張倓（沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司計量處，遼寧沈陽，110013）

數(shù)字多用表自動校準系統(tǒng)的分析與設計

張倓
（沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司計量處，遼寧沈陽，110013）

由于數(shù)字多用表型號眾多、量程寬、每一個量程及校準點的技術指標各不相同，造成校準過程耗時長，數(shù)據(jù)處理繁瑣等問題。為了減少數(shù)字多用表校準過程中出現(xiàn)的失誤幾率，有效提高校準數(shù)字多用表的工作效率及質(zhì)量。本文分別從數(shù)字多用表自動校準系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、硬件架構(gòu)和軟件設計等多方面進行論述，設計開發(fā)出性能穩(wěn)定、實用性強的數(shù)字多用表自動校準系統(tǒng)。

數(shù)字多用表；自動校準系統(tǒng)；測量

0 引言

數(shù)字多用表具有準確度高、運行穩(wěn)定、體積小便于攜帶等優(yōu)勢，使其在許多領域得到了廣泛使用。但數(shù)字多用表型號種類繁多、量程及校準點多、每一個量程及校準點的技術指標均不相同，導致人工手動校準工作量大、耗時長、數(shù)據(jù)處理量大易出錯。

1 自動校準系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)

本次設計的自動校準系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)包含內(nèi)容如下：交直流電壓、電流及電阻的自動程控校準系統(tǒng)；自動計算測量誤差及測量不確定度系統(tǒng)；存儲設備信息、測量數(shù)據(jù)及運算結(jié)果的數(shù)據(jù)庫；校準結(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源、帶有GPIB接口的被校準數(shù)字多用表、計算機、GPIB(也可稱為IEEE488)控制卡、GPIB總線及打印機組成。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)選用帶GPIB接口的 FLUKE-5720A多功能校準源作為實現(xiàn)自動校準系統(tǒng)的計量標準，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檢測領域的開發(fā)中應用廣泛。還可以通過增加多路程控開關及相應的轉(zhuǎn)換線，以實現(xiàn)多臺數(shù)字多用表同時校準，將大大提高自動校準效率。

自動校準系統(tǒng)基于虛擬儀器技術，利用計算機來實現(xiàn)程控校準的全過程，在完成系統(tǒng)校準后，把校準結(jié)果按照相應的證書模板打印出來。在系統(tǒng)存儲校準結(jié)果時，需要利用網(wǎng)絡服務器，或者通過配置Wampserver 將校準結(jié)果及經(jīng)處理的數(shù)據(jù)存儲在計算機數(shù)據(jù)庫中。

2.2 軟件設計

從整體上來看，自動校準系統(tǒng)的軟件構(gòu)成主要包含了數(shù)據(jù)測量處理與數(shù)據(jù)庫管理兩個部分，這兩個部分可以相互獨立各自實現(xiàn)，來滿足自動校準系統(tǒng)的基本需求。其中數(shù)據(jù)測量軟件和數(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)庫連接工具將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡服務器的MY SQL 數(shù)據(jù)庫進行存儲。

數(shù)據(jù)測量處理部分主要負責對被校設備進行程控，依照規(guī)程規(guī)范完成對被校數(shù)字多用表的校準，校準結(jié)束后采集測量數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進行誤差計算、測量不確定度的評定，最終得出結(jié)論。

而數(shù)據(jù)庫管理部分負責對測量數(shù)據(jù)、測量結(jié)論等信息進行管理，所有的程控指令、設備參數(shù)及校準點的校準流程都包含在數(shù)據(jù)庫里。開始校準時，系統(tǒng)先對用戶的數(shù)字多用表的型號進行判斷篩選，從數(shù)據(jù)庫中順序獲得設備參數(shù)，如果數(shù)據(jù)庫中沒有該型號數(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)通過選擇的設備參數(shù)自動生成校準點參數(shù)，然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫中與校準點參數(shù)相對應的校準流程。計算機控制多功能校準源發(fā)出信號，按照規(guī)程要求自動完成數(shù)字多用表不同檔位不同校準點的校準工作。

3 系統(tǒng)工作流程的設計

3.1 登錄系統(tǒng)

在開始運行自動校準系統(tǒng)時，校準人員需要在計算機上錄入用戶名和密碼，系統(tǒng)將校準人員的

姓名及校準日期等信息自動關聯(lián)到原始記錄數(shù)據(jù)庫中存儲起來。

3.2 錄入基本信息

在系統(tǒng)登錄成功之后，校準人員需要將被校設備的名稱、型號、編號、證書編、使用單位及校準項目等基本信息輸入到系統(tǒng)對話框，系統(tǒng)存儲后會自動載入到出具的證書報告中。

3.3 系統(tǒng)初始化

當系統(tǒng)初始化之前，會自動彈出提示框，詢問設備是否連接完成，校準人員確定后，系統(tǒng)會自動檢測被校設備、校準源和計算機之間是否通信正常。測試通過后就可以開始進行設備的預熱和調(diào)零，為正式開展校準做準備。

3.4 實施校準

系統(tǒng)初始化完成后，就可以開始實施校準，按照規(guī)程設定的校準項目直流電壓、交流電壓、直流電阻、直流電流及交流電流逐一進行校準，也可以選擇單項校準。當校準人員選擇完校準項目，按下“開始”按鈕，系統(tǒng)開始自動校準。

3.5 計算和分析處理數(shù)據(jù)

完成自動校準后得到的原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會按照特定公式來計算測量誤差，并對測量不確定度進行分析處理，最后將計算分析處理后的數(shù)據(jù)及校準結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫中。

3.6 終止程序及管理數(shù)據(jù)

當校準完成之后，通過校準人員點擊“終止”按鈕，可以隨時終止自動校準系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，同時自動把所有的系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲存在信息數(shù)據(jù)庫中進行管理，如果在系統(tǒng)運行過程中沒有出現(xiàn)任何故障或異常，就會在完成校準過程后顯示“程序完成”，這也意味著所有測量工作順利完成。測量工作結(jié)束之后，需要對信息數(shù)據(jù)進行綜合管理，利用存儲的數(shù)據(jù)庫可以實時查詢、調(diào)取和比對所有的校準信息，也可以利用網(wǎng)絡服務器來實現(xiàn)實驗室間的信息共享。

本系統(tǒng)采用GPIB接口實現(xiàn)了計算機與測量標準的有效連接，系統(tǒng)設計集合了GPIB技術、計算機技術、數(shù)據(jù)庫管理技術與軟件編程設計于一身，涵蓋了可程控數(shù)字多用表自動化校準、測量數(shù)據(jù)處理、證書報告自動生成與打印等功能。實現(xiàn)了數(shù)字多用表的自動化校準，大大縮短了校準的時間，減少了校準過程中出現(xiàn)的人為誤差，提高了測量數(shù)據(jù)的準確性。

[1]李笠,朱慶科.基于LabVIEW的數(shù)字多用表自動檢定/校準系統(tǒng)設計[J].中國計量,2013,01:102-103.

[2]孟贇.通用數(shù)字多用表自動校準/測試系統(tǒng)設計[J].中國計量,2014,02:83-85.

[3]岳虹.淺談數(shù)字多用表自動校準系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].工業(yè)計量,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