指针式电测仪表自动化检定系统的开发与应用

邸变连，赵园，程昱舒

（山西省电力公司计量中心，山西太原030001）

指针式电测仪表自动化检定系统的开发与应用

邸变连，赵园，程昱舒

（山西省电力公司计量中心，山西太原030001）

针对指针式电测仪表检定效率低、系统工作方式落后等问题，以机器视觉技术和Labview作为开发工具，开发指针式电测仪表自动化检定系统。系统分为多功能标准源、机器视觉系统、软件设计三部分，实现了指针式电测仪表的全自动校验，并增加了不确定度自动评定功能，具有测试速度快，操作简单、量值传递更加准确等优点，具有很强的实用性。

电测仪表；机器视觉；检定系统；CL302

0 引言

指针式电测仪表的检定/校准是计量测试领域的重要工作。当前指针式电测仪表依赖手动操作、人工读数校准、人工出具校准结果，重复劳动工作量大,操作员熟练程度对检定结果影响明显,系统工作方式落后。目前多功能标准源基本都带有数字化程控接口（GPIB或RS232接口），可以通过编程方式控制标准源在设定范围内按照制定步长输出检定信号。伴随着计算机和自动化检测技术的发展，从欧美等技术先进国家或地区开始兴起“测试自动化”的概念，采用计算机编程控制测试的过程，采用智能数字视频识别等技术实现检测数据的获取，并由计算机完成数据记录、处理等重复性工作，从而大大提高检测系统的工作效率，消除操作人员的主观影响，获得更高精度的测试结果。

1 检定系统软硬件设计

指针式电测仪表自动化检定系统主要是由多功能标准源、机器视觉系统、计算机、打印机以及相关软件组成，系统的硬件结构框如图1所示，该系统可以快速准确地进行指针式电测仪表的自动测试及数据处理工作。

图1 指针式电测仪表自动化检定系统硬件结构框图

系统通过计算机编程控制多功能电测仪表校验装置，针对电测指针仪表的具体型号按规范化测试流程输出检定信号，并经由高性能智能工业相机获取相应指针表读数图像，在程序中进行实时处理，获得指针读数并完成记录、打印等功能。

1.1 标准器

指针式电测仪表在工业现场、装备系统中使用非常普遍。由于一般的数字表都包含经常使用的五个功能：直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、直流电阻，要完成对指针表的校准，如果使用单功能的校准器进行校准，校准系统会非常复杂，所以国内外一般都使用多功能校准器法进行校准。目前主流新型标准器大多具备GPIB、RS-232等数字化通讯接口，可以由上位计算机控制实现自动化检定信号输出。本方案采用CL302多功能标准源实现自动化检定。

1.2 机器视觉技术

伴随着半导体制造技术以及计算机技术的发展，采用工业智能相机配合相应数字视频处理软件构成的机器视觉系统发展到成熟实用的水平，使得机器视觉系统代替传统的传感器和测量工具、甚至代替人的目视识别工作。高速处理器保证数字视频的实时处理与识别，并可以记录相关数据用于自动化测试系统的下一道工序。经过良好设计和校正的机器视觉技术完全可以代替经验丰富的工程师完成测试参数获取的工作，机器视觉系统能够长时间保持恒定精度连续运行，是人眼识别难以企及的优势[1]。

美国国家仪器公司NI公司的机器视觉系统是相关领域的代表产品，该系统将高性能Power PC处理器、高质量电荷耦合CCD（Charge-coupled Device）图像传感器以及NI机器视觉软件工具结合在一起，使用户能够方便地创建分布式机器视觉系统，获得高效、实时、精确的检测结果。机器视觉识别系统图如图2所示。系统经过长时间技术演进，经世界各地用户使用证明了其性能可靠[2]。

图2 机器视觉识别系统台架示例

1.3 系统软件设计

近年来计算机语言有了很大发展，尤其是有了微软的WINDOWS视窗操作系统以来，出现了许多可视化的快速应用程序开发工具，如VC、VB、C++Builder和Labview、VEE、TestPoint等，其中Labview、VEE、TestPoint是侧重仪器控制的开发工具，更适于测试工程师编写自动测试程序。

