指針式電測儀表自動化檢定系統(tǒng)設計（轉載）

指針式電測儀表自動化檢定系統(tǒng)設計

來源：發(fā)表時間：2007-03-30

隨著科技的不斷進步，基于通用接口總線(General Purpose Interface Bus，GPIB)的自動檢定系統(tǒng)代表了未來測量儀器的發(fā)展方向。
  
    1、引言

       指針式電測儀表以其價格低，可靠性高，安裝、更換簡便等優(yōu)點在工業(yè)檢測過程中被廣泛使用。對電測儀表的定期檢定是保證其正常工作的重要手段。但是傳統(tǒng)的手工檢定方法，過程繁瑣、工作量大，存在著由于人工讀數(shù)而降低了檢定精度的不足。隨著科技的不斷進步，基于通用接口總線(General Purpose Interface Bus，GPIB)的自動檢定系統(tǒng)代表了未來測量儀器的發(fā)展方向。GPIB 接口通過儀器之間相互通信，實現(xiàn)信息的共享，從而完成對被測儀表的自動綜合分析和評估。利用智能儀器和GPIB組成的檢定系統(tǒng)通常由計算機、儀器模塊和應用軟件三部分組成，通過軟件控制操作員對被檢儀表的檢定順序，避免了人為的誤操作，適合于精度 要求較高的測量場合。
   
    2、系統(tǒng)硬件設計
       指針式電測儀表自動化檢定系統(tǒng)，按國家的檢定規(guī)程完成了對直接作用的模擬指示直流和交流電流表、電壓表、功率表和電阻表以及測量電流、電壓及電阻的萬用表的檢定功能。系統(tǒng)分為外觀檢查、基本誤差檢定、升降變差的檢定、位置影響、功率因數(shù)影響、電壓試驗、絕緣電阻以及阻尼等7個功能模塊。
       在硬件上使用Fluke公司生產的臺式萬用表Fluke5520A作為信號源發(fā)生器，進行對送檢儀表的檢定。通訊部分采用GPIB技術，能同時連接15 臺儀器設備，它們相互之間可以直接進行通信。系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

       為了保證系統(tǒng)界面的友好性以及可操作性，控制器采用了PC機以及WINDOWS98以上的操作系統(tǒng)；GPIB板卡使用的為AX4810并配備IEEE-488.2標準電纜線。
   
    3、系統(tǒng)軟件設計
       軟件是在VB6.0下開發(fā)完成的，從上到下分為三層：上層的計量流程控制層，中層的儀器控制層，以及底層的驅動程序。底層驅動程序接口是由硬件廠商提供的，可直接調用GPIB接口函數(shù)。中層的儀器控制層是實現(xiàn)的對多功能多產品校準器5520A的控制，包括初始化儀器、儀器自檢、儀器連接以及電壓發(fā)生。上層的計量流程控制層是嚴格根據(jù)國家計量規(guī)程所規(guī)定的檢定方法的自動化實現(xiàn)。檢定部分軟件流程圖如圖2所示。

圖2 檢定軟件流程圖

    3.1 控制過程
       在該檢定系統(tǒng)中，插有GPIB 接口卡的PC機作為控者，F(xiàn)luke5520A多功能校準器作為說者和聽者，其過程為：由計算機發(fā)出Fluke5520A多功能校準器相對應的功能程控碼，經過GPIB 接口板卡，將控制程控碼發(fā)送到被控儀器。此時被控儀器處于受命狀態(tài)，其狀態(tài)應與所發(fā)功能碼要求的狀態(tài)相同。隨后計算機發(fā)程控碼設置標準源發(fā)生信號，經過GPIB 接口板可使被控儀器處于“說”狀態(tài)，此時計算機接收被控儀器的測量數(shù)據(jù),并按使用者的設置對測量數(shù)據(jù)進行相應的處理，同時同步地進行數(shù)據(jù)顯示，從而完成一項功能的檢定。
   
    3.2 GPIB編程技術
       數(shù)據(jù)通信是通過AX4810P型GPIB 接口卡進行的，在通訊時，這需要調用AX4810P.DLL 動態(tài)鏈接庫中已聲明的功能函數(shù)。通訊前首先要對通訊接口初始化來打開儀器、設置參數(shù)，調用ibdev函數(shù)。
    （1）發(fā)送命令子程序
       通過GPIB函數(shù)ibwrt將命令發(fā)送給Fluke5520A。其中參數(shù)dmm為通訊初始化時返回值，MeasureCmd為軟件設定Fluke5520A需產生的信號值。
    Public Sub SendToDevice (MeasureCmd As String)
    Dim cmdstr As String
    ‘向Fluke5520A發(fā)送需要輸出的信號值
    cmdstr = "OUT " & MeasureCmd + "; *WAI"   
    ret = ibwrt(dmm, cmdstr, Len(cmdstr))
    ‘使Fluke5520A執(zhí)行命令
    cmdstr = "OPER; *WAI"                  
    ret = ibwrt(dmm, cmdstr, Len(cmdstr))
     End Sub

    （2）接收數(shù)據(jù)子程序
       Fluke5520A向PC機返回的測量值存放在reading變量中，在調用此過程時所需要傳遞的參數(shù)count為PC機要從GPIB讀取數(shù)值的字節(jié)數(shù)。
    Public Sub ReadFromDevice(count As Integer)
    ‘向儀器發(fā)送輸出數(shù)據(jù)命令
    cmdstr = "OUT?"
    ret = ibwrt(dmm, cmdstr, Len(cmdstr))
    ‘延遲10s
    delay 1000
    ‘讀取數(shù)據(jù)
    ret = ibrd(dmm, reading, count)
    ‘延遲20s
    delay 2000
    End Sub
    3.3 數(shù)據(jù)修約子程序
       計量檢定過程中對于檢定結果的數(shù)據(jù)處理有嚴格的要求。指針式儀表的最大誤差和實際值或修正值的數(shù)據(jù)都要先計算后修約。我國對“數(shù)值修約規(guī)則”在1987年就制定了GB8170-87國家標準，數(shù)值修約的基本方法是遵循四舍六入偶數(shù)法則的，當被修約數(shù)的值與上下兩個允許修約值的間隔相等，則按1、2、5的整數(shù)倍修約。在進行常規(guī)修約時，只需根據(jù)四舍六入偶數(shù)法則即可方便處理。但是，當需要按1、2、5的整數(shù)倍修約時就比較麻煩。系統(tǒng)中用VB編寫的數(shù)據(jù)修約子程序流程圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)修約程序流程圖

   4、檢定結果及分析
       在軟件試運行期間具體驗證了客戶送檢的一臺標稱等級為0.2級的直流電流表，給出其基本量程的15個點檢定結果，如表1所示。

表1 檢定結果分析

       由檢測數(shù)據(jù)可看出，系統(tǒng)地讀回值的精度嚴格遵守0.2級儀表的要求，修約值準確無誤。系統(tǒng)在實際運行中達到了良好的效果，通訊響應速度快，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各個功能模塊均能較好地實現(xiàn)。
   
    5、結束語
   
       采用GPIB 通用接口總線組建的檢定系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)手工操作、單臺使用的做法。通過GPIB 接口，一方面，人們可以在PC 機上利用軟件控制并配置相應儀器，另一方面，由于GPIB 集成了高級語言接口程序和大量的實用的庫函數(shù)，用戶可以使用任一種高級語言來編寫自動檢控程序，對測量對象進行實時的檢定和監(jiān)控。這樣，用戶就可根據(jù)自身的需要，靈活多變的組建自動檢定系統(tǒng)，滿足科研和教學工作的不同需要。