【文章摘要】

隨著電子裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字多用表被廣泛應(yīng)用在儀器測(cè)試的各個(gè)環(huán)節(jié)中，其測(cè)量值準(zhǔn)確與否，對(duì)試驗(yàn)的成敗有著很大的影響。針對(duì)目前數(shù)字多用表檢定項(xiàng)目多，數(shù)據(jù)處理繁瑣的問題，本文提出了一套基于5720A 的數(shù)字多用表自動(dòng)檢定系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)數(shù)字多用表進(jìn)行自動(dòng)檢定，提高了計(jì)量快速保障能力。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的組成、工作原理、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】

5720A; 數(shù)字多用表;GPIB; 檢定

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字多用表和各種模擬多用表作為最基礎(chǔ)的測(cè)試工具應(yīng)用越來越普及。目前對(duì)數(shù)表的計(jì)量檢定多采用手動(dòng)檢定，人工記錄的方式。由于數(shù)字多用表型號(hào)復(fù)雜，被檢項(xiàng)目繁多，這種手動(dòng)的檢定方法數(shù)據(jù)處理量大，重復(fù)性勞動(dòng)多。同時(shí)，由于數(shù)字多用表各個(gè)量程的準(zhǔn)確度并不相同，技術(shù)指標(biāo)在不同的測(cè)量時(shí)間段也并不一致，極易引入人為誤差，并且存在因?yàn)橛?jì)量檢定員疲勞大意造成操作失誤或數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤等主觀隱患。目前國(guó)外計(jì)量領(lǐng)域的數(shù)表自動(dòng)化檢定裝置專用性強(qiáng)，證書格式不規(guī)范，價(jià)格較高，技術(shù)維護(hù)比較困難，不宜推廣。國(guó)內(nèi)的數(shù)表檢定系統(tǒng)所檢定的數(shù)字多用表型號(hào)單一，不能滿足我單位多種型號(hào)數(shù)表自動(dòng)檢定的實(shí)際需求。不能智能的判定，在計(jì)算出結(jié)果以后，不能夠自動(dòng)打印。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，增加新的測(cè)試參數(shù)或者修改測(cè)試對(duì)象，源代碼都要進(jìn)行大量修改，操作煩瑣。因此研制一套適合我國(guó)國(guó)情和本單位計(jì)量現(xiàn)狀的數(shù)表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)是大勢(shì)所趨。

1 工作原理

利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、被檢設(shè)備和計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等輔助設(shè)備組成數(shù)表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)。由計(jì)算機(jī)通過總線對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和被檢設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字多用表的直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻等參數(shù)的測(cè)量。計(jì)算機(jī)按照不同的要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)用戶需要實(shí)現(xiàn)證書打印、標(biāo)準(zhǔn)核查等功能。

2 系統(tǒng)的組成

經(jīng)調(diào)研，選用FLUKE 公司的5720A 多功能校準(zhǔn)源作為標(biāo)準(zhǔn)源。數(shù)表自動(dòng)檢定系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、5720A 多功能標(biāo)準(zhǔn)源、GPIB 接口卡、GPIB 總線、被檢數(shù)字多用表和打印機(jī)組成。軟件編寫選用Windows 環(huán)境下的Visual Basic 語(yǔ)言開發(fā)。系統(tǒng)主要采用標(biāo)準(zhǔn)源法，測(cè)試系統(tǒng)的硬件連接如圖1 所示：

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

如何提高軟件編程、使用和維護(hù)的效率是測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尤為重要的問題。傳統(tǒng)的測(cè)試程序往往一個(gè)程序中包含了所有的測(cè)試參數(shù)、儀器程控指令和測(cè)試分析結(jié)果，這樣做雖然方便了代碼編寫，但是如果要增加新的測(cè)試參數(shù)或者修改測(cè)試對(duì)象，源代碼都要進(jìn)行大量修改，操作煩瑣，幾乎整個(gè)程序都要跟著改變。

