基于指針式電測(cè)儀表的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)介紹

1、引言

　　指針式電測(cè)儀表以其價(jià)格低，可靠性高，安裝、更換簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)檢測(cè)過(guò)程中被廣泛使用。對(duì)電測(cè)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(guò)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(jìn)步，基于通用接口總線(General Purpose Interface Bus，GPIB)的自動(dòng)檢定系統(tǒng)代表了未來(lái)測(cè)量?jī)x器的發(fā)展方向。GPIB 接口通過(guò)儀器之間相互通信，實(shí)現(xiàn)信息的共享，從而完成對(duì)被測(cè)儀表的自動(dòng)綜合分析和*估。利用智能儀器和GPIB組成的檢定系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)、儀器模塊和應(yīng)用軟件三部分組成，通過(guò)軟件控制操作員對(duì)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(cè)量場(chǎng)合。

　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　指針式電測(cè)儀表自動(dòng)化檢定系統(tǒng)，按國(guó)家的檢定規(guī)程完成了對(duì)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(cè)量電流、電壓及電阻的萬(wàn)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(yàn)、絕緣電阻以及阻尼等7個(gè)功能模塊。

　　在硬件上使用Fluke公司生產(chǎn)的臺(tái)式萬(wàn)用表Fluke5520A作為信號(hào)源發(fā)生器，進(jìn)行對(duì)送檢儀表的檢定。通訊部分采用GPIB技術(shù)，能同時(shí)連接15 臺(tái)儀器設(shè)備，它們相互之間可以直接進(jìn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)電纜線。

　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　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(jì)量流程控制層，中層的儀器控制層，以及底層的驅(qū)動(dòng)程序。底層驅(qū)動(dòng)程序接口是由硬件廠商提供的，可直接調(diào)用GPIB接口函數(shù)。中層的儀器控制層是實(shí)現(xiàn)的對(duì)多功能多產(chǎn)品校準(zhǔn)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(jì)量流程控制層是嚴(yán)格根據(jù)國(guó)家計(jì)量規(guī)程所規(guī)定的檢定方法的自動(dòng)化實(shí)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(guò)程

　　在該檢定系統(tǒng)中，插有GPIB 接口卡的PC機(jī)作為控者，F(xiàn)luke5520A多功能校準(zhǔn)器作為說(shuō)者和聽者，其過(guò)程為：由計(jì)算機(jī)發(fā)出Fluke5520A多功能校準(zhǔn)器相對(duì)應(yīng)的功能程控碼，經(jīng)過(guò)GPIB 接口板卡，將控制程控碼發(fā)送到被控儀器。此時(shí)被控儀器處于受命狀態(tài)，其狀態(tài)應(yīng)與所發(fā)功能碼要求的狀態(tài)相同。隨后計(jì)算機(jī)發(fā)程控碼設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)生信號(hào)，經(jīng)過(guò)GPIB 接口板可使被控儀器處于“說(shuō)”狀態(tài)，此時(shí)計(jì)算機(jī)接收被控儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)，并按使用者的設(shè)置對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)同步地進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，從而完成一項(xiàng)功能的檢定。

　　3.2 GPIB編程技術(shù)

　　數(shù)據(jù)通信是通過(guò)AX4810P型GPIB 接口卡進(jìn)行的，在通訊時(shí)，這需要調(diào)用AX4810P.DLL 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中已聲明的功能函數(shù)。通訊前首先要對(duì)通訊接口初始化來(lái)打開儀器、設(shè)置參數(shù)，調(diào)用ibdev函數(shù)。

　　(1)發(fā)送命令子程序

　　通過(guò)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(shí)返回值，MeasureCmd為軟件設(shè)定Fluke5520A需產(chǎn)生的信號(hào)值。

　　Public Sub SendToDevice (MeasureCmd As String)

　　Dim cmdstr As String

　　‘向Fluke5520A發(fā)送需要輸出的信號(hào)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(jī)返回的測(cè)量值存放在reading變量中，在調(diào)用此過(guò)程時(shí)所需要傳遞的參數(shù)count為PC機(jī)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(jì)量檢定過(guò)程中對(duì)于檢定結(jié)果的數(shù)據(jù)處理有嚴(yán)格的要求。指針式儀表的最大誤差和實(shí)際值或修正值的數(shù)據(jù)都要先計(jì)算后修約。我國(guó)對(duì)“數(shù)值修約規(guī)則”在1987年就制定了GB8170-87國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值修約的基本方法是遵循四舍六入偶數(shù)法則的，當(dāng)被修約數(shù)的值與上下兩個(gè)允許修約值的間隔相等，則按1、2、5的整數(shù)倍修約。在進(jìn)行常規(guī)修約時(shí)，只需根據(jù)四舍六入偶數(shù)法則即可方便處理。但是，當(dāng)需要按1、2、5的整數(shù)倍修約時(shí)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(jié)果及分析

　　在軟件試運(yùn)行期間具體驗(yàn)證了客戶送檢的一臺(tái)標(biāo)稱等級(jí)為0.2級(jí)的直流電流表，給出其基本量程的15個(gè)點(diǎn)檢定結(jié)果，如表1所示。

　　表1 檢定結(jié)果分析

　　由檢測(cè)數(shù)據(jù)可看出，系統(tǒng)地讀回值的精度嚴(yán)格遵守0.2級(jí)儀表的要求，修約值準(zhǔn)確無(wú)誤。系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到了良好的效果，通訊響應(yīng)速度快，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各個(gè)功能模塊均能較好地實(shí)現(xiàn)。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　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(tái)使用的做法。通過(guò)GPIB 接口，一方面，人們可以在PC 機(jī)上利用軟件控制并配置相應(yīng)儀器，另一方面，由于GPIB 集成了高級(jí)語(yǔ)言接口程序和大量的實(shí)用的庫(kù)函數(shù)，用戶可以使用任一種高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫自動(dòng)檢控程序，對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)檢定系統(tǒng)，滿足科研和教學(xué)工作的不同需要。