基于5720A 的数字多用表自动检定系统

张 军 贾 娜 大连理工大学机械学院辽宁大连 116000

贾 娜 中国人民解放军91550部队 辽宁大连 116000

【文章摘要】

随着电子装备技术的不断发展，数字多用表被广泛应用在仪器测试的各个环节中，其测量值准确与否，对试验的成败有着很大的影响。针对目前数字多用表检定项目多，数据处理繁琐的问题，本文提出了一套基于5720A 的数字多用表自动检定系统，该系统运用自动化控制技术对数字多用表进行自动检定，提高了计量快速保障能力。文中详细介绍了系统的组成、工作原理、系统实现等内容。

【关键词】

5720A; 数字多用表;GPIB; 检定

0 引言

随着科学技术的迅猛发展，数字多用表和各种模拟多用表作为最基础的测试工具应用越来越普及。目前对数表的计量检定多采用手动检定，人工记录的方式。由于数字多用表型号复杂，被检项目繁多，这种手动的检定方法数据处理量大，重复性劳动多。同时，由于数字多用表各个量程的准确度并不相同，技术指标在不同的测量时间段也并不一致，极易引入人为误差，并且存在因为计量检定员疲劳大意造成操作失误或数据记录错误等主观隐患。目前国外计量领域的数表自动化检定装置专用性强，证书格式不规范，价格较高，技术维护比较困难，不宜推广。国内的数表检定系统所检定的数字多用表型号单一，不能满足我单位多种型号数表自动检定的实际需求。不能智能的判定，在计算出结果以后，不能够自动打印。在程序设计时，增加新的测试参数或者修改测试对象，源代码都要进行大量修改，操作烦琐。因此研制一套适合我国国情和本单位计量现状的数表自动化检定系统是大势所趋。

1 工作原理

利用标准设备、被检设备和计算机、打印机等辅助设备组成数表自动化检定系统。由计算机通过总线对标准设备和被检设备进行控制，实现对数字多用表的直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻等参数的测量。计算机按照不同的要求对数据进行处理，并根据用户需要实现证书打印、标准核查等功能。

2 系统的组成

经调研，选用FLUKE 公司的5720A 多功能校准源作为标准源。数表自动检定系统主要由计算机、5720A 多功能标准源、GPIB 接口卡、GPIB 总线、被检数字多用表和打印机组成。软件编写选用Windows 环境下的Visual Basic 语言开发。系统主要采用标准源法，测试系统的硬件连接如图1 所示：

3 系统的实现

3.1 系统的设计思想

如何提高软件编程、使用和维护的效率是测控系统设计中尤为重要的问题。传统的测试程序往往一个程序中包含了所有的测试参数、仪器程控指令和测试分析结果，这样做虽然方便了代码编写，但是如果要增加新的测试参数或者修改测试对象，源代码都要进行大量修改，操作烦琐，几乎整个程序都要跟着改变。

本系统采用的设计思路是将本系统采用的设计思路是将测试部分和数据管理部分分开实现。测试部分的主要任务是对测试设备进行程控和数据采集，然后按照数字多用表检定规程完成对被检数字多用表的检测，进行数据处理，得出计量测试结果。数据库管理系统负责对测试数据、测量结果等信息进行管理，所有的程控命令和测试参数以及数字多用表的检定步骤都包含在数据库中。系统将标准源、被检设备和计算机通过总线连接，根据检定规程和客户的要求在数据库中保存具体的检定点和检定步骤等，实现了检定的具体流程和软件主体无关。开始检定时，系统先对用户选择的数表型号进行判断，计算机从数据库中顺序获得检定步骤，控制标准源发出信号、被检表测量信号，然后通过用户的测试点选择调用相应的测试参数，从而自动完成测试流程。测试部分通过参数传递保存原始数据，对原始数据进行数据分析、不确定度分析等其他处理过程，这样测试与管理独立运作，程序就不会因修改仪表类型或修改测试参数而需要重新编码，使系统具有极高的扩展性和可移植性。

3.2 系统的功能模块

数字多用表自动检定系统采用了模块化和通用化的设计思想，系统分别由信息录入模块、仪器检定模块、数据库管理模块、数据处理模块和附加功能模块组成。

3.2.1 信息录入

在信息录入界面，由用户录入检定证书编号、仪器的生产厂家、仪器编号等信息，将证书打印所需要的各种信息存入相

图1 标准源法005

电子科技

Electronics Technology

电子制作

关数据库。

3.2.2 仪器检定

数字多用表的检定分为直流电压、交流电压、直流电流、交流电流和电阻五部分内容。在测试项目选择中可以对数字多用表进行全功能测试，也可以单功能单量程测试。测量数据输出和测量结果显示由计算机通过GPIB 总线从被检数字多用表采集数据并处理。