目前我国计量行业中经常使用的自动测试软件主要有以下几种：

a）采用通用语言进行编写的程序：VC、VB编制的自动测试程序。

b）仪器设备厂家销售的自动测试程序，包括FLUKE的MET/CAL自动计量校准和管理软件、AGILENT随机带的C语言自动测试软件、DATRON仪器随机带的自动校准软件。

c）专业图形化编程软件进行开发。美国惠普公司hp vee，用于仪器控制、测量处理和测试报告的图形化编程语言；自动寻找与计算机相连的仪器，自动管理所有的寻址操作；具有直观、丰富的显示界面；不必编写代码就可以进行数据采集与分析；具有多种数学运算和分析功能，从最基本的数学运算到数字信号处理和回归分析。

d）专业图形化编程软件进行开发：美国国家仪器公司Labview。仪器控制与数据采集的图形化编程环境；直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格；内置的编译器可加快执行速度；内置GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的库函数；内容丰富的高级分析库，可进行信号处理、统计、曲线拟和以及复杂的分析工作；利用ActiveX、DDE以及TCP/IP进行网络连接和进程通讯。

目前在仪器控制、测试领域，NI公司的Labview编程软件开发平台使用最广，世界决大部分仪器厂商都提供Labview驱动软件，为使用者提供了非常大的方便。另外，Labview系统能够良好兼容NI公司机器视觉系统，为检测结果获取提供更快捷便利的编程环境，因此本方案选择使用Labview平台编制自动校准软件。

2 应用实例分析

在软件试运行期间验证了1台客户送检的直流电压表：型号为C65，等级为0.5级。用该系统和传统方法分别检定了10次，对两种方法检定过程中的优缺点进行了比较。

说明指针式仪表自动化检定系统有如下优点。

a）信号源控制功能：在上位机编程，通过数字化接口控制标准源，在指定量程范围内按照预设步长输出信号，用于指针式电测仪表自动化检定。

b）指针式电测仪表读数识别功能：采用先进的机器视觉识别技术，对高性能智能工业相机输入的指针表图像进行实时处理，实时完成指针仪表读数的识别，与操作员人眼识别相比，响应速度快，精度高，重复性好，读数结果不受操作人员经验与工作状态影响。

c）数据记录功能：自动记录指针式电测仪表读数到上位机，用于进一步的检定比对工作，比手动记录数据更准确迅速。

d）数据处理功能：可将测量过程中的数据动态显示出来，并与标准源信号比对，进行测试数据差限的计算，及对数据结果的判断，最终给出检定结果。

e）开发扩展功能：系统提供仪表参数管理信息化接口，用户可以方便地增加所要测试的仪器的型号[3]。

3 结论

由试验结果说明，该系统检定的精度严格遵守0.5级仪表的要求，修约值准确无误，系统在实际运行中达到良好的效果，通讯响应速度快，系统运行稳定，各个功能模块均能较好地实现。指针式仪表自动化检定系统比原来手动操作在信息量、采集量、数据处理及误差计算速度方面将体现绝对的优势，从而节省了劳动时间，降低了劳动强度，使工作环境和条件更加的人性化。

［1］赵书涛，李宝树，贾秀芳，等.基于计算机视觉的电测仪表自动识别方法的研究［J］.仪器仪表学报，2004（8）：606-607.

［2］董庆霞.图像处理技术在指示表精度检定中的应用［D］.北京：北京工业大学，2001.

［3］中国计量科学研究院.JJG315—1983直流数字电压表检定规程［S］.北京：中国计量出版社，1983.

Development and App lication of Pointer-type Electrical M easuring Instrument Automatic Calibration System

DIBian-lian，ZHAO Yuan，CHENG Yu-shu
（State Grid M etering Center of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Since traditional pointer-type electrical measuring instrument is less efficient and underdeveloped，pointer-type electricalautomatic calibration system is developed with the help ofmachine vision technology and Labview.The system consists of three partsasmultifunction standard source，machine vision system and software designing，and it realized full-automatic calibration and added the function of uncertainty evaluation.The new system ismore practical for it is rapid in test speed,simple to operate and accurate in measuring value transfer.

electricalmeasuring instrument；machine vision；calibration system；CL302

TM933

B

1671-0320（2014）04-0031-03

2014-05-07，

2014-06-16

邸变连（1979-），女，山西吕梁人，2010年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事电能计量工作；

赵园（1965-），男，天津市人，1993年毕业于华北电力学院电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事电能计量工作；

程昱舒（1984-），男，山西运城人，2010年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事电能计量工作。