Abstract：On the basis of explaining the significance of metrological verification and automatic analysis of electrical instruments，this paper introduces thecomponent verification method and other electrical instrument metrological verification methods，analyzes the application of automatic seting and calibration technology，and explains the automatic analysis process in detail with examples，which is expected to provide reference.

Keywords：electrical instrument;metrological verification;automatic analysis

0 引言

電氣儀表的計(jì)量精度和穩(wěn)定性直接影響到工業(yè)生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此，對(duì)電氣儀表進(jìn)行定期的計(jì)量檢定與自動(dòng)化分析顯得尤為重要。傳統(tǒng)的電氣儀表計(jì)量檢定方法往往依賴于人工操作，不僅效率低下，而且容易受到人為因素的影響，導(dǎo)致檢定結(jié)果的不準(zhǔn)確。隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，電氣儀表計(jì)量檢定與自動(dòng)化分析技術(shù)得到了顯著提升。通過(guò)引入先進(jìn)的傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，電氣儀表的計(jì)量檢定工作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，大大提高了檢定效率和精度。

1 電氣儀表計(jì)量檢定與自動(dòng)化分析的意義

計(jì)量檢定通過(guò)定期校驗(yàn)，及時(shí)糾正儀表誤差，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為工業(yè)生產(chǎn)提供可靠支撐，有效預(yù)防安全隱患，減少能源浪費(fèi)和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)化分析的引入，則進(jìn)一步革新了這一過(guò)程。借助高精度傳感器與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化、高效化檢定，顯著提升速度與準(zhǔn)確性1。它能實(shí)時(shí)監(jiān)控儀表狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并預(yù)警，為設(shè)備維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐，提高生產(chǎn)效率，為工業(yè)智能化發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

5個(gè)環(huán)節(jié)的步驟：（1）清晰界定模糊變量空間范圍；（2）借助模糊變量空間的分析手段展開研討；（3）剖析變量與模糊變量空間的關(guān)聯(lián)性；（4）聚焦模糊變量空間提取有效數(shù)據(jù)信息并輸出；（5）以控制因子看待研究變量，圍繞變量與模糊變量空間構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，獲取主觀性結(jié)論后，為分析行為數(shù)據(jù)多維度提供有力支撐。

2 電氣儀表計(jì)量檢定的幾種方法

2.1分量檢定法

電氣儀表計(jì)量檢定中，因產(chǎn)品涉及多種類型，加之具備廣泛性的檢定對(duì)象，工作量和檢測(cè)難度顯著增加。分量檢定法核心在于精準(zhǔn)聚焦特殊與典型案例，通過(guò)對(duì)一系列產(chǎn)品深入分析，準(zhǔn)確把握產(chǎn)品間共性與差異，尤其是要著重關(guān)注同類產(chǎn)品間不同點(diǎn)，在檢定過(guò)程中給予特別考慮。此方法有助于深入剖析產(chǎn)品特性，保障規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，在抽樣調(diào)研特征的支持下也能節(jié)省成本支出。

2.2總量檢定法

總量檢定法檢定電氣儀表時(shí)，通過(guò)規(guī)定條件下對(duì)被檢儀表總量值的檢定來(lái)判斷其準(zhǔn)確性。具體檢定中，需提前準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如檢定電能表時(shí)，需用精度比其高約兩級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)電能表或標(biāo)準(zhǔn)功率源。同時(shí)，連接測(cè)試電路，對(duì)于電能表要保證電壓、電流回路連接無(wú)誤，采用大截面積導(dǎo)線減少線路電阻影響[2。接下來(lái)，設(shè)定測(cè)試條件，以電能表為例，依據(jù)其類型與檢定要求，設(shè)定包括電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，三相電能表還需對(duì)正序、負(fù)序及不同負(fù)載功率因數(shù)如感性 0.5L 、感性 0.8L 、容性0.8C等進(jìn)行測(cè)試。在設(shè)定好的條件下讓被檢儀表與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，時(shí)長(zhǎng)依儀表特性和檢定要求而定，運(yùn)行中確保電壓、電流波動(dòng)在公差范圍內(nèi)，以獲取足夠電能計(jì)量數(shù)據(jù)用于評(píng)估儀表。