由于数字多用表分为有GPIB 接口和无GPIB 接口两种，为了该系统具有更广泛的应用范围，在系统中将数字多用表分成了两大类，第一类是可以进行自动控制的数字多用表，第二类是不可以进行自动控制的多用表。对此分别设计了自动检定模块和手动检定模块。自动检定模块的实现过程为：

标准源和被检表的初始化→向标准源发送数据→读取被检表的数据→保存检定数据

由于基层试验任务中使用的数字多用表大多不带GPIB 接口，技术指标较低， 因此设计手动检定功能对检定工作来说具有很强的实用性和必要性。该功能将计算机对标准源的“听”“说”操作和检定员对被检数字多用表的手动操作两者相结合。检定数据由检定员手动输入。

手动检定模块实现过程为：标准源初始化→向标准源发送数据→手动输入被检表的数据→保存检定数据。

数字多用表接收远程控制信息并自动执行这一系列操作存在一定的时间， 虽然只是几秒钟，但对计算机的控制会产生影响，甚至会造成采集数据的错误，或程序的“陷阱”导致软件出错。针对这个问题，在程序中设计了定时控件，用定时控件控制程序的执行时间。

3.2.3 数据库管理

在数据库设计中有以下两个关键点：

(1) 多驱动码库管理

数据库向自动化程序提供检定数据、程控代码、误差极限等信息，因此，包含各个型号仪器检定数据的数据库是本系统设计中比较关键的一部分。本系统根据实际情况，采用了多驱动码库管理技术，建立的数据库不仅包含5720A 的程控码和检定数据，还设立了国内流行的和本单位经常检定的多种型号被检仪器程控码的数据库。当该系统第一次对某种型号的被检表进行检定时，程序提示建立了该型号数字多用表的程控码库，检定员按要求输入程控码，既可连接进行自动检定。针对仪器种类繁多，不可能在程序设计过程中把所有类型的仪器都建立库的问题，本系统还可以对程控命令库进行维护，对新型号的数字多用表根据提示按规定输入新的仪器驱动代码，动态添加新型号多用表的检定数据。

(2) 检定流程表

系统在设计时为了避免软件的局限性，没有将具体的检定步骤和检定点的相关语句写入软件主体，而是存放在数据库中由函数主体进行调用。这样可以根据客户的要求和被检表的实际情况进行灵活变动，拓展了软件的应用范围。

系统已现存常用型号数字多用表的校准步骤表，用户也可以根据自身实际要求和格式创建自己的校准步骤表。储存后使用，系统运行后程序根据用户在界面上选择的校准系统表名称调用该表，将表复制到内存中，用字符串变量暂存检定步骤。运用VISA 函数将命令发送至仪器。因此，设计的程序是以固定次序执行检定流程，变化的是每次向仪器发送的程控指令。

3.2.4 数据处理

测量数据处理的目的是通过对测量所得的一系列测量值进行适当的数学运算，以获得合理的测量结果。对测量数据进行处理是测量的一个重要环节。数据处理的方法很多，本系统采用多次测量值取算术平均数的方法得到测量值。由于采用的检定方法不同，检定数据的处理过程也不同。

3.2.5 附加功能

系统附加功能包括数据库备份功能、数据浏览功能、GPIB 接口检查功能、帮助、仪器信息检索功能。

4 试验结果分析

系统研制完成后，对不同类型的数字多用表进行了自动检定，检定结果与手动检定的结果相符合。以型号为UT51 的数字多用表的检定为例，选取直流电压的检定比较如下：

经比较可见测量结果相同，该系统完全可以胜任数字多用表的检定工作。

5 总结

该系统的研制从实际出发，在可靠性、稳定性、测试精度等方面性能优越， 并具备良好的扩展性与可维护性。该系统选择的标准设备比较通用，性能价格比较高。系统功能完善，可完成对目前科研单位中常用不同类型数字多用表的检定，从而提高了工作效率，提高了装设备的快速保障能力。

【参考文献】

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表1 手动检定

表2 自动检定006