直流电桥自动检定系统研制

和晓婷,张 锋（庆安集团有限公司，陕西西安，710077）



直流电桥自动检定系统研制

和晓婷,张 锋
（庆安集团有限公司，陕西西安，710077）

摘要：为解决直流电桥手工检定操作繁琐，速度慢，读数不直观，出错率高，数据处理复杂等难题，开发了直流电桥自动检定系统的硬件环境。本文主要对直流电桥自动检定系统的硬件组成、软件设计、数据验证、系统优点等多个方面进行了介绍。本系统采用Fluke公司的多功能信号发生器Fluke 5520A输出高精度的标准电阻来进行直流电桥检定，计算机与Fluke 5520A信号发生器之间的通信采用GPIB板卡技术。根据检定规程设计了基于MET/CAL自动检定软件，编制了基于Crystal的证书报告。实验证明，该系统测试数据稳定、可靠性高、软件运行直观、数据处理简单方便，提高了工作效率，减少了人为因素影响。

关键词：直流电桥；Fluke5520A；自动检定；MET/CAL

0　引言

在现代化、工业化推进速度越来越快的今天，计算机、通信和测量技术高速发展，仪器仪表已经从过去的机械式、模拟式仪表逐渐走向数字化、智能化。随着检测技术的不断发展以及数字仪器的广泛使用，程控接口普遍应用于数字仪器仪表，并且功能指标大幅度超出模拟仪器仪表所能测量的范围，假如仍采用传统的眼观手记、手动检定方式，不仅工作量大、出错率高，而且部分数字仪器众多先进性能的检测也不能通过传统的手工方式实现，因此仪器仪表自动检定在国内外已经成为一种趋势。

近年来，笔者尝试用多功能校准源Fluke5520A实现了多种仪器仪表的自动检定。目前又开发了直流电桥自动检定系统，使得直流电桥的检定，记录数据、保存原始记录、打印证书等工作均可由多功能校准源、计算机等组成的自动检定系统来完成，提高工作效率和测量的准确性，解决手工操作繁琐，速度慢，读数不直观，出错率高，数据处理复杂，工作量大等难题。

通过走访调研多家计量研究所，发现其直流电桥检定依然采用传统的手工方法。因此，该系统的成功研制不仅能为后续自动检定系统的研制打下良好基础，而且还可为业内同行提供设计参考。

1　系统概述

1.1 电桥检定原理

一般选择具有足够准确度和读数位数的标准电阻箱来检定电桥，图1所示为其原理图。将标准电阻箱接于被检电桥的测量端，调节标准电阻箱使电桥平衡，电桥平衡时标准电阻箱的示值与被检电桥测量盘全部示值进行比较就可以确定电桥的基本误差，判断基本误差值是否在允许的基本误差范围内，若在允许范围内则表明该测量盘是合格的，反之为不合格。

图1　电桥检定原理图

1.2 系统功能

根据直流电桥检定规程JJG125-2004，该系统应包括以下检定项目：外观及线路检查、绝缘电阻对整体误差影响、指零仪抖动、绝缘强度、指零仪阻尼时间、内附指零仪灵敏度、指零仪漂移以及基本误差检定等。

该系统所采用的虚拟仪器技术，是通过GPIB板卡与Fluke公司生产的标准信号发生器F1uke5520A通信对其进行远程命令操作，F1uke5520A将每点检测值发送给PC机，根据检定规程要求判断被检电桥是否合格，并根据计量规程打印检定条件下合格或不合格的检定记录，最后将本次检定信息和检定结果保存在数据库中，以备日后查。

检定软件是基于MET/CAL的计量校准管理软件。根据JJG125-2004直流电桥检定的规程，采用整体检定的方法，其对基本误差的检定分为两种，即全检量程检定和非全检量程检定。并且根据使用要求，该系统设置了4个全检量程档，电桥检定规程要求每个全检量程档检定时要求保证第一个测量盘加入工作，其示值由1到10的各电阻测量值均应在该电桥总的有效量程内，所以每一个全检量程档下设置了10个小档。系统设置了3个非全检量程档，根据检定规程，每档下分三小档。

2　系统硬件设计

电桥自动化检定系统，采用F1uke5520A作为信号源发生器，对被检仪表进行检定。通信部分则采用了GPIB板卡技术。系统硬件框图如下图所示。为了保证系统界面的友好性及可操作性，系统采用了PC机以及Windows XP操作系统。

