摘要：目前手持式数字万用表大多采用手动方法进行校准，这种方法不仅工作量巨大，而且容易造成人为差错。针对上述问题，提出了基于 MET/CAL 软件的半自动校准系统，该系统成功实现了手持式数字万用表的半自动校准和可靠的数据处理。
关键词：手持式数字万用表; MET/CAL 软件; 半自动校准系统
前言
手持式数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，在其校准过程中，由本身特点决定了校准参数多、数据量大。目前采用的手动校准会带来非常繁琐的数据抄写及处理过程，不仅工作效率低，而且影响测量准确度，所以研制手持式数字万用表半自动校准系统非常必要，也是今后的发展趋势。计算机软件技术和通信技术的迅速发展和广泛应用，为研制手持式数字万用表半自动校准系统提供了有利的条件。
1 系统的组成及工作原理
1.1 系统的组成
系统由多功能校准源 5522A (简称 5522A) ，计算机、NI 公 司 的 GPIB ( General Purpose InterfaceBus) 接口卡、数字万用表以及打印机组成，如图 1所示。
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图1 硬件结构图
多功能校准源 5522A 是美国 FLUKE 公司生产的标准源，具有功能多、准确度高、范围宽的特点，最高可以输出 1020V 交直流电压，交流电压频率范10Hz ～500kHz，交直流电流输出最高到 20.5A，交流电流频率范围 10Hz～10kHz，电阻输出范围 0Ω～1100MΩ。它可以校准六位半以下的数字万用表，本身配备了标准的 GPIB 接口，为仪器的可程控性创造了条件。GPIB 接口卡选用 NI 公司研制的 GPIB－USB－HS型接口卡，该接口卡可以通过 USB 接口连接到计算机，即插即用。其 GPIB 总线可同时把计算机与 15 个外部仪器连接起来，使用非常方便。它还具有通信速度快、组建和拆散灵活、安全可靠、可以使用高级语言编程的优点，是当前非常流行的 GPIB 控制器。
1.2 系统的工作原理
在 MET/CAL Editor 中依据检定规程编写好校准程序，然后在 MET/CAL Run Time 中计算机按照程序通过 GPIB 总线控制 5522A 输出信号标准值，该信号加到被检表的输入端，检定员读取数字万用表的测量数据，录入提示框中，计算机按照程序设置的每个校准点的最大允许误差进行测量值评定。所有的原始数据都会被存储在 Sybase 数据库中。在 Crystal Re-ports (水晶报表) 中设计好校准原始记录和证书模板，在 MET/TRACK 中可以检索 MET/CAL Run Time产生的校准记录并打印原始记录单。
2 半自动校准系统的实现
2.1 校准程序的开发
手持式数字万用表常用的有交直流电压、交直流电流、电阻 5 个功能需要校准，根据检定规程，选定被检表各个量程需要的测量点。由于数字万用表种类繁多，我们综合分析了其量程和准确度，进行了归纳分类，以方便程序开发。最为常见的有量程以 2 或 4开头的三位半或四位半的数字万用表。由于 MET/ CAL 已经为 5522A 定义了 5522FSC(Function Selection Code 功能选择代码) ，因此只需查阅 MET/ CAL 的帮助文件获取各项功能的关键字即可实现对 5522A 输出的控制。在 MET/CAL Editor 中利用其简单易懂的编程语言，可以比较方便地编写多种仪器的校准程序。量程以 2 开头的三位半数字万用表校准程序中交流电压功能的一个校准点程序片段和注解如下所示:
1. 001 HEAD {交流电压功能} 报告中输出 “交流电压功能”，屏幕标题栏同时显示;
1. 002 HEAD － 2 {2V 量程} 报告中输出“2V 量程”，屏幕标题栏同时显示;1. 003 TARGET － m 确定多次测量时返回的位置;
1. 004 5522 2 1. 900V 0. 5% 3U 50H SI2W 标准器 5522A 以两线方式输出交流电压 1. 9V，频率 50Hz，最大允许误差为 ± (0. 5% ×1. 9 +0. 003)V，评估测量结果，如果合格进入下一点测量点测量，不合格显示测量后对话框。
2.2 测量不确定度评定
用 VSET 指令设置每个校准点的数据分别测量 6次，并且用 ASK + K 指令激活测量不确定度的计算，因此在每个校准点，MET/ CAL 都会自动求得 6 个测
量值的平均值进行评定，同时系统依据式 (1)、(2)、(3) 计算得出各 A 类、B 类测量不确定度分量与合成标准不确定度，最后得出扩展不确定度。实际测量过程以单次测量平均值作为测量结果，因此 A 类不确定度为:
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(1)式中: X i 为第 i 次测量值; X为 n 次测量值的算术平均值。根据多功能校准源 5522A 的技术指标，可以计算出 5522A 输出值的最大允许误差为: ± (a ×10－6× 输出值 + b 字数)。分析该分布为均匀分布，确定包含因子 k p槡= 3，因此 B 类不确定度为:
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由于各项标准不确定度分量是互不相关的，合成标准不确定度为:
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(3)最后，测量结果扩展不确定度为: U = ku，k =22. 3 运行校准程序数字万用表校准程序编写完成后，可以在 MET/CAL Run Time 环境下运行该程序，按照程序的要求创建被检表的设备记录，填写被检表信息，连接测试线等，程序会自动控制整个系统进入校准状态，逐一测量完毕后，测量结果就自动保存到 MET/CAL 所定义的 Sybase 数据库中，然后在 MET/TRACK 中调用报告模板打印出报告。
结束语
手持式数字万用表半自动校准系统有效地解决了多年来一直是手动校准的难题。该系统具有数据可靠、操作方便、实用性和通用性强、二次开发性强等优点，校准完毕后计算机自动进行超差判断，避免了人为差错，提高了工作效率。该系统已成功运用于我院能源计量中心，为完成各项计量检测任务发挥了积极作用。
参考文献
[1]何凯.基于虚拟仪器的数字多用表、多功能校准源自动检定校准系统[C].第四届全国电磁计量大会.桂林，2007 : 349 －351.
[2]孙国强，田芳宁. TDS220 数字示波器自动测试系统[J].国外电子测量技术，2007，26 (5) : 72－73.
论文作者:张碧
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：测量论文; 系统论文; 不确定论文; 数字万用表论文; 程序论文; 量程论文; 手持式论文; 《电力设备》2018年第22期论文;