基于Fluke MET/CAL和5700A的 Agilent 34401A自動(dòng)校

0 引 言
“科技要發(fā)展，計量須先行”?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，可以說(shuō)，沒(méi)有精確的計量保障幾乎是不可能的。但是，在我國計量界，雖然所使用的標準裝置、被檢儀表大多已經(jīng)配備了GPIB、RS232等測試接口，但實(shí)際的測試校準過(guò)程仍然多數是手工操作。人工操作各種儀器，手工記錄測試數據，人工計算測試不確定度等，不僅工作量巨大，而且容易出錯。為了能提高效率，廣大計量測試人員迫切希望能夠有一種簡(jiǎn)便快捷的方法來(lái)幫助他們實(shí)現計量自動(dòng)校準系統的開(kāi)發(fā)和應用。
本文力圖通過(guò)介紹校準系統硬件的構成，軟件平臺的選擇，校準校準點(diǎn)的制定，校準軟件的設計、校準報告模板的設計等來(lái)闡述如何簡(jiǎn)單快速地組建、設計自動(dòng)校準系統。
1 系統基本工作原理
如圖1所示，作者組建的自動(dòng)校準系統硬件包括我所電磁學(xué)最高計量標準--美國FLUKE公司的多功能校準源5700A(簡(jiǎn)稱(chēng)5700A)，被校準的數字電壓表美國Agi-lent公司的34401A(34401A)，美國NI公司的USB-GPIB接口卡(簡(jiǎn)稱(chēng)GPIB卡)，計算機以及打印機組成的。通過(guò)安裝在計算機中的Fluke公司的MET／CAL校準管理軟件平臺(簡(jiǎn)稱(chēng)MET／CAL)及自行編寫(xiě)的34401A校準程序控制整個(gè)系統實(shí)現自動(dòng)校準。

程序首先把所需要的控制指令通過(guò)GPIB卡發(fā)送給34401A，命令34401A進(jìn)入所要校準的功能和量程，然后再根據測試的標稱(chēng)值把相應的設置指令通過(guò)GPIB卡發(fā)送給5700A，命令其輸出所要求的測試信號，再把34401A的讀數返回給計算機，34401A校準程序根據輸出的標稱(chēng)值和標準值即可計算出該校準點(diǎn)的誤差等數據，并保存到數據庫中。待所有校準點(diǎn)完成后再調用報告模板打印校準報告。

2 系統硬件選擇
Agilent 34401A是一款61／2位精密數字多用表，具有交直流電壓、電流、兩線(xiàn)和四線(xiàn)電阻等測量功能，電壓范圍最高可到1000 V，頻率范圍可達300 kHz，電流可到3 A，電阻可到100MΩ。它具有GPIB，RS-232接口，其指令系統為可編程儀器標準程控指令(SCPI)，兼容性強，方便程控。其直流電壓的基本指標是0．0035％讀數+0．007％量程。
Fluke 5700A是一臺高精度的多功能校準器。它不僅具有一年0．0007％的直流電壓高精度，而且功能非常強大，涵蓋了交直流電壓、交直流電流、電阻五項功能，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)標準電阻，交直流電流到2．2 A，可以校準71／2位以下的精密數字多用表，具有標準的GPIB接口。要校準34401A，毫無(wú)疑問(wèn)5700A是最佳的選擇。
NI公司的USB-GPIB接口卡通過(guò)USB接口連接到計算機，而USB接口無(wú)論臺式機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(xiàn)可同時(shí)連接16個(gè)GPIB設備，使用非常方便。它還具有通信速度快，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，是當前非常流行的GPIB控制器。
3 系統軟件平臺選擇
要通過(guò)GPIB接口編程控制5700A和34401A，在軟件平臺選擇上可以有多個(gè)方案，像Microsoft的VB，VC／C++，NI的LabView等都是不錯的選擇。但對于普通計量工作者來(lái)說(shuō)，學(xué)會(huì )這些語(yǔ)言的編程絕非易事。沒(méi)有一定的編程經(jīng)驗，想完成這個(gè)校準軟件幾乎是不可能的。而作者發(fā)現，使用Fluke的MET／CAL校準軟件則可以事半功倍，簡(jiǎn)單快捷的實(shí)現系統的要求。
MET／CAL是我所隨5700A一起購買(mǎi)的一套校準管理軟件，它內部集成了一個(gè)Sybase校準引擎，提供了對包括5700A等校準器的支持，利用其簡(jiǎn)單易懂的編程語(yǔ)言，類(lèi)似Basic，可以比較方便的編寫(xiě)多種儀器的校準程序，通過(guò)NI的GPIB接口卡或計算機自帶的COM串行口對具有GPIB或RS-232接口的儀表實(shí)現全自動(dòng)的計量測試，甚至對沒(méi)有接口的儀表也可以實(shí)現半自動(dòng)測試。最為人稱(chēng)道的是它還可以按ISO17025的要求，實(shí)現對每一個(gè)校準點(diǎn)測量不確定度的自動(dòng)計算，最后利用配套的Crystal Report(水晶報告)軟件設計校準證書(shū)模板，可以檢索MET／CAL產(chǎn)生的校準記錄并自動(dòng)打印出漂亮的符合各單位要求的校準證書(shū)，這無(wú)疑可以大大減輕編程人員的負擔。

4 設計校準點(diǎn)
根據國家數字多用表的計量檢定規程，對34401A進(jìn)行校準時(shí)必須對其交直流電壓、電流、電阻測量功能的各個(gè)量程進(jìn)行檢定，每個(gè)量程測量3～5個(gè)點(diǎn)，基本量程測量10個(gè)點(diǎn)，直流信號還要對正負滿(mǎn)度值進(jìn)行測量，交流信號要對主要的頻率拐點(diǎn)的性能予以驗證；同時(shí)標準器和被校表之間的指標應滿(mǎn)足3～4倍甚至更高的比率，以確保校準的可靠性。
一般情況下要檢查校準器的指標是否可以校準被校表，需要根據每個(gè)校準點(diǎn)的標稱(chēng)值來(lái)分別計算校準器和被校表的技術(shù)指標，查看TUR=被校表指標／校準器指標是否大于4。例如對直流1 V量程的0．5 V校準點(diǎn)來(lái)說(shuō)，34401A年技術(shù)指標是±(0．5×0．004％+1×0．0007％)V=±0．000027 V，而5700A的年技術(shù)指標是±(0．5×0．0007％+0．000001)V=±0．0000045 V，因此TUR=6，符合校準要求。而MET／CAL則可以直接報告程序中每一點(diǎn)的TUR，不需要用戶(hù)計算，因此可以很方便的確定校準是否符合校準要求。