图2　系统硬件框图

手工检定需要人工旋转标准电阻箱的各盘使电桥达到平衡，在该系统中标准电阻是由计算机下达命令经GPIB通信电缆给Fluke5520A， F1uke5520A接收到需发送的电阻值，输出标准电阻值，代替标准电阻箱的功能。该方式准确度高，避免了电阻箱由于盘旋钮旋转不到位造成的误差。

工作过程是：计算机根据操作人员设定检定盘的相关数据发送指令到信号发生器Fluke5520A，Fluke5520A接收到需发送的电阻值信息，输出检定的标准电阻值，检定人员可以通过点击计算机上的人机接口界面所标示上升和下降按钮进行微调，如图3所示，直至电桥平衡，当电桥平衡时，点击确定按钮，计算机利用通信电缆将信号发生器Fluke5520A实时的电阻输出值读回，然后继续检定该盘下的其它分档，直到全检量程和非全检量程全部检定结束，分别求出各档位的基本误差，判断该基本误差是否在允许输出的基本误差范围之内，若是则该盘合格，否则不合格。

图3　输出上升和下降微调图

3　系统软件设计

3.1 实现功能

直流电桥自动检定系统软件部分可实现的功能见图4所示。

下面介绍主要功能的工作过程：

(1) 准备工作：预先将标准设备与计算机系统连接好，将Fluke5520A按使用说明书的规定时间加电预热，打开计算机，进入自动检测系统。

(2) 系统登录：为了保护知识产权，本系统进行了加密处理，要使用本系统，必须注册成为合法用户，每次使用时输入正确的口令密码后才可进入系统主界面。系统登录主界面图如图5所示。

图4　软件界面系统图

(3)被检仪器登录：首先登录到增加仪器登记记录界面，编辑被检仪器检定时所需要的所有信息，对信息进行编辑后存入数据库，后期检定记录和证书报告都可从这里获取信息，从而避免了一些人为差错，如图6所示。

图5　系统登录主界面图

图6　被检仪器信息登录图

(4)校准：直流电桥没有程控接口，我们将被检仪器的检定程序做成半自动，手动拨盘、自动进行检测、数据处理及数据存储。在测量过程中每出现一次提示后手动拨一下盘，计算机进行取样、记录、计算误差并进行存储，依次进行直至对全部数据完成测量，每个数据都是经过多次取样取平均数而得出来的，相对手动测量而言更准确，并且保证了数据处理的结果与检定规程的要求一致。在测量过程中，我们充分地利用了Fluke5520A多功能校准源取样速度快的特点，经过大量反复的试验和运用成熟的编程技巧，使得程序控制测量的过程既迅速，采集数据又准确。而且在顺序测量完后，操作人员还可以很方便地进行重新测量或抽查任一数据，全部测量完成后数据文件可保存在任选的目录下，程序自动给出检定结论。

图7　报告打印方法二

(5)报告：检定完成后可进行被检仪器检定结果的预览/打印工作，过去繁琐、工作量大容易出错的记录数据、计算误差、打印证书等工作在这里变得十分轻松，打印方法如图7所示。

a、启动 MET/TRAVCK

b、选择报告/运行已安装的报告, 选择需要的报告

c、输入设备号，选择测试日期

d、查看无误后打印

(6)帮助：此模块完整细致地介绍了本系统各功能模块的作用及使用方法，为非编程人员及用户提供了熟悉和使用本系统的快捷帮助。

3.2 校准软件

本项目采用MET/CAL7.01计量校准管理软件实现直流电桥的自动检定。

(1)程序概况

校准程序由三部分组成：

a.程序概况：程序名称、设计日期、版本号、调整门限、校准标准...