2.3模糊分析法

模糊分析法檢查電子儀器儀表時(shí)主要涵蓋

3 電氣儀表計(jì)量檢定中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1自動(dòng)設(shè)置與校準(zhǔn)技術(shù)

自動(dòng)設(shè)置技術(shù)依據(jù)被檢儀表的類型、量程與精度要求等，借助預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和算法，自動(dòng)調(diào)節(jié)檢定設(shè)備參數(shù)。如不同量程電壓表，系統(tǒng)能識(shí)別并設(shè)合適測(cè)試電壓值與采樣頻率，保障測(cè)量精準(zhǔn)有效。自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)運(yùn)用高精度標(biāo)準(zhǔn)源與先進(jìn)算法校準(zhǔn)電氣儀表，有對(duì)比校準(zhǔn)和自校準(zhǔn)兩種常見方法。對(duì)比校準(zhǔn)是讓被檢儀表與高精度標(biāo)準(zhǔn)儀表測(cè)同一信號(hào)，對(duì)比結(jié)果算誤差并校準(zhǔn)。

實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于高精度數(shù)字萬(wàn)用表的校準(zhǔn)，自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)可按照其預(yù)設(shè)的精度等級(jí)和量程范圍，精確調(diào)整內(nèi)部校準(zhǔn)電路參數(shù)。通過(guò)與銫原子鐘等超高精度時(shí)間基準(zhǔn)源比對(duì)，校準(zhǔn)萬(wàn)用表的時(shí)間測(cè)量功能，確保其在測(cè)量頻率、周期等參數(shù)時(shí)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，利用恒溫恒濕環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)電阻、電容和電感等元件，對(duì)萬(wàn)用表的電參數(shù)測(cè)量功能進(jìn)行校準(zhǔn)，將測(cè)量誤差控制在極小范圍內(nèi)。自校準(zhǔn)技術(shù)則在一些智能儀表中得到廣泛應(yīng)用。例如，某些帶有微處理器的壓力傳感器，內(nèi)部集成了壓力標(biāo)準(zhǔn)源和校準(zhǔn)算法。在啟動(dòng)自校準(zhǔn)程序時(shí)，傳感器根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力值自動(dòng)調(diào)整測(cè)量電路的增益和偏移量，補(bǔ)償因溫度、老化等因素引起的測(cè)量誤差，無(wú)需外部標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備即可保持較高的測(cè)量精度，大大提高了使用的便捷性和可靠性。

3.2數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理技術(shù)

數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、通信接口與數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。傳感器把電氣儀表測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)電信號(hào)，采集卡采集并轉(zhuǎn)換格式，通信接口傳輸數(shù)據(jù)，處理軟件存儲(chǔ)、分析與管理數(shù)據(jù)。它能實(shí)時(shí)連續(xù)采集檢定中電氣儀表的電壓、電流等參數(shù)，保證數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確[3。傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)感知電表的電壓、電流、功率等參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡采用高速ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）芯片，以高采樣率對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)處理的格式。通信接口利用4G/5G等無(wú)線通信技術(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)快速傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理軟件運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，對(duì)海量電表數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。例如，采用Hadoop分布式文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用Spark大數(shù)據(jù)處理框架進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)聚類分析算法，可以對(duì)不同區(qū)域、不同用戶類型的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和分析，挖掘用電規(guī)律，為電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、能源管理和故障診斷提供有力支持。

數(shù)據(jù)處理上，用濾波算法除噪聲，增強(qiáng)穩(wěn)定性；對(duì)非線性數(shù)據(jù)，借插值算法與擬合模型處理得更準(zhǔn)結(jié)果；還結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)差、平均值等計(jì)算，評(píng)估測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性與準(zhǔn)確性，從而為電氣儀表檢定提供有力的數(shù)據(jù)支撐與分析依據(jù)。例如，在處理電磁干擾較強(qiáng)環(huán)境下采集到的電氣儀表數(shù)據(jù)時(shí)，采用卡爾曼濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理該算法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)，有效去除噪聲對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，提高了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)于具有非線性特性的傳感器輸出數(shù)據(jù)，如熱敏電阻的電阻值與溫度的關(guān)系，采用多項(xiàng)式插值算法和最小二乘擬合模型進(jìn)行處理。通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合和優(yōu)化，得到準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，從而將非線性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為線性或近似線性的數(shù)據(jù)，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)

