒流源和納伏表。配置完成后，選擇需要測試的模塊進行測試，測試完畢，最后保存測試結(jié)果。測試結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)查詢模塊對已完成的數(shù)據(jù)進行查看、導出和打印。

標準電阻組精度影響著系統(tǒng)測量精度，系統(tǒng)中的標準電阻標定模塊用于維護標準電阻組。每年標準電阻送檢后，利用標準電阻標定模塊保存標準電阻組的實際值以及測試時的電流值。

2.1 雙電橋測試模塊

雙電橋校驗儀可能包含的定值電阻從0.1mΩ~1kΩ不等，電阻盤步進值從0.01~10Ω不等。測試前，測試人員根據(jù)被測雙電橋?qū)嶋H電阻值選擇相應的定值電阻和電阻盤，并選擇其對應的允許誤差，確認之后，系統(tǒng)根據(jù)選擇的電阻值與允許誤差自動生成測試過程。雙電橋測試模塊操作界面如圖3所示。

圖3 雙電橋測試模塊操作界面

測試過程中，首先測試雙電橋的殘余電阻值，此時所有電阻盤都處于關(guān)閉狀態(tài)。緊接著測試各個定值電阻和電阻盤，系統(tǒng)會根據(jù)測試的定值電阻值或電阻步進值提示測試人員準備標準電阻值，其阻值將從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出。測試過程中，測試人員根據(jù)測試示意圖旋轉(zhuǎn)至下一步測試點。對于電阻值＜0.1 Ω的電阻，將要進行正向電流測試和反向電流測試，來消除熱電勢帶來的影響。測試結(jié)束后測試結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中。

2.2 測試數(shù)據(jù)的保存與查詢模塊

測試結(jié)果信息的保存和查詢是LabWindow/CVI對Microsoft Access數(shù)據(jù)庫[5]進行寫入和讀出的過程。LabWindow/CVI在安裝了CVI SQL Took it之后支持對數(shù)據(jù)庫的操作，通過開放數(shù)據(jù)庫互連（open database connectivity，ODBC）[6]方式實現(xiàn)對訪問數(shù)據(jù)庫。通過注冊ODBC數(shù)據(jù)源訪問數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫表中的記錄進行查詢、插入、更新和刪除。

2.3 測試數(shù)據(jù)導出

LabWindow/CVI提供對外部組件Active X的調(diào)用方式，利用自身的開發(fā)向?qū)ё詣由蓛x器驅(qū)動器，當加載儀器驅(qū)動器之后，就可以像LabWindow/CVI內(nèi)部函數(shù)一樣使用。使用Active X自動化技術(shù)，使LabWindow/CVI程序在后臺操作Microsoft Excel，讀出Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中的信息后導入進Microsoft Excel中。Microsoft Excel具有精確定位、快速寫入等特性，方便測試數(shù)據(jù)的順利導入[7-8]。

LabWindow/CVI應用程序查找已經(jīng)編輯好的統(tǒng)一格式Microsoft Excel原始記錄模板，打開的同時創(chuàng)建工作簿，設定工作薄操作區(qū)域，接著從Microsoft Access數(shù)據(jù)庫中讀出數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入進工作簿對應位置，導入完畢釋放工作簿，保存Microsoft Excel文檔，最后在Microsoft Excel將原始記錄打印。

3 測試結(jié)果及分析

利用自動校準系統(tǒng)對ZX4A型雙電橋進行測試，測試結(jié)果如表1和表2所示。

系統(tǒng)對雙電橋的定值電阻盤和電阻盤分別進行測試。表中列出了定值電阻盤與電阻盤中各個電阻的標稱值和實測值，誤差以相對值表示，依據(jù)各個電阻的技術(shù)指標，對每一個電阻值進行合格與否判斷，整個結(jié)果獲取過程清晰明了，具有很強的可讀性。

4 結(jié)束語

綜上所述，利用自動校準系統(tǒng)對直流電阻儀器進行校準，能夠模仿人工校準的過程來實現(xiàn)自動化校準，測試完畢后測試結(jié)果保存進數(shù)據(jù)庫，最后原始記錄打印出來完成整個校準過程，具有速度快、實用性強等特點。針對0.0001~0.1Ω的電阻，在使用多用表無法直接測量時，該系統(tǒng)具有不可替代作用；相比直接測量，系統(tǒng)利用定級的電阻組，使用比率法，提高電阻測量的精度，增強了系統(tǒng)抗干擾能力。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次分明，測試結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，可以方便查詢和修改，大大降低了檢定人員的工作強度，提高校準的效率，降低證書報告的錯誤率，校準的準確性和可靠性也得到更好的保障，具有較強的推廣應用性。

表1 標準電阻示值誤差

表2 電阻盤示值誤差

[1]JJG 982—2003直流電阻箱[S].北京：中國計量出版社，2003.

[2]胡毅飛，唐焱，趙偉.標準電池自動檢定裝置的研制[J].電測與儀表，2006，43（12）：1-3.

[3]胡毅飛.直流數(shù)字納伏表校準裝置研究[J].計量學報，2007，28（1）：6-10.

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[5]朱翠娥，曹彩風，劉興林.Accsess數(shù)據(jù)庫應用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011：1-3.

[6]張風均.LabWindow/CVI開發(fā)入門與進階[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001：318-320.

[7]陳星，武占成，范麗思.LabWindows/CVI電場自動控制系統(tǒng)研制[J].中國測試，2010，36（2）：77-80.

[8]陳穎麗，劉繁明，王建敏.LabWindows/CVI中基于ActiveX技術(shù)的 Excel訪問[J].測控技術(shù)，2008，27（6）：62-64.