b.程序注释：＃后的说明，与程序执行无关

c.程序主体：程序命令集

校准程序由若干测试点组成，按序号排列；每个测试点有若干条指令；每条指令就是一个FSC (功能选择代码)指令的集合。

(2)主要程序命令

STEP FSC RANGE NOMINAL TOLERANCE MOD1 MOD2 3 4 CON

1.001 ASK- R P F W

1.002 HEAD {测量×1档基本误差}

1.003 DISP 将QJ23a旋转开关转至×1档1.004 PIC dq2

1.005 5520 100 100.0Ω 0.1% 1.006 EVAL -e L[1]＞2

3.3 检定证书及报告

使用 Crystal作校准报告及证书报告。

启动开始—程序--Seagate Crystal Reports，并选择一个检定报告模板。

模板内容分两部分：

(1)报告格式部分－证书报告编辑证书报告所需内容，检定报告编辑检定报告所需内容，概况均为文本格式，可按需要改动。

(2)测试结果部分—测量参数，标准值，测量值，TUR等等由测量过程确定，不易改动。

表1　QJ23a直流电桥两种方法检定的误差最大档位测量结果的对照表

4　实验结果验证

为了证明系统的可靠性，将自动检测所有档位测量数据与手动检定的测量结果进行了比较，最大差值≤4×10-5，满足测量不确定度的要求，准确可靠。表1给出一台QJ23a直流电桥用两种方法检定的误差最大档位测量结果的对照表，其他档位不在此罗列。

5　系统优点

(1)该系统装置简洁、实用。其所用的标准设备均为实验室中常用的仪器，易于实现，此系统直接使用多功能校准源的电阻功能，既简化了测量也节省了开支。

(2)该系统自动化程度较高，从而大大提高了日常检测工作效率。检定仪器、处理数据、打印证书等工作，过去用手工方法做需用2h，现在只用0.5h，工作效率提高了4倍，把从事本专业的技术人员从繁重的检定工作中解放出来。

(3)软件运行直观，操作简单，人机界面良好。软件系统生成的可执行文件在Windows窗体界面上有独特的图标，用鼠标点击就可进入系统。系统的界面美观、实用，所见即所得。设计时我们充分考虑了实用性，在接线、换量程和测量的关键地方都有详细的提示和清晰的插图，具有很好的人机对话功能，便于新手操作使用。

(4)系统功能完善，可靠性高。系统将检定、记录、打印一气呵成，充分考虑了操作人员的工作需要以及今后的发展。为了证明该系统的准确性和可靠性，将该系统自动检定获得的数据和通过手动检定的测量结果进行了对比，完全满足测量不确定度的要求，结果准确可靠。

(5)本系统采用Fluke公司自有的MET/CAL自动检定软件，软件开发平台通俗易懂，功能强大，其模块化编程可使功能扩充和程序修改变得比较容易，从而更加便于今后该软件的维护和升级工作。

6　结束语

该直流电桥自动检定系统，使用GPIB通用接口总线技术，简化了传统手工对电桥的检定过程，能对测量对象进行实时、准确的检定，提高了检测的精度、准确度。用户还可根据自身需要保存数据、打印报表，提高了工作效率，减轻了劳动强度，减少了人为因素影响。

参考文献

[1] 肖纯,彭云鹃,方长全.直流电桥自动化检定系统设计[J].电测与仪器,2007,494(2):40-42.

[2] 国家计量局发布.中华人民共和国国家计量检定规程—直流电桥JJG125- 2004[S].北京：中国计量出版社,2002.

[3] 岳永红,龚向曙. 直流电阻仪器自动检测系统[J].宇航计测技术,2003.23(1):38-44.

[4] FLUCK公司的多功能校准源5520A使用说明书[Z].

[5] FLUCK公司的MET/CAL8计量校准管理软件培训教材[Z].

和晓婷，研究生，现任职于中航工业庆安集团有限公司检测计量处，主要研究方向为检测技术与自动化装置。

张锋，工程师，现任职于中航工业庆安集团有限公司检测计量处，主要研究方向电学计量。

Development of DC bridges automatic verification system

He Xiaoting,Zhang Feng
(Qing’an Group Co.,Ltd,xi’an shaanxi 710077)

Abstract：In order to solve the problems such as the fussy operation,slow speed,unintuitive reading, the high error and the complexity of data process in the DC bridges manual verification,we develop the hardware frame of DC bridges automatic verification system.This paper manly introduce the special automatic verification equipment for DC power supply from the hardware composition,software designation, data validation, excellence and disadvantage and so on.This system used Fluke 5520A as a multi-functional signal generator which can output standard resistance to calibrate DC bridges.GPIB board technology was applied between computer and Fluke 5520A.The automatic verification software based on MET/CAL was designed according to the verification regulation,the certificates and reports based on Crystal were compiled. Experiments have shown this system has some advantages as stable measurement,high reliability,directly running of software,simple data processing,this system not only improves the work efficiency,but also reduces the influence of human factor.

Keywords：DC Bridges；Fluke5520A；Automatic Verification；MET/CAL

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