基于Fluke MET/CAL和5700A的 Agilent 34401A自動(dòng)校
0 引 言
“科技要發(fā)展,計(jì)量須先行”??茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步,產(chǎn)品質(zhì)量的提高,可以說,沒有精確的計(jì)量保障幾乎是不可能的。但是,在我國計(jì)量界,雖然所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置、被檢儀表大多已經(jīng)配備了GPIB、RS232等測(cè)試接口,但實(shí)際的測(cè)試校準(zhǔn)過程仍然多數(shù)是手工操作。人工操作各種儀器,手工記錄測(cè)試數(shù)據(jù),人工計(jì)算測(cè)試不確定度等,不僅工作量巨大,而且容易出錯(cuò)。為了能提高效率,廣大計(jì)量測(cè)試人員迫切希望能夠有一種簡便快捷的方法來幫助他們實(shí)現(xiàn)計(jì)量自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。
本文力圖通過介紹校準(zhǔn)系統(tǒng)硬件的構(gòu)成,軟件平臺(tái)的選擇,校準(zhǔn)校準(zhǔn)點(diǎn)的制定,校準(zhǔn)軟件的設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)報(bào)告模板的設(shè)計(jì)等來闡述如何簡單快速地組建、設(shè)計(jì)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)基本工作原理
如圖1所示,作者組建的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)硬件包括我所電磁學(xué)最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)--美國FLUKE公司的多功能校準(zhǔn)源5700A(簡稱5700A),被校準(zhǔn)的數(shù)字電壓表美國Agi-lent公司的34401A(34401A),美國NI公司的USB-GPIB接口卡(簡稱GPIB卡),計(jì)算機(jī)以及打印機(jī)組成的。通過安裝在計(jì)算機(jī)中的Fluke公司的MET/CAL校準(zhǔn)管理軟件平臺(tái)(簡稱MET/CAL)及自行編寫的34401A校準(zhǔn)程序控制整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)。
程序首先把所需要的控制指令通過GPIB卡發(fā)送給34401A,命令34401A進(jìn)入所要校準(zhǔn)的功能和量程,然后再根據(jù)測(cè)試的標(biāo)稱值把相應(yīng)的設(shè)置指令通過GPIB卡發(fā)送給5700A,命令其輸出所要求的測(cè)試信號(hào),再把34401A的讀數(shù)返回給計(jì)算機(jī),34401A校準(zhǔn)程序根據(jù)輸出的標(biāo)稱值和標(biāo)準(zhǔn)值即可計(jì)算出該校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差等數(shù)據(jù),并保存到數(shù)據(jù)庫中。待所有校準(zhǔn)點(diǎn)完成后再調(diào)用報(bào)告模板打印校準(zhǔn)報(bào)告。
2 系統(tǒng)硬件選擇
Agilent 34401A是一款61/2位精密數(shù)字多用表,具有交直流電壓、電流、兩線和四線電阻等測(cè)量功能,電壓范圍最高可到1000 V,頻率范圍可達(dá)300 kHz,電流可到3 A,電阻可到100MΩ。它具有GPIB,RS-232接口,其指令系統(tǒng)為可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)程控指令(SCPI),兼容性強(qiáng),方便程控。其直流電壓的基本指標(biāo)是0.0035%讀數(shù)+0.007%量程。
Fluke 5700A是一臺(tái)高精度的多功能校準(zhǔn)器。它不僅具有一年0.0007%的直流電壓高精度,而且功能非常強(qiáng)大,涵蓋了交直流電壓、交直流電流、電阻五項(xiàng)功能,可以輸出最高到1100 V交直流電壓,交流電壓頻率范圍則可從10 Hz~1 MHz變化,電阻輸出具有0~100MΩ共18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻,交直流電流到2.2 A,可以校準(zhǔn)71/2位以下的精密數(shù)字多用表,具有標(biāo)準(zhǔn)的GPIB接口。要校準(zhǔn)34401A,毫無疑問5700A是最佳的選擇。
