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中国科技期刊数据库 工业 A 165 关于数字多用表校准方法的研究 杨乐文 郭纯军 张家口市计量测试所，河北 张家口 075000 摘要：摘要：数字多用表，它属于电子测量及设备检测当中需要用到的一种仪器设备，现阶段在测试技术整个行业领域中应用的相对广泛。为了能够进一步地了解数字多用表相关校准方法，本文简要阐述了数字多用表的基本校准原理、校准方法及一般校准步骤，以此为基础，提出数字多用表专项校准系统基本设计原则，详细介绍了各功能模块，以此实现对数字多用表的校准方法进一步总结及分析探讨，此次课题研究期望可以为业内相关人士提供有价值的参考。关键词：关键词：多用表；数字；校准方法；原理；校准系统；功能 中图分类号：中图分类号：TM91 0 引言 伴随自动化及电子技术持续的进步发展，测试技术相关领域当中广泛应用着数字多用表。那么，为了更加全面地了解及把握数字多用表相应的校准方法，为今后更好地落实校准处理操作，那么针对数字多用表的校准方法开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。1 关于数字多用表的基本校准原理的概述 数字多用表，即综合型电量表，可以一表多用，一次测定三相各相电流及电压、电能、频率、有功及无功功率等各项参数，它属于电气测量当中所需用到的一种电子仪器，以对电流、电压及电阻各项参数实施测量为主要功能。针对数字多用表方面校准处理，即通过对仪表偏移、非线性的偏差、增益等予以调整，确保仪表测量精准度可重新满足于技术指标的各项要求。主要的校准原理，即数字多用表结合测量数值、标准数值的差值，将各项功能与量程的相应校准常数（包含着偏移及增益的校准常数）算出，该部分校准常数被存储至非易失性的存储装置当中1。各项功能及量程校准常数则独立存储，确保互不干扰，该部分数据不会因远程接口已经复位或关机等出现丢失情况，一直到下次实施校准操作时出现新校准常数后再予以覆盖存储。数字多用表为正常的测量作业模式之下，结合从存储装置当中所取出的校准常数，便可自动修正处理测量结果，测量精度可得到提升。2 数字多用表的校准方法及一般校准步骤 2.1 数字多用表的校准方法 2.1.1 在标准源校准法方面 结合校准点，合理设定多功能源输出数值，被校准的数字表具体示值需要详细记录下来。如多功能源输出的标准数值设定为 ZN，则被校准的数字表实际示值是 ZX，针对被校准的数字表示值偏差则依照着=ZX-ZN 列式予以计算出来2。该列式当中，ZN、ZX、分别代表着多功能源所输出的标准数值、被校准的数字表具体示值、示值偏差。被校准的数字表相对示值偏差，依照着=（/ZN）*100%列式便可算出。2.1.2 在标准表校准法方面 一是，选取标准的数字表相应示值或是校准数值为主要校准点，对多功能源输出数值予以调节，使得标准的数字表相应示值或是校准数值被当成是校准点，把被校准的数字表相应示值记录下来。设该标准的数字表实际示值或是校准数值是 ZN,而被校准的数字表实际示值设定成 ZX。针对被校准的数字表相应示值偏差，可依照着=ZX-ZN 列式予以计算出来。针对被校准的数字表示值偏差，则需要借助=（/ZN）*100%列式经计算后获取3；二是，选取被校准的数字表相应示值或是校准数值为主要的校准点，对多功能源实际输出数值实施调整处理，则被校准的数字表相应示值或是校准数值成为校准点，对标准的数字表相应示值予以准确记录。对标准的数字表相应示值或是校准数值设定为Zx,针对被校准的数字表实际示值设定Zx,针对被校准的数字表实际示值及相对示值各自偏差，同样是结合上述列式予以计算出来。