本系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)思路是將本系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)思路是將測(cè)試部分和數(shù)據(jù)管理部分分開實(shí)現(xiàn)。測(cè)試部分的主要任務(wù)是對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行程控和數(shù)據(jù)采集，然后按照數(shù)字多用表檢定規(guī)程完成對(duì)被檢數(shù)字多用表的檢測(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出計(jì)量測(cè)試結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)量結(jié)果等信息進(jìn)行管理，所有的程控命令和測(cè)試參數(shù)以及數(shù)字多用表的檢定步驟都包含在數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)源、被檢設(shè)備和計(jì)算機(jī)通過總線連接，根據(jù)檢定規(guī)程和客戶的要求在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存具體的檢定點(diǎn)和檢定步驟等，實(shí)現(xiàn)了檢定的具體流程和軟件主體無關(guān)。開始檢定時(shí)，系統(tǒng)先對(duì)用戶選擇的數(shù)表型號(hào)進(jìn)行判斷，計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)庫(kù)中順序獲得檢定步驟，控制標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)出信號(hào)、被檢表測(cè)量信號(hào)，然后通過用戶的測(cè)試點(diǎn)選擇調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，從而自動(dòng)完成測(cè)試流程。測(cè)試部分通過參數(shù)傳遞保存原始數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、不確定度分析等其他處理過程，這樣測(cè)試與管理獨(dú)立運(yùn)作，程序就不會(huì)因修改儀表類型或修改測(cè)試參數(shù)而需要重新編碼，使系統(tǒng)具有極高的擴(kuò)展性和可移植性。

3.2 系統(tǒng)的功能模塊

數(shù)字多用表自動(dòng)檢定系統(tǒng)采用了模塊化和通用化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)分別由信息錄入模塊、儀器檢定模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和附加功能模塊組成。

3.2.1 信息錄入

在信息錄入界面，由用戶錄入檢定證書編號(hào)、儀器的生產(chǎn)廠家、儀器編號(hào)等信息，將證書打印所需要的各種信息存入相

關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。

關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2.2 儀器檢定

數(shù)字多用表的檢定分為直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流和電阻五部分內(nèi)容。在測(cè)試項(xiàng)目選擇中可以對(duì)數(shù)字多用表進(jìn)行全功能測(cè)試，也可以單功能單量程測(cè)試。測(cè)量數(shù)據(jù)輸出和測(cè)量結(jié)果顯示由計(jì)算機(jī)通過GPIB 總線從被檢數(shù)字多用表采集數(shù)據(jù)并處理。

由于數(shù)字多用表分為有GPIB 接口和無GPIB 接口兩種，為了該系統(tǒng)具有更廣泛的應(yīng)用范圍，在系統(tǒng)中將數(shù)字多用表分成了兩大類，第一類是可以進(jìn)行自動(dòng)控制的數(shù)字多用表，第二類是不可以進(jìn)行自動(dòng)控制的多用表。對(duì)此分別設(shè)計(jì)了自動(dòng)檢定模塊和手動(dòng)檢定模塊。自動(dòng)檢定模塊的實(shí)現(xiàn)過程為：

標(biāo)準(zhǔn)源和被檢表的初始化→向標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)送數(shù)據(jù)→讀取被檢表的數(shù)據(jù)→保存檢定數(shù)據(jù)

由于基層試驗(yàn)任務(wù)中使用的數(shù)字多用表大多不帶GPIB 接口，技術(shù)指標(biāo)較低， 因此設(shè)計(jì)手動(dòng)檢定功能對(duì)檢定工作來說具有很強(qiáng)的實(shí)用性和必要性。該功能將計(jì)算機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)源的“聽”“說”操作和檢定員對(duì)被檢數(shù)字多用表的手動(dòng)操作兩者相結(jié)合。檢定數(shù)據(jù)由檢定員手動(dòng)輸入。

手動(dòng)檢定模塊實(shí)現(xiàn)過程為：標(biāo)準(zhǔn)源初始化→向標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)送數(shù)據(jù)→手動(dòng)輸入被檢表的數(shù)據(jù)→保存檢定數(shù)據(jù)。

數(shù)字多用表接收遠(yuǎn)程控制信息并自動(dòng)執(zhí)行這一系列操作存在一定的時(shí)間，雖然只是幾秒鐘，但對(duì)計(jì)算機(jī)的控制會(huì)產(chǎn)生影響，甚至?xí)�造成采集�?shù)據(jù)的錯(cuò)誤，或程序的“陷阱”導(dǎo)致軟件出錯(cuò)。針對(duì)這個(gè)問題，在程序中設(shè)計(jì)了定時(shí)控件，用定時(shí)控件控制程序的執(zhí)行時(shí)間。

