指針式電測儀表自動化檢定系統設計（轉載）

指針式電測儀表自動化檢定系統設計

來源：發表時間：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)的自動檢定系統代表了未來測量儀器的發展方向。
  
    1、引言

       指針式電測儀表以其價格低，可靠性高，安裝、更換簡便等優點在工業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。但是傳統的手工檢定方法，過程繁瑣、工作量大，存在著由于人工讀數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)的自動檢定系統代表了未來測量儀器的發展方向。GPIB 接口通過儀器之間相互通信，實現信息的共享，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、系統硬件設計
       指針式電測儀表自動化檢定系統，按國家的檢定規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。系統的硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件框圖

       為了保證系統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；GPIB板卡使用的為AX4810并配備IEEE-488.2標準電纜線。
   
    3、系統軟件設計
       軟件是在VB6.0下開發完成的，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。中層的儀器控制層是實現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生。上層的計量流程控制層是嚴格根據國家計量規程所規定的檢定方法的自動化實現。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
       在該檢定系統中，插有GPIB 接口卡的PC機作為控者，Fluke5520A多功能校準器作為說者和聽者，其過程為：由計算機發出Fluke5520A多功能校準器相對應的功能程控碼，經過GPIB 接口板卡，將控制程控碼發送到被控儀器。此時被控儀器處于受命狀態，其狀態應與所發功能碼要求的狀態相同。隨后計算機發程控碼設置標準源發生信號，經過GPIB 接口板可使被控儀器處于“說”狀態，此時計算機接收被控儀器的測量數據,并按使用者的設置對測量數據進行相應的處理，同時同步地進行數據顯示，從而完成一項功能的檢定。
   
    3.2 GPIB編程技術
       數據通信是通過AX4810P型GPIB 接口卡進行的，在通訊時，這需要調用AX4810P.DLL 動態鏈接庫中已聲明的功能函數。通訊前首先要對通訊接口初始化來打開儀器、設置參數，調用ibdev函數。
    （1）發送命令子程序
       通過GPIB函數ibwrt將命令發送給Fluke5520A。其中參數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發送需要輸出的信號值
    cmdstr = "OUT " & MeasureCmd + "; *WAI"   
    ret = ibwrt(dmm, cmdstr, Len(cmdstr))
    ‘使Fluke5520A執行命令
    cmdstr = "OPER; *WAI"                  
    ret = ibwrt(dmm, cmdstr, Len(cmdstr))
     End Sub

    （2）接收數據子程序
       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count為PC機要從GPIB讀取數值的字節數。
    Public Sub ReadFromDevice(count As Integer)
    ‘向儀器發送輸出數據命令
    cmdstr = "OUT?"
    ret = ibwrt(dmm, cmdstr, Len(cmdstr))
    ‘延遲10s
    delay 1000
    ‘讀取數據
    ret = ibrd(dmm, reading, count)
    ‘延遲20s
    delay 2000
    End Sub
    3.3 數據修約子程序
       計量檢定過程中對于檢定結果的數據處理有嚴格的要求。指針式儀表的最大誤差和實際值或修正值的數據都要先計算后修約。我國對“數值修約規則”在1987年就制定了GB8170-87國家標準，數值修約的基本方法是遵循四舍六入偶數法則的，當被修約數的值與上下兩個允許修約值的間隔相等，則按1、2、5的整數倍修約。在進行常規修約時，只需根據四舍六入偶數法則即可方便處理。但是，當需要按1、2、5的整數倍修約時就比較麻煩。系統中用VB編寫的數據修約子程序流程圖如圖3所示。

圖3 數據修約程序流程圖

   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

       由檢測數據可看出，系統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。系統在實際運行中達到了良好的效果，通訊響應速度快，系統運行穩定，各個功能模塊均能較好地實現。
   
    5、結束語
   
       采用GPIB 通用接口總線組建的檢定系統，改變了傳統手工操作、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，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控。這樣，用戶就可根據自身的需要，靈活多變的組建自動檢定系統，滿足科研和教學工作的不同需要。