中国科技期刊数据库 工业 A 166 2.2 数字多用表的一般校准步骤及其注意事项 2.2.1 数字多用表的校准步骤 实验室环境条件应当确保满足实际要求及各项标准，参考标准与数字表需要先通电实施一段时间的预热处理；有需求的情况下，可先对数字表实施自检或是内部校准处理4；而后，再对直流各项功能及量程零点偏移等实施校准调整处理。针对各个电阻量程，应当选取两线及四线两种方法分别实施校准处理；而后，再结合所设定的程序，针对直流各项功能及各量程相应增益偏差实施校准处理。2.2.2 注意事项 数字多用表总体校准处理操作，应当处于所要求环境条件当中实施，数字表应当提前依照着所要求的时间，充分实施通电预热处理，确保仪表可以处于最佳的运行状态之中。依照一般要求，应当提供标准数值参考的相应计量标准，功能量程精准度指标需要高于被校准的数字表精准度相应指标至少为 1 个数量级；对数字表实施整机校准处理时间应当在40min1h范围，这一过程当中能够随时终止或退出，但会丢失功能量程当前校准常数5；数字表实际校准处理完成之后，选取 24h 精准度指标开展测试分析工作，再次确定校准成功与否。各测点示值偏差如果处于可允许最大的偏差范围，便可判断此次校准处理成功；如果相反，则应当重新实施校准处理。校准常数如果超过数字表出厂设定调整范围，则无法经过实施校准处理，确保它能够重新吻合于相应的性能指标，这就需要实施维修处理；数字表总体校准处理操作，通常是在故障维修或周期检定期间开展。如检定周期范围如果随意对于数字表实施校准处理，则势必会对它全年稳定性总体指标考核造成不良影响，这些都是开展数字多用表校准工作期间所需要注意的部分。3 数字多用表专项校准系统 3.1 设计原则 数字多用表总体校准处理现阶段呈现出了一种分化趋势，即具备一定条件的计量技术专业机构，把自动测试专项系统和图像处理科学技术等各项研究成果应用至数字多用表相应校准处理工作当中，促使校准速度得到提高；并且，还有计量技术部分专业机构考虑成本方面因素，针对数字多用表总体校准处理工作当中，实行人工手动方式下操作仪器，并手动实施数据记录，校准效益往往相对偏低。虽然前者的校准速度得到提高，但是，所获取数据倘若与准确可靠性等本质要求存在一定偏差，会致使校准工作真实意义丧失；后者会严重浪费人力、物力、财力，校准工作总体有效性及科学性得不到保障。对此，在开展数字多用表专项校准系统实际设计工作期间，应当以科学高效作为基本原则。所谓科学性原则，即数字多用表各项校准工作需满足科学有效性等要求。计量是单位统一及量值精准可靠性等得以实现的重要活动,数字多用表总体校准处理，属于一项重要的计量活动，因校准数据精准可靠为最为根本的要求6，故数字多用表专项校准系统实际设计工作当中，务必要坚持科学性这一基本原则。同时，高效性原则，即要求所设计应用数字多用表专项校准系统，在开展校准工作时候应当确保高效且精准，将总体成本降低，达到提升总体效益的目的。3.2 数字多用表专项校准系统结构 此次所发设计的数字多用表专项校准系统，其内含信息采集和分析、校准执行这几个重要的功能模块，详细如下：3.2.1 在信息采集方面 针对信息采集功能模块，它主要负责采集数字多用表各项信息，便于为后期信息分析功能模块开展相应操作提供重要的数据基础。信息采集功能模块所需采集获取的信息以两个方面为主，一方面是能够预判数字多用表实际技术状态方面信息(即A类信息),涉及数字多用表所处的工作环境、启用日期、校准执行功能模块反馈各项校准数据、修理情况等方面的子信息；另外一方面则属于附加信息(即B类信息),涉及数字多用表具体型号及其编号，还有委托方基础信息等方面的子信息。