数字多用表自动校准系统的分析与设计

张倓（沈阳飞机工业（集团）有限公司计量处，辽宁沈阳，110013）

数字多用表自动校准系统的分析与设计

张倓
（沈阳飞机工业（集团）有限公司计量处，辽宁沈阳，110013）

由于数字多用表型号众多、量程宽、每一个量程及校准点的技术指标各不相同，造成校准过程耗时长，数据处理繁琐等问题。为了减少数字多用表校准过程中出现的失误几率，有效提高校准数字多用表的工作效率及质量。本文分别从数字多用表自动校准系统的主体结构、硬件架构和软件设计等多方面进行论述，设计开发出性能稳定、实用性强的数字多用表自动校准系统。

数字多用表；自动校准系统；测量

0 引言

数字多用表具有准确度高、运行稳定、体积小便于携带等优势，使其在许多领域得到了广泛使用。但数字多用表型号种类繁多、量程及校准点多、每一个量程及校准点的技术指标均不相同，导致人工手动校准工作量大、耗时长、数据处理量大易出错。

1 自动校准系统的主体结构

本次设计的自动校准系统的主体结构包含内容如下：交直流电压、电流及电阻的自动程控校准系统；自动计算测量误差及测量不确定度系统；存储设备信息、测量数据及运算结果的数据库；校准结果及原始记录管理系统共四大模块。

2 系统结构

2.1 硬件架构

如图1所示，本系统的硬件主要由多功能校准源、带有GPIB接口的被校准数字多用表、计算机、GPIB(也可称为IEEE488)控制卡、GPIB总线及打印机组成。

图1 系统硬件架构

本系统选用带GPIB接口的 FLUKE-5720A多功能校准源作为实现自动校准系统的计量标准，而GPIB控制卡的选择较为灵活，为了方便搭建系统，采用了USB接口的GPIB板卡，由IN公司生产，该公司的接口卡在自动检测领域的开发中应用广泛。还可以通过增加多路程控开关及相应的转换线，以实现多台数字多用表同时校准，将大大提高自动校准效率。

自动校准系统基于虚拟仪器技术，利用计算机来实现程控校准的全过程，在完成系统校准后，把校准结果按照相应的证书模板打印出来。在系统存储校准结果时，需要利用网络服务器，或者通过配置Wampserver 将校准结果及经处理的数据存储在计算机数据库中。

2.2 软件设计

从整体上来看，自动校准系统的软件构成主要包含了数据测量处理与数据库管理两个部分，这两个部分可以相互独立各自实现，来满足自动校准系统的基本需求。其中数据测量软件和数据处理软件主要选择了NI 公司 Lab VIEW 开发环境编写，利用NI Lab-VIEW 数据库连接工具将测量数据传输到网络服务器的MY SQL 数据库进行存储。

数据测量处理部分主要负责对被校设备进行程控，依照规程规范完成对被校数字多用表的校准，校准结束后采集测量数据，对原始数据进行误差计算、测量不确定度的评定，最终得出结论。

而数据库管理部分负责对测量数据、测量结论等信息进行管理，所有的程控指令、设备参数及校准点的校准流程都包含在数据库里。开始校准时，系统先对用户的数字多用表的型号进行判断筛选，从数据库中顺序获得设备参数，如果数据库中没有该型号数字多用表的参数，则需要用户根据需求自行编辑。系统通过选择的设备参数自动生成校准点参数，然后调用数据库中与校准点参数相对应的校准流程。计算机控制多功能校准源发出信号，按照规程要求自动完成数字多用表不同档位不同校准点的校准工作。

3 系统工作流程的设计

3.1 登录系统

在开始运行自动校准系统时，校准人员需要在计算机上录入用户名和密码，系统将校准人员的

姓名及校准日期等信息自动关联到原始记录数据库中存储起来。

3.2 录入基本信息

在系统登录成功之后，校准人员需要将被校设备的名称、型号、编号、证书编、使用单位及校准项目等基本信息输入到系统对话框，系统存储后会自动载入到出具的证书报告中。

3.3 系统初始化

当系统初始化之前，会自动弹出提示框，询问设备是否连接完成，校准人员确定后，系统会自动检测被校设备、校准源和计算机之间是否通信正常。测试通过后就可以开始进行设备的预热和调零，为正式开展校准做准备。

3.4 实施校准

系统初始化完成后，就可以开始实施校准，按照规程设定的校准项目直流电压、交流电压、直流电阻、直流电流及交流电流逐一进行校准，也可以选择单项校准。当校准人员选择完校准项目，按下“开始”按钮，系统开始自动校准。

3.5 计算和分析处理数据

完成自动校准后得到的原始数据，系统会按照特定公式来计算测量误差，并对测量不确定度进行分析处理，最后将计算分析处理后的数据及校准结果储存到数据库中。

3.6 终止程序及管理数据

当校准完成之后，通过校准人员点击“终止”按钮，可以随时终止自动校准系统的运转，同时自动把所有的系统数据储存在信息数据库中进行管理，如果在系统运行过程中没有出现任何故障或异常，就会在完成校准过程后显示“程序完成”，这也意味着所有测量工作顺利完成。测量工作结束之后，需要对信息数据进行综合管理，利用存储的数据库可以实时查询、调取和比对所有的校准信息，也可以利用网络服务器来实现实验室间的信息共享。

本系统采用GPIB接口实现了计算机与测量标准的有效连接，系统设计集合了GPIB技术、计算机技术、数据库管理技术与软件编程设计于一身，涵盖了可程控数字多用表自动化校准、测量数据处理、证书报告自动生成与打印等功能。实现了数字多用表的自动化校准，大大缩短了校准的时间，减少了校准过程中出现的人为误差，提高了测量数据的准确性。

[1]李笠,朱庆科.基于LabVIEW的数字多用表自动检定/校准系统设计[J].中国计量,2013,01:102-103.

[2]孟贇.通用数字多用表自动校准/测试系统设计[J].中国计量,2014,02:83-85.

[3]岳虹.浅谈数字多用表自动校准系统的实现[J].工业计量,2016,03:41-42.

Analysis and design of automatic calibration system for digital multimeter

Zhang Tan
（Shenyang aircraft industry (Group) Co., Ltd,Shenyang Liaoning,110013）

due to the many models of digital multimeter, wide range, each measuring range and calibration point of the technical indicators are different, resulting in the calibration process takes a long time, cumbersome data processing and other issues In order to reduce the probability of error in the calibration process of digital multimeter, the work efficiency and quality of calibration digital multimeter are improved effectively. This paper from the digital multiple subject structure, hardware chart of automatic calibration system and the software design are discussed, designed and developed stable and practical digital multimeter auto calibration system

digital multimeter; automatic calibration system; measurement