多台数字万用表同时校准实验及时效比较

黄科薪，陈蜀，臧继祯

（中国船舶重工集团公司 七五○试验场，云南 昆明650051）

手持式数字万用表以其体小轻便、使用快捷、功能齐全（普遍具有测量电压、电流、电阻等功能）的特点，深受相关工程技术人员喜爱，得到广泛的应用。为了保证数字万用表的量值可靠传递，需要对数字万用表进行校准。由于数字万用表的使用量大，使得同批次同型号的待校数字万用表台数也相应的较多，校准任务量大。为了提高校准效率，研究人员做了相应的探索。文献[1]介绍了3种半自动检定程序设计方法，从而实现提高工作效率、减少工作强度和差错。谭福奎等进行了数字万用表语音报读方案的研究，提出一个语音报读方案并应用到实际中，使得检定操作友好便捷化[2]。

除了设计出自动化的检定校准系统外，通常可以对一批次的待校数字万用表进行分类，对多台同一型号的数字万用表同时进行校准，从而缩短整批数字万用表的校准用时，提高工作效率。然而，多台数字万用表同时校准对校准结果会有一定的影响。本文即从数字万用表校准原理出发，采用电学分析并通过实验研究不同台数数字万用表同时校准对校准结果的影响，验证多台数字万用表同时校准的准确性，可行性，选取较优的校准台数方案。

1 实验方案

在满足规程规范[3－6]的前提下，数字万用表可同时校准的项目通常为电压及电流功能，本文即从多用表电压、电流项入手，分析多台数字多用表同时校准的结果影响。

1.1 实验设备

本次实验所用的被校设备为数字万用表，标准设备是经上级机构计量检定或校准合格，测量范围能覆盖被校器具的测量范围，并在有效期内的多功能校准源。设备具体如下：计量标准器（某厂多功能校准源5700）、秒表、相同导线若干、同型号数字万用表一批（≥10台，以供筛选备用）[7]。

1.2 校准原理

电压表功能：电压功能校准接线示意图如图1所示，被校表1与多功能校准源形成回路1，被校表2与多功能校准源形成回路2……被校表n与多功能校准源形成一个回路n。根据基尔霍夫电压定律（KVL）：对于任一回路，循环一周，电压降的总和等于电压上升总和。故多功能校准源输出的电压即为被校表两端的电压的理论值。多功能校准源设置一个电压输出，回路1即通过电压定律由被校表测出电压实测值，以此类推被校表2……被校表n。如此比较理论值和实测值即可实现被校表的电压功能校准。

图1 电压功能校准接线示意图Fig.1 Structure diagram of calibration for voltage

电流表功能：电流功能校准接线示意图如图2所示，被校表1，2……n与多功能校准源形成一个回路。根据基尔霍夫电流定律（KCL）：对于任一结点，流入结点的各支路电流总和等于流出结点的各支路电流的总和。多功能校准源设置一个电流输出，流入结点1（被校表1）的电流等于流出结点1电流……流入结点n（被校表n）的电流等于流出结点n电流，结点1，2……n首尾相连，故各节点电流相等并理论上等于多功能校准源设置的电流。通过比较被校表的实测值与多功能校准源的理论值即可实现电流功能的校准[8]。

图2 电流功能校准接线示意图Fig.2 Structure diagram of calibration for current

1.3 实验方法

本文采用比较实验法对校准结果进行分析，选取A1表为主要研究对象，通过实验分别将A1单台、含有A1在内的2台、3台 ……5台被校表分别进行电压功能、电流功能校准。具体方法如下：

第一步，分别对足够数量的被校表进行单独校准，记录数据，从中筛选出6台性能良好的数字万用表并编号。（编号记为：A1，B1，B2，B3，B4，B5）。

第二步，多台被校表电压功能校准：选取A1为主要研究对象，对A1号被校表并接1台任意B号被校表进行校准，记录数据；此后依次并接2台、3台……5台进行校准并记录数据，接线按实际需要如图1所示。

第三步，多台被校表电流功能校准：选取A1为主要研究对象，对A1号被校表串接1台任意B号被校表进行校准，记录数据；此后依次串接2台、3台……5台进行校准并记录数据，接线按实际需要如图2所示。

第四步，关闭设备，拆除连接导线，收拾被校表。

2 实验结果分析

实验数据记录整理后如表1所示。结果表明（1～6）台数字万用表同时校准时，结果波动不大，均能如实准确的反应被校表的性能。区别在于校准电流、电压两项参数[9]的每台数字万用表平均耗时不同，1～2台每台平均用时较多，同时校准3～6台时每台耗时明显少于同时校准（1～2）台。但随着同时校准的台数增加，接线拆线的复杂性有所增加及读数记录的顺畅性有所下降，使得同时校准台数从3台增加到6台时每台的平均耗时下降得并不明显，出于舒适、便捷、安全、高效考虑，以同时校准3～4台为宜。

表1 校准结果数据表（交流电压、电流项时频率为60 Hz）Tab.1 Result of the calibration（frequency is 60 Hz while calibrate AC current or Voltage）

3 结 论

数字万用表校准档位多，流程繁琐。通过多台数字万用表的同时校准能简化部分校准流程，提高效率。研究表明在不超过6台数字万用表同时校准的情况下，台数对校准的结果影响不大，日常校准工作台数可根据个人喜好，操作方便，读书记录的快慢选取，出于舒适、便捷、安全、高效考虑，以同时校准3～4台为宜。在多台数字万用表同时校准时，应首先确保人员、设备安全大前提，注意导线的正确连接，数据异常时及时准确的排查剔除故障表再进行下一步校准。

[1]章克来.数字万用表自动/半自动检定校准系统设计[D].上海：上海交通大学，2009.

[2]谭福奎，贺前华，范炜.数字万用表语音报读方案及实现[J].实验技术与管理，2011（6）:37－41.TAN Fu-kui，HE Qian-hua，FAN Wei.A scheme of speech reading for digital multi-meter and its realization[J].Experimental Technology and Management，2011（6）：37－41.

[3]中国计量科学研究院.JJG315─1983直流数字电压表检定规程[S].国家计量局，1984.

[4]中国计量科学研究院.JJG598─1989直流数字电流表检定规程[S].国家技术监督局，1990.

[5]中国航天工业总公司二院二0三所.JJG（航天）34─1999交流数字电压表检定规程[S].中国航天工业总公司，1999.

[6]中国航天工业总公司五院五一四所.JJG（航天）35─1999交流数字电流表检定规程[S].中国航天工业总公司，1999.

[7]国防科工委科技与质量司.电磁学计量[M].北京：原子能出版社，2002.

[8]庄崇光，张民仓，王立.基尔霍夫定律的建立[J].大学物理，1990（4）:35-36.ZHUANG Chong-guang，ZHANG Min-cang，WANG Li.The establishment of kirchhoff's law[J].University Physics，1990（4）:35-36.

[9]肖笑.基于BCC算法的多机系统PSS参数优化设计[J].陕西电力,2012（12）:51-54.XIAO Xiao.Optimal design of multi-machine power system stabilizer parameters based on bacterial colony chemotaxis algorithm[J].Shaanxi Electric Power，2012（12）:51-54.