数字多用表及多功能源远程测量系统设计*

2014-03-22白力军刘卫东王会肖王明敬耿立峰付进伟

计量技术 2014年10期

朱　芸　白力军　刘卫东　王会肖　王明敬　耿立峰　付进伟

(河北省计量科学研究所，石家庄 050051)

0　引言

数字多用表、多功能源是电学计量的常用设备，虽然随着计量仪器与计算机通信技术的融合，目前数字多用表、多功能源基本都带有程控接口(GPIB 接口)，使计量检测计算机控制成为可能，但大多数计量单位还是采用手动测量的方法。在检定或校准过程中，需要采集几十或上百个数据，重复、繁琐和长时间的工作容易使人心不在焉，不但浪费时间、工作效率低下，而且数据的准确性会受到一定的影响。另外，有些体积庞大、笨重和精密的设备也不适合送检(如多功能标准源)，不仅有检定校准期间的等待对日常工作的影响、花费大量的人员、运输费用，还有运输过程中计量仪器被损坏的风险，夏天在恒温室工作给身体带来的种种不适等。为此，我们基于Labview平台、GPIB总线、access数据库、c语言及Labview的Web Server 技术的网络应用程序，研制了数字多用表及多功能源远程测量(检定、校准)系统。构建一个灵活的远程校准、自动检定系统，让用户方便地控制仪器、采集数据、对数据进行处理、保留原始记录和出具证书等。人机对话简单方便，测试速度快，省时省力，同时保证了量值传递的准确性，满足计量检定规程的要求。

1　主要构成及功能

该远程测量系统由现场(主要负责现场校准数据的采集及校准过程的实施)、网络(远程通讯)及远程方(借助远程面板的网络应用技术对校准过程进行远程监视、指导和控制)三个部分组成。

测量软件安装在服务器上，并把服务器与局域网或者Internet相连接。将测试仪器连接到服务器上，使用者就可以在任何一台联网的电脑上进行测量操作了。

本系统包括测量(检定、校准)和信息管理两大功能。其中测量(检定、校准)参数为交直流电压、电流及电阻；信息管理包括信息查询、数据维护及证书报告的生成。

2　主要技术

2.1　编程语言

以Labview为主，C语言为辅，采用Labview语言进行编程数据采集。Labview语言是一种基于图形程序的编程语言，内含丰富的数据采集、数据信号分析及控制等子程序，特别适用于数据采集处理系统。

2.2　数据通讯接口

以IEEE488 -USB(Universal Serial Bus)并行-通用串行总线作为数据通信接口。由于IEEE-488标准已经成为目前大多数的智能仪器的标准配置，加之不断完善的软件接口的标准化，大部分远程校准的现场数据采集或控制任务都能通过仪器自带的总线来实现，这也是对智能仪器实现远程校准最有效和经济的方式；通用串行总线USB作为一种新型的数据通信接口在越来越广阔的领域得到应用，而USB具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展、能够采用总线供电和使用灵活等主要优点，应用越来越广泛。

2.3　远程控制技术

NI公司借助Internet实现远程测量的方式主要有三种：TCP/IP协议、DataSocket技术和远程面板技术。后二者也是基于TCP/IP协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议)的应用技术。TCP/IP协议是Internet最基本的协议，Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。DataSocket是NI公司所特有的网络编程技术，它以TCP/IP 为基础，对底层进行了高度封装，提供了高层的编程接口。借助它元需进行底层较繁琐的TCP/IP编程，大大简化了编程过程。特别适用于大量的数据访问与传输。远程面板技术的实现原理是借助于Labview内置的Web Server 技术实现的。服务器端利用Labview Web Publishing T ools把虚拟仪器应用程序的前面板发布到Web页面上，只要服务器端的应用程序载入内存，客户端的用户便可以通过浏览器对服务器端的远程面板进行监控。远程面板容易配置，能够跨平台，无需A ct iveX控件、Java Applet或者是CGI 脚本，而且可以多同步连接监控；控制是动态的，客户端在浏览器中看到的监测画面同服务器端完全一致。其优点是：1)只需浏览器，不需要其他额外软件，利于用户使用；2)易维护，只需维护服务器端代码；3)多平台支持；4)安全性：源代码客户端不可见。

远程面板提供了便捷的远程控制手段。在实际测量中，无需实时将数据传送至测量中心，只需要可以实时监控测量结果，控制测量进程并查询服务器计算机中数据库的各种数据。远程面板技术就能很好的满足上述需求。