實(shí)時(shí)監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)采用分布式架構(gòu)，核心組件包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心及報(bào)警設(shè)備。傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)捕捉電氣儀表數(shù)據(jù)，經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)迅速送達(dá)監(jiān)控中心，中心軟件處理并直觀展示儀表狀態(tài)，如即時(shí)讀數(shù)、趨勢(shì)圖等。系統(tǒng)內(nèi)部有定制報(bào)警策略，數(shù)據(jù)越界時(shí)，超警告閾值預(yù)警，達(dá)危險(xiǎn)閾值則緊急報(bào)警并聯(lián)動(dòng)應(yīng)急措施。報(bào)警形式多樣，涵蓋聲光警示、短信及郵件通知，確保信息即時(shí)傳達(dá)。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)利用冗余設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院蛯?shí)時(shí)性，即使在部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障的情況下，也能保證數(shù)據(jù)不丟失、不中斷。監(jiān)控中心的軟件系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，對(duì)采集的電氣儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解析和可視化展示，以直觀的圖表和動(dòng)態(tài)曲線呈現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組溫度超過(guò)正常運(yùn)行閾值時(shí)，系統(tǒng)立即觸發(fā)聲光報(bào)警，并向運(yùn)行值班人員的手機(jī)發(fā)送短信通知，同時(shí)在監(jiān)控畫面上突出顯示異常設(shè)備的位置和參數(shù)信息[4。若溫度繼續(xù)上升達(dá)到危險(xiǎn)閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，防止設(shè)備損壞和事故擴(kuò)大。在電網(wǎng)調(diào)度層面，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、功率等電氣儀表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)頻率偏差、電壓越限等異常情況，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，并自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)頻、調(diào)壓裝置，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保電力的可靠供應(yīng)。

4電氣儀表計(jì)量自動(dòng)化分析實(shí)例

4.1自動(dòng)化分析流程

引入相對(duì)誤差自動(dòng)化分析技術(shù)，能為計(jì)量檢定電氣儀表的結(jié)果提供高精度與自動(dòng)化水平的保障。具體操作時(shí)，首先確定自動(dòng)化分析電氣儀表的點(diǎn)位，完成相對(duì)誤差的計(jì)算。選擇分析點(diǎn)時(shí)一般分為基本量程內(nèi)魚非基本量程，前者量程點(diǎn)多以 60% 、 70% ！80% ！ 90% 、 100% 為主，后者分析點(diǎn)聚焦于 100% 基本量程。該階段，應(yīng)結(jié)合電流傳感器對(duì)輸出電流有效值進(jìn)行采集，并對(duì)比點(diǎn)位輸出值，明確電流導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)，獲取精確的數(shù)據(jù)。

相對(duì)誤差計(jì)算時(shí)，通過(guò)示波器的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)輸出電流值的可視化呈現(xiàn)。電流持續(xù)時(shí)間明確后，通過(guò) γ=T-s 可進(jìn)行電流導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)誤差的計(jì)算（式中，T表示試驗(yàn)臺(tái)輸出電流的導(dǎo)通時(shí)長(zhǎng)，s表示試驗(yàn)臺(tái)電流導(dǎo)通實(shí)際測(cè)得的時(shí)長(zhǎng)）。基于相關(guān)參數(shù)，即可測(cè)量電氣儀表接地與絕緣電阻。

