基于5720A 的數字多用表自動檢定系統

【文章摘要】

隨著電子裝備技術的不斷發展，數字多用表被廣泛應用在儀器測試的各個環節中，其測量值準確與否，對試驗的成敗有著很大的影響。針對目前數字多用表檢定項目多，數據處理繁瑣的問題，本文提出了一套基于5720A 的數字多用表自動檢定系統，該系統運用自動化控制技術對數字多用表進行自動檢定，提高了計量快速保障能力。文中詳細介紹了系統的組成、工作原理、系統實現等內容。

【關鍵詞】

5720A; 數字多用表;GPIB; 檢定

0 引言

隨著科學技術的迅猛發展，數字多用表和各種模擬多用表作為最基礎的測試工具應用越來越普及。目前對數表的計量檢定多采用手動檢定，人工記錄的方式。由于數字多用表型號復雜，被檢項目繁多，這種手動的檢定方法數據處理量大，重復性勞動多。同時，由于數字多用表各個量程的準確度并不相同，技術指標在不同的測量時間段也并不一致，極易引入人為誤差，并且存在因為計量檢定員疲勞大意造成操作失誤或數據記錄錯誤等主觀隱患。目前國外計量領域的數表自動化檢定裝置專用性強，證書格式不規范，價格較高，技術維護比較困難，不宜推廣。國內的數表檢定系統所檢定的數字多用表型號單一，不能滿足我單位多種型號數表自動檢定的實際需求。不能智能的判定，在計算出結果以后，不能夠自動打印。在程序設計時，增加新的測試參數或者修改測試對象，源代碼都要進行大量修改，操作煩瑣。因此研制一套適合我國國情和本單位計量現狀的數表自動化檢定系統是大勢所趨。

1 工作原理

利用標準設備、被檢設備和計算機、打印機等輔助設備組成數表自動化檢定系統。由計算機通過總線對標準設備和被檢設備進行控制，實現對數字多用表的直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻等參數的測量。計算機按照不同的要求對數據進行處理，并根據用戶需要實現證書打印、標準核查等功能。

2 系統的組成

經調研，選用FLUKE 公司的5720A 多功能校準源作為標準源。數表自動檢定系統主要由計算機、5720A 多功能標準源、GPIB 接口卡、GPIB 總線、被檢數字多用表和打印機組成。軟件編寫選用Windows 環境下的Visual Basic 語言開發。系統主要采用標準源法，測試系統的硬件連接如圖1 所示：

3 系統的實現

3.1 系統的設計思想

如何提高軟件編程、使用和維護的效率是測控系統設計中尤為重要的問題。傳統的測試程序往往一個程序中包含了所有的測試參數、儀器程控指令和測試分析結果，這樣做雖然方便了代碼編寫，但是如果要增加新的測試參數或者修改測試對象，源代碼都要進行大量修改，操作煩瑣，幾乎整個程序都要跟著改變。

本系統采用的設計思路是將本系統采用的設計思路是將測試部分和數據管理部分分開實現。測試部分的主要任務是對測試設備進行程控和數據采集，然后按照數字多用表檢定規程完成對被檢數字多用表的檢測，進行數據處理，得出計量測試結果。數據庫管理系統負責對測試數據、測量結果等信息進行管理，所有的程控命令和測試參數以及數字多用表的檢定步驟都包含在數據庫中。系統將標準源、被檢設備和計算機通過總線連接，根據檢定規程和客戶的要求在數據庫中保存具體的檢定點和檢定步驟等，實現了檢定的具體流程和軟件主體無關。開始檢定時，系統先對用戶選擇的數表型號進行判斷，計算機從數據庫中順序獲得檢定步驟，控制標準源發出信號、被檢表測量信號，然后通過用戶的測試點選擇調用相應的測試參數，從而自動完成測試流程。測試部分通過參數傳遞保存原始數據，對原始數據進行數據分析、不確定度分析等其他處理過程，這樣測試與管理獨立運作，程序就不會因修改儀表類型或修改測試參數而需要重新編碼，使系統具有極高的擴展性和可移植性。

3.2 系統的功能模塊

數字多用表自動檢定系統采用了模塊化和通用化的設計思想，系統分別由信息錄入模塊、儀器檢定模塊、數據庫管理模塊、數據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、儀器的生產廠家、儀器編號等信息，將證書打印所需要的各種信息存入相

關數據庫。

關數據庫。

3.2.2 儀器檢定

數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容。在測試項目選擇中可以對數字多用表進行全功能測試，也可以單功能單量程測試。測量數據輸出和測量結果顯示由計算機通過GPIB 總線從被檢數字多用表采集數據并處理。

由于數字多用表分為有GPIB 接口和無GPIB 接口兩種，為了該系統具有更廣泛的應用范圍，在系統中將數字多用表分成了兩大類，第一類是可以進行自動控制的數字多用表，第二類是不可以進行自動控制的多用表。對此分別設計了自動檢定模塊和手動檢定模塊。自動檢定模塊的實現過程為：