NI公司的USB-GPIB接口卡通過USB接口連接到計(jì)算機(jī),而USB接口無論臺(tái)式機(jī)或最新型的筆記本電腦均可以支持,而且即插即用,其GPIB總線可同時(shí)連接16個(gè)GPIB設(shè)備,使用非常方便。它還具有通信速度快,安全可靠的優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前非常流行的GPIB控制器。
3 系統(tǒng)軟件平臺(tái)選擇
要通過GPIB接口編程控制5700A和34401A,在軟件平臺(tái)選擇上可以有多個(gè)方案,像Microsoft的VB,VC/C++,NI的LabView等都是不錯(cuò)的選擇。但對(duì)于普通計(jì)量工作者來說,學(xué)會(huì)這些語言的編程絕非易事。沒有一定的編程經(jīng)驗(yàn),想完成這個(gè)校準(zhǔn)軟件幾乎是不可能的。而作者發(fā)現(xiàn),使用Fluke的MET/CAL校準(zhǔn)軟件則可以事半功倍,簡單快捷的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求。
MET/CAL是我所隨5700A一起購買的一套校準(zhǔn)管理軟件,它內(nèi)部集成了一個(gè)Sybase校準(zhǔn)引擎,提供了對(duì)包括5700A等校準(zhǔn)器的支持,利用其簡單易懂的編程語言,類似Basic,可以比較方便的編寫多種儀器的校準(zhǔn)程序,通過NI的GPIB接口卡或計(jì)算機(jī)自帶的COM串行口對(duì)具有GPIB或RS-232接口的儀表實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的計(jì)量測(cè)試,甚至對(duì)沒有接口的儀表也可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)測(cè)試。最為人稱道的是它還可以按ISO17025的要求,實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量不確定度的自動(dòng)計(jì)算,最后利用配套的Crystal Report(水晶報(bào)告)軟件設(shè)計(jì)校準(zhǔn)證書模板,可以檢索MET/CAL產(chǎn)生的校準(zhǔn)記錄并自動(dòng)打印出漂亮的符合各單位要求的校準(zhǔn)證書,這無疑可以大大減輕編程人員的負(fù)擔(dān)。
4 設(shè)計(jì)校準(zhǔn)點(diǎn)
根據(jù)國家數(shù)字多用表的計(jì)量檢定規(guī)程,對(duì)34401A進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)必須對(duì)其交直流電壓、電流、電阻測(cè)量功能的各個(gè)量程進(jìn)行檢定,每個(gè)量程測(cè)量3~5個(gè)點(diǎn),基本量程測(cè)量10個(gè)點(diǎn),直流信號(hào)還要對(duì)正負(fù)滿度值進(jìn)行測(cè)量,交流信號(hào)要對(duì)主要的頻率拐點(diǎn)的性能予以驗(yàn)證;同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器和被校表之間的指標(biāo)應(yīng)滿足3~4倍甚至更高的比率,以確保校準(zhǔn)的可靠性。
一般情況下要檢查校準(zhǔn)器的指標(biāo)是否可以校準(zhǔn)被校表,需要根據(jù)每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)稱值來分別計(jì)算校準(zhǔn)器和被校表的技術(shù)指標(biāo),查看TUR=被校表指標(biāo)/校準(zhǔn)器指標(biāo)是否大于4。例如對(duì)直流1 V量程的0.5 V校準(zhǔn)點(diǎn)來說,34401A年技術(shù)指標(biāo)是±(0.5×0.004%+1×0.0007%)V=±0.000027 V,而5700A的年技術(shù)指標(biāo)是±(0.5×0.0007%+0.000001)V=±0.0000045 V,因此TUR=6,符合校準(zhǔn)要求。而MET/CAL則可以直接報(bào)告程序中每一點(diǎn)的TUR,不需要用戶計(jì)算,因此可以很方便的確定校準(zhǔn)是否符合校準(zhǔn)要求。
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