3.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中有以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

(1) 多驅(qū)動(dòng)碼庫(kù)管理

數(shù)據(jù)庫(kù)向自動(dòng)化程序提供檢定數(shù)據(jù)、程控代碼、誤差極限等信息，因此，包含各個(gè)型號(hào)儀器檢定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的一部分。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況，采用了多驅(qū)動(dòng)碼庫(kù)管理技術(shù)，建立的數(shù)據(jù)庫(kù)不僅包含5720A 的程控碼和檢定數(shù)據(jù)，還設(shè)立了國(guó)內(nèi)流行的和本單位經(jīng)常檢定的多種型號(hào)被檢儀器程控碼的數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)該系統(tǒng)第一次對(duì)某種型號(hào)的被檢表進(jìn)行檢定時(shí)，程序提示建立了該型號(hào)數(shù)字多用表的程控碼庫(kù)，檢定員按要求輸入程控碼，既可連接進(jìn)行自動(dòng)檢定。針對(duì)儀器種類繁多，不可能在程序設(shè)計(jì)過程中把所有類型的儀器都建立庫(kù)的問題，本系統(tǒng)還可以對(duì)程控命令庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，對(duì)新型號(hào)的數(shù)字多用表根據(jù)提示按規(guī)定輸入新的儀器驅(qū)動(dòng)代碼，動(dòng)態(tài)添加新型號(hào)多用表的檢定數(shù)據(jù)。

(2) 檢定流程表

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)為了避免軟件的局限性，沒有將具體的檢定步驟和檢定點(diǎn)的相關(guān)語(yǔ)句寫入軟件主體，而是存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中由函數(shù)主體進(jìn)行調(diào)用。這樣可以根據(jù)客戶的要求和被檢表的實(shí)際情況進(jìn)行靈活變動(dòng)，拓展了軟件的應(yīng)用范圍。

系統(tǒng)已現(xiàn)存常用型號(hào)數(shù)字多用表的校準(zhǔn)步驟表，用戶也可以根據(jù)自身實(shí)際要求和格式創(chuàng)建自己的校準(zhǔn)步驟表。儲(chǔ)存后使用，系統(tǒng)運(yùn)行后程序根據(jù)用戶在界面上選擇的校準(zhǔn)系統(tǒng)表名稱調(diào)用該表，將表復(fù)制到內(nèi)存中，用字符串變量暫存檢定步驟。運(yùn)用VISA 函數(shù)將命令發(fā)送至儀器。因此，設(shè)計(jì)的程序是以固定次序執(zhí)行檢定流程，變化的是每次向儀器發(fā)送的程控指令。

3.2.4 數(shù)據(jù)處理

測(cè)量數(shù)據(jù)處理的目的是通過對(duì)測(cè)量所得的一系列測(cè)量值進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)運(yùn)算，以獲得合理的測(cè)量結(jié)果。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是測(cè)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理的方法很多，本系統(tǒng)采用多次測(cè)量值取算術(shù)平均數(shù)的方法得到測(cè)量值。由于采用的檢定方法不同，檢定數(shù)據(jù)的處理過程也不同。

3.2.5 附加功能

系統(tǒng)附加功能包括數(shù)據(jù)庫(kù)備份功能、數(shù)據(jù)瀏覽功能、GPIB 接口檢查功能、幫助、儀器信息檢索功能。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

系統(tǒng)研制完成后，對(duì)不同類型的數(shù)字多用表進(jìn)行了自動(dòng)檢定，檢定結(jié)果與手動(dòng)檢定的結(jié)果相符合。以型號(hào)為UT51 的數(shù)字多用表的檢定為例，選取直流電壓的檢定比較如下：

經(jīng)比較可見測(cè)量結(jié)果相同，該系統(tǒng)完全可以勝任數(shù)字多用表的檢定工作。

5 總結(jié)

該系統(tǒng)的研制從實(shí)際出發(fā)，在可靠性、穩(wěn)定性、測(cè)試精度等方面性能優(yōu)越， 并具備良好的擴(kuò)展性與可維護(hù)性。該系統(tǒng)選擇的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備比較通用，性能價(jià)格比較高。系統(tǒng)功能完善，可完成對(duì)目前科研單位中常用不同類型數(shù)字多用表的檢定，從而提高了工作效率，提高了裝設(shè)備的快速保障能力。

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