標準源和被檢表的初始化→向標準源發送數據→讀取被檢表的數據→保存檢定數據

由于基層試驗任務中使用的數字多用表大多不帶GPIB 接口，技術指標較低， 因此設計手動檢定功能對檢定工作來說具有很強的實用性和必要性。該功能將計算機對標準源的“聽”“說”操作和檢定員對被檢數字多用表的手動操作兩者相結合。檢定數據由檢定員手動輸入。

手動檢定模塊實現過程為：標準源初始化→向標準源發送數據→手動輸入被檢表的數據→保存檢定數據。

數字多用表接收遠程控制信息并自動執行這一系列操作存在一定的時間，雖然只是幾秒鐘，但對計算機的控制會產生影響，甚至會造成采集數據的錯誤，或程序的“陷阱”導致軟件出錯。針對這個問題，在程序中設計了定時控件，用定時控件控制程序的執行時間。

3.2.3 數據庫管理

在數據庫設計中有以下兩個關鍵點：

(1) 多驅動碼庫管理

數據庫向自動化程序提供檢定數據、程控代碼、誤差極限等信息，因此，包含各個型號儀器檢定數據的數據庫是本系統設計中比較關鍵的一部分。本系統根據實際情況，采用了多驅動碼庫管理技術，建立的數據庫不僅包含5720A 的程控碼和檢定數據，還設立了國內流行的和本單位經常檢定的多種型號被檢儀器程控碼的數據庫。當該系統第一次對某種型號的被檢表進行檢定時，程序提示建立了該型號數字多用表的程控碼庫，檢定員按要求輸入程控碼，既可連接進行自動檢定。針對儀器種類繁多，不可能在程序設計過程中把所有類型的儀器都建立庫的問題，本系統還可以對程控命令庫進行維護，對新型號的數字多用表根據提示按規定輸入新的儀器驅動代碼，動態添加新型號多用表的檢定數據。

(2) 檢定流程表

系統在設計時為了避免軟件的局限性，沒有將具體的檢定步驟和檢定點的相關語句寫入軟件主體，而是存放在數據庫中由函數主體進行調用。這樣可以根據客戶的要求和被檢表的實際情況進行靈活變動，拓展了軟件的應用范圍。

系統已現存常用型號數字多用表的校準步驟表，用戶也可以根據自身實際要求和格式創建自己的校準步驟表。儲存后使用，系統運行后程序根據用戶在界面上選擇的校準系統表名稱調用該表，將表復制到內存中，用字符串變量暫存檢定步驟。運用VISA 函數將命令發送至儀器。因此，設計的程序是以固定次序執行檢定流程，變化的是每次向儀器發送的程控指令。

3.2.4 數據處理

測量數據處理的目的是通過對測量所得的一系列測量值進行適當的數學運算，以獲得合理的測量結果。對測量數據進行處理是測量的一個重要環節。數據處理的方法很多，本系統采用多次測量值取算術平均數的方法得到測量值。由于采用的檢定方法不同，檢定數據的處理過程也不同。

3.2.5 附加功能

系統附加功能包括數據庫備份功能、數據瀏覽功能、GPIB 接口檢查功能、幫助、儀器信息檢索功能。

4 試驗結果分析

系統研制完成后，對不同類型的數字多用表進行了自動檢定，檢定結果與手動檢定的結果相符合。以型號為UT51 的數字多用表的檢定為例，選取直流電壓的檢定比較如下：

經比較可見測量結果相同，該系統完全可以勝任數字多用表的檢定工作。

5 總結

該系統的研制從實際出發，在可靠性、穩定性、測試精度等方面性能優越， 并具備良好的擴展性與可維護性。該系統選擇的標準設備比較通用，性能價格比較高。系統功能完善，可完成對目前科研單位中常用不同類型數字多用表的檢定，從而提高了工作效率，提高了裝設備的快速保障能力。

【參考文獻】

[1] 寇瓊月, 強成, 虎任偉. 數字多用表、多功能源自動計量系統的設計[J]. 國外電子測量技術,2003(6).

[2] 白鵬, 李自雙, 李興龍. 數字多用表自動校準系統的實現[J]. 河 南 科 學,2011(7).

[3] 蔡曉方, 王建華. 用VB 實現VISA 標準的GPIB 自動測試[J]. 中國測試技術,2005(3).

[4] 陳尚松, 郭慶, 雷加等. 電子測量與儀器[J]. 電子工業出版社,2009(1).

[5] 李瑋. 數字多用表自動檢定/ 校準系統的設計[D]. 大連: 大連理工大學,2013.

    [6] 鄭華. 數字多用表概述[J]. 電子測試,2012(2).