3　工作流程

工作流程图如图1所示。

图1　工作流程

3.1　校准信息描述

测量信息描述的功能是输入本次被测仪器及标准器的信息，如果不是首次送检的仪器，可以直接从数据库中调出，无需再次输入。并且，厂商、型号和编号是关联的，指定其中一项的值，会相应改变其他两项的值。用户使用界面如图2所示。

图2　基本信息录入界面

3.2　搜索仪器

点击“搜索gpib设备”，系统将搜索所有连接到电脑上的gpib设备，并将搜索到的设备显示在表格中。对所显示的设备设置角色，仪器角色分为6种：工作源、标准源、被测源、被测表、标准表和未定义。程序根据仪器被赋予的角色，自动显示校准模式，校准模式分为3种：源测表、表测源和表测表。如把其中一个仪器定义为标准源，另一仪器定义为被测表，则校准模式自动显示为源测表。用户使用界面如图3所示。

图3　搜索设备界面

3.3　设置测量参数

添加选点，可以在程序中设置，用户通过设置测量项目(电压、电流或者电阻)、电压类型(直流/交流和频率)、量程数和量程值、计量单位及是否基本量程等。在程序中生成一系列选点，也可以从数据库调取，系统通过当前被测仪器型号，在数据库中调取以前设置的选点，对于特殊的选点还可以手动单独输入。本部分用户使用界面如图4和图5。

图4　测量参数设置界面

图5　待测量的界面

3.4　获得测量结果及数据处理

在这里，用户可以启动测量、终止测量和保存测量结果。测量过程中，系统同时处理测量数据，计算出每一点的示值误差和不确定度(不确定度可以显示每一点的A类标准不确定度、B类标准不确定度和扩展不确定度)。如果出现异常值，会弹出对话框提示，并让用户选择重测、继续、还是终止测量。点击“保存数据”，系统将测量数据保存到数据库中(包括校准描述信息和测量数据)。点击“生成证书”，系统将将当前的测量数据按照证书格式生成一个.htm格式的文件，此文件可以用ms office word来打开。

3.5　信息查询

在信息查询界面，系统根据用户输入的查询条件，来搜索所有符合条件的校准信息，并将查询结果显示在表格中，用户使用界面如图6。然后，右键点击想要查看的校准信息，系统会检索数据库，把此次测量的测量数据显示到测量数据表格中。

图6　信息查询界面

4　测量结果

在测试时，使用Fluke5720标准源作为标准源，Agilent 34401A作为被测表。图7为原始记录，其中标准值和被测值是自动采集的原始数据；电压类型、频率、量程、单位和选点值为预先选定的测量参数；误差、不确定度是根据测量结果和预先选定的测量次数计算得出的。由于采用边测量边计算的方法，如果测量数据超过了预先设置的警戒值，计算机就会自动提示，并提供三种选项，分别为重测、继续和退出，用户可以根据情况选择其一。这样可以及时发现测量过程中出现的问题，并解决，提高了测量的有效性，节省了时间。

图7的数据是以Fluke 5720作为标准源，Agilent 34401A作为被测表为前提得到出的。如果反过来，把Fluke 5720标准源作为被测源，Agilent 34401A作为标准表，测量数据一样，则图7的误差将符号相反。

图7　原始记录界面

5　结束语

本系统采用模块化设计，以Labview为主，根据需要灵活嵌入了其他编程语言，使程序更简洁、合理；采用多种技术，实现了数字多用表、多功能标准源的远程测量及数据的管理。具有很强的应用性和可扩展性。实践证明，该系统测量程序、数据处理和证书出具等均符合数字电压表、标准源检定规程要求，实现了远程检定、校准，操作便捷，提高了检定的准确度与可靠性，大大减少了检定人员的工作量。

[1]JJG 315—83《直流数字电压表》国家计量检定规程

[2]JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》国家计量技术规范

[3]JJG(冀)050—2004《交流数字电压表》河北省地方计量检定规程

[4]JJG(冀)051—2004《交流数字电流表》河北省地方计量检定规程

[5]5700A Remote Programming Reference Guide

[6]National instrument corporation Labwiew 2012 help

[7]李洪珠.基于Labview远程测控系统技术.国外电子测量技术，2006，25(1)

[8]吴静.一种检定系统的研制.电气应用，2005，24(2)

[9]侯兴勃.利用Datasocket远程控制8840A.计算机技术与应用，2009，29(1)

[10]李树振.在Web 上实时监控远程面板的方法.中国科技信息，2005(13)

[11]姜华.用Labview实现远程校准.电子技术，2004(9)

[12]NI Tutorial，Remote Panels in Labview—Distributed Application Development，Oct 15，2010