針對(duì)電氣儀表計(jì)量自動(dòng)化分析點(diǎn)位，為實(shí)現(xiàn)輸出電流有效值相對(duì)誤差的精確測(cè)算，通過(guò)串聯(lián)接入方式將電流傳感器安置于試驗(yàn)臺(tái)電流輸出回路中。該電流傳感器的核心功能在于把產(chǎn)生的電壓精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為后續(xù)計(jì)算所需的特定電流形式。同時(shí)，參照電流動(dòng)態(tài)變化情況，借助公式 U=K×I 執(zhí)行輸出電流有效值的計(jì)算，其中 K 為電流傳感器的變換比率， I 為試驗(yàn)臺(tái)所輸出的電流有效值。依據(jù)此公式展開相對(duì)誤差計(jì)算式的推導(dǎo)，即：

該公式用于自動(dòng)化分析電氣儀表相對(duì)誤差的計(jì)算，當(dāng)輸出電流有效值上升時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出更大的相對(duì)誤差；輸出電流有效值下降時(shí)，則會(huì)減小相對(duì)誤差。

獲取相對(duì)誤差值后，可自動(dòng)化計(jì)量分析電氣儀表。終端顯示0～1.0范圍內(nèi)的映射值，結(jié)合下述公式完成數(shù)據(jù)映射值的計(jì)算即可獲取最終結(jié)果：

式中， E 表示計(jì)量檢定準(zhǔn)確率； A 表示計(jì)量自動(dòng)化分析權(quán)值； φ 表示計(jì)量自動(dòng)化分析精度。

4.2實(shí)例分析

為檢驗(yàn)自動(dòng)化分析方法有效性，選擇已明確相關(guān)參數(shù)需求的特定電氣儀表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，收集通過(guò)不同分析方法所獲取的自動(dòng)化分析諧波噪聲比數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。該比值越低，表明在自動(dòng)化分析過(guò)程中，噪聲因素對(duì)其產(chǎn)生的干擾影響越小，相應(yīng)地，其分析精度也就越高，如此便能更為精準(zhǔn)地評(píng)估不同方法在電氣儀表自動(dòng)化分析中的優(yōu)劣表現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)選定的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用本文構(gòu)建的方法展開自動(dòng)化計(jì)量分析。借助KPLery軟件對(duì)諧波噪聲比予以測(cè)定，將其標(biāo)記為實(shí)驗(yàn)組；在相同分析流程的前提下，更換為傳統(tǒng)方法，測(cè)定諧波噪聲的軟件同樣選擇KPLery，并標(biāo)記為對(duì)照組。為獲取可靠性、可信度更高的結(jié)果，反復(fù)操作5次實(shí)驗(yàn)

采用傳統(tǒng)方法與本文構(gòu)建的方法完成五次實(shí)驗(yàn)后，結(jié)合KPLery軟件測(cè)定自動(dòng)化分析諧波噪聲比，所得結(jié)果見表1。

表1自動(dòng)化分析諧波噪聲比結(jié)果

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：本文構(gòu)建的方法，相比傳統(tǒng)方法而言，在自動(dòng)化分析諧波噪聲比方面具有更優(yōu)的表現(xiàn)，其最高值僅為0.057，而對(duì)照組的最低值仍達(dá)到 |0.159 該結(jié)果充分證明了本研究所提出的方法有利于自動(dòng)化分析結(jié)果精準(zhǔn)度的提升，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值可觀。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想實(shí)現(xiàn)電氣儀表計(jì)量檢定與自動(dòng)化的預(yù)期成效，需要在計(jì)量檢定的操作過(guò)程中積極運(yùn)用前沿技術(shù)與儀器設(shè)備，憑借自動(dòng)化手段增強(qiáng)檢定的速率與精準(zhǔn)水平，為電氣儀表的穩(wěn)定、可靠運(yùn)作給予強(qiáng)有力的保障。同時(shí)，工作人員也應(yīng)積極適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，主動(dòng)學(xué)習(xí)最新技術(shù)，利用業(yè)余時(shí)間不斷充實(shí)自我，摒棄傳統(tǒng)計(jì)量檢定的固有思維，以降低人為因素導(dǎo)致的誤差風(fēng)險(xiǎn)，有力推動(dòng)電氣儀表計(jì)量檢定向智能化目標(biāo)的邁進(jìn)。

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（責(zé)任編輯：張瑞洋）