基于LabVIEW的功率计自动校准系统设计

邓泽江，蒋海锋

（工业与信息化部电子第五研究所华东分所，江苏　苏州　215011）

基于LabVIEW的功率计自动校准系统设计

邓泽江，蒋海锋

（工业与信息化部电子第五研究所华东分所，江苏苏州215011）

通过利用USB/GPIB线将Fluke公司的5522A、Yokogawa公司的WT310和PC机箱连接组成的硬件系统，基于LabVIEW编程系统,设计编写了功率计的自动校准程序，校准结果输出为Excel文件。讨论了5522A的地址配置、状态配置、输出状态监控和电流切换方法，以及WT 310的地址配置和量程配置的方案。

功率计；自动校准系统；硬件配置；软件设计

0　引言

随着仪器生产的日渐成熟与标准化，现已经可以将校准仪器通过USB/GPIB线直接与PC连接，通过相关的编程语言来实现计算机编程控制仪器配置输出和数据的采集，并对数据进行后续处理，完成复杂而规模庞大的数据统计；且该操作过程简单灵活，能够极大地提高校准效率。LabVIEW则是相关编程语言中的佼佼者。文中利用USB/GPIB线将5522A和WT310连接到PC并基于LabVIEW软件平台，开发了功率计自动校准系统。该系统成功地通过了测试，能够极大地缩短计量时间。随着测试点和通道等的增多，自动测试的优势会越来越明显。

1　自动校准系统的硬件配置

本系统的硬件配置如图1所示[1]，各硬件之间采用串联的方式进行连接。

图1　自动校准系统

本文选用的标准器Fluke 5522A多功能校准仪是校准多种电子测量仪器的精密仪器，能够输出交直流电压、电流、功率、电阻和电容等。其中，输出的直流电压的范围为0～1 020 V，最大允许误差为1.3×10-5～2.0×10-5；输出的直流电流的范围为0～20.5 A，最大允许误差为1.0×10-4～2.0×10-4。不同的量程所对应的值也有所不同，具体的数值请参考5522A使用手册。Yokogawa WT310数字功率计是理想的测量工具，能够完成交直流电压、电流和功率的测量[2]。通过添加选件，其还能够完成电压谐波分析，测量速度也较上一代有所提高。电压量程为15～600 V，电流量程为5 mA～20 A，最大允许误差为±（0.1%of reading+0.2%of range）。但通过比较可以发现，5522A综合校准仪的误差远小于WT310，符合相关校准规程的要求。

2　自动校准系统的软件设计

PC、5522A和WT310通过GPIB线连接后，LabVIEW能够自动地识别仪器设备，通过VISA直接将SCPI命令发送至仪器，或从NI官网下载仪器驱动实现仪器控制。NI提供绝大多数商用仪器的驱动程序，能够使开发人员不必去阅读每一个仪器的说明书就能直接进行仪器控制，极大地简化了开发过程，节省了开发时间[3]。使用Activex控件，LabVIEW能够直接从Excel中读写数据，直接从标准Excel模板中读取测试信息，校准完成后就能直接得到Excel文件，方便后期证书的制作。基于上述原因，系统程序流程如图2所示。

图2　系统流程图

3　对仪器进行配置

系统中PC与5522A和WT310之间的通信通过VISA函数来完成。经过GPIB连接的仪器能够自动地被LabVIEW识别[4-5]。NI提供了一系列的集成好的仪器驱动，能够实现仪器的远程控制，本文采用标准驱动进行编程，避开了VISA直接发送命令，简化了程序的开发过程，缩短了开发时间。

a）5522A、WT310初始化

通过GPIB地址I/O，配置仪器的地址。NI MAX提供了不同地址对应的仪器型号，直接查看GPIB地址对应的仪器。5522A出厂默认地址为4，WT310出厂地址为1。在LabVIEW中设置5522A地址形式为GPIB0：：4：：INSTER，WT310地址为GPIB0：：1：：INSTER。使用初始化驱动，仪器进入远程控制状态。初始化框图如图3所示。

图3　初始化

b）5522A状态配置

通过Excel读取数据，对5522A的输出参数和输出状态进行设置，5522A的输出电压、电流不能设置为零，否则程序会报错，应予以注意。完成配置后，将输出状态设置为Operate，5522A开始输出。

c）WT310状态配置

为了实现快速的数据采集，应对WT310的电压、电流量程进行配置，避免自动量程调整的等待时间，提高测量精度。WT310量程有两种模式：1）当峰值因素为3时，量程最大为600 V，最小为15 V；2）当峰值因素为6时，量程最大为300 V，最小为7.5 V。用驱动配置量程时，驱动输入值被限制为峰值因素为6时的值，即峰值因素设为3，仪器要将电压量程配置为15 V，应输入7.5，依此类推，每一个量程输入时都应该除以2，应予以注意。

d）5522A输出状态监控

5522A输出不同的电压、电流值时，上升时间各不相同。如果直接采用延时等待的方法，则每一组测量都要进行长时间的等待，不同的建准点要设置不同的等待时间，工作量太大，设置同样的等待时间又会造成大量的空闲等待时间，直接降低校准的效率。基于此，对5522A的输出状态进行实时监控就显得尤为重要，但5522A并未提供相关的功能。因此，本文通过监控WT310的测试值，实现对5522A输出状态的监控，即当WT310采集到的数据接近输入的标准值时，则认为5522A输出值稳定。为每个点提供特定的等待时间，实现了读数的快速、精确。5522A输出状态的监控程序如图4所示。

图4　输出状态监控

e）大电流切换

5522A在输出0～2 A电流和2～20 A电流时，有不同的输出端子。需要先将所有涉及小电流的项目测试完成后，使用顺序结构暂停程序来弹出对话框，提示用户切换电流端子。用户切换端子后，点击一下确定按钮，程序继续执行。切换程序如图5所示。

图5　大电流切换

4　测试结果与讨论

按照要求接线后，程序顺利地运行，准确无误地生成了Excel表格。但是，整个程序调试运行时，遇到了以下几个问题。

a）数据的位数需要通过Excel来控制，这是因为，当测量值是一个整数时，读取的值为一个整数，不带小数点后的零。因此，需要采用Excel来直接控制每一个单元格的小数位数，这样便能获得需要的小数位数。

b）不同的测量项目之间进行切换时，直接进入下一个测量项目时会出现数据采集错误，因而需要采用一个延时等待，使电压下降到0后再进行下一个项目的测量。

c）5522A从交流电流转直流电流输出时，虽然在驱动上有设置输出频率为零，但是仍然输出的是交流电流。因此，在切换时，应加入一个将5522A输出配置成直流电压的动作。

相较于传统的手动测量，此自动校准系统大幅度地缩短了校准时间，降低了人工成本，提高了测量效率。

5　结束语

经过多次测试发现，虽然校准过程中遇到了许多的小问题，但都成功地得到了解决。因此，可以判断本系统完全能够满足当前赛宝对功率计校准的要求。此外，使用驱动程序的优点是方便对程序进行升级和维护，而且程序也能轻松地适应模块的改变。

[1]Fluke Corporation.FLUKE 5522A使用手册 [M/OL]. [2016-02-29].http://www.do.cin.com/P-602105881.html.

[2]Yokogawa Meters&Instruments Corporation.WT310数字功率计操作手册 [M/OL].[2016-02-29].http://www. docin.com/P-919001708.html.

[3]马迎建，曹洁，宋彭.基于LabVIEW的3458A数据采集系统设计 [J].电子测量技术，2009，32（1）：131-133.

[4]JEFFREY T，KRING J.LabVIEW for everyone[M].北京：电子工业出版社，2008.

[5]陈树学，刘萱.LabVIEW宝典 [M].北京：电子工业出版社，2011.

Design of a LabVIEW-based Automatic Calibration System of Power Meter

DENG Ze-jiang，JIANG Hai-feng
（CEPREI-EAST，Suzhou 215011，China）

With the hardware system formed by connecting 5522A produced by Fluke corporation and WT 310 produced by Yokogawa corporation to PC with USB or GPIB cable，a LabVIEW-based automatic calibration system of power meter is designed，and the calibration result is Excel file.Besides，the address configuration，state configuration，output state monitoring and current switching methods of 5522A as well as the address and range configuration methods of WT310 are discussed.

power meter；automatic calibration system；hardware configuration；software design

TM 9333.3;TP 274

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-02-29

邓泽江 （1992-），男，四川南充人，工业和信息化部电子第五研究所华东分所助理工程师，主要从事电磁专业的仪器校准工作。