那么，针对工作环境方面信息，即数字多用表具体使用过程，它所处的工作环境属于数字多用表总体技术状态一方面重要的影响因素，以相对较高的频率或是较长时间实施高电压及高电流的测量操作，处在高温高盐这些环境下实施测量操作，都会极大地影响着数字多用表总体技术状态，无法保证各项的技术指标；针对启用日期方面信息，即反映着数字多用表总体的使用年限，使用该数字多用表整个过程当中，其内部各个器件往往极易有老化问题产生，势必会影响到数字多用表总体的技术状态；针对校准执行功能模块反馈各项校准数据方面，采集历次实施校准处理数据中国科技期刊数据库 工业 A 167 能够集中反映出数字多用表总体技术状态产生的实际变化趋势7；针对修理情况信息方面，即使用该数字多用表整个过程当中，元器件往往极易有损坏情况出现，这就需要对其实施更换修理处理，如此该部分信息数据便会形成；针对于数字多用表具体型号及其编号方面信息，即构成该数字多用表的唯一标识；针对委托方相关信息方面，即联系委托方时使用，包含着委托方具体的名称与其联系方式等。3.2.2 在信息分析方面 针对信息分析功能模块，它主要负责对于信息采集功能模块采集获取到所有 A 类信息实施量化分析，将数字多用表总体技术状态科学预判方面工作完成，以此为基础，为校准方式的合理选用提供重要依据或参考。对于设备开展技术状态科学预判工作往往有着较多方法，因考虑此次对于数字多用表开展技术状态的科学预判工作，对于校准方式的优选工作而言较为重要，所以，应当选定简单易行的一种加权均数法，针对于信息采集功能模块所采集获取到所有 A 类信息积极落实量化分析相关工作，下列为具体实施流程：先结合A类信息当中所涉及如数字多用表所处的工作环境、启用日期、校准执行功能模块反馈各项校准数据、修理情况等方面的子信息，针对数字多用表总体技术状态实际影响程度方面，分别赋予该部分信息的权重 wi,即工作环境、启用日期、校准执行功能模块反馈各项校准数据、修理情况这四部分信息各自的权重分别为 25%、10%、50%、15%；而后，结合待校准处理数字多用表的具体情况，针对于所有子信息实施等级判定，且赋予分值为 xi。那么，针对等级和分值范围，即差（039）、良（6084）、优（85100）；最后，依托加权均数法之下的列式（见式 1），获取数字多用表总体技术状态相应的预判分值 即可。式（1）3.2.3 在校准执行方面 结合信息分析功能模块当中获取数字多用表总体技术状态相应的预判分值，便可选定最适宜校准方式来开展数字多用表总体校准处理。手持数字多用表由于无通信接口，通常需依托手动切换手段实施功能及其量程的测量操作。现阶段，则主要依托计算机所具备的辅助测试、数字识别、图像处理等各项先进技术手段，开展半自动化的校准操作；针对台式数字的多用表，通常有相应的通信接口，借助虚拟仪器、GPIB 总线等各项技术手段，能够开展全自动化的校准操作。此次开发设计数字多用表专项校准系统当中，设有校准执行功能模块，该模块融合了现有各项先进技术手段及其研究成果，有关于手持数字多用表的半自动化校准、台式数字的多用表全自动化校准等基本条件，但总体设计当中预留实施人工干预的一个接口，保证数字多用表总体技术状态如果相对较差情况下，还能够支持实施半自动化的校准及手动校准操作8。数字多用表总体技术状态的预判分值及其校准方式具体选择关系，详见表 1。下列为该数字多用表专项校准系统当中校准执行功能模块详细实施流程：对于拟校准的数字多用表整个外观及其操作正常性等实施全面细致的检查；而后，依照着台式及手持这两种不同数字多用表，对于对拟校准处理数字多用表开展类别划分相关工作；最后，结合技术状态的相应预判分值，合理选定校准方式，并针对于数字多用表开展校准处理操作。表 1 数字多用表总体技术状态的预判分值及其校准方式的选择关系 技术状态的科学预判分值 059 85100 6084 台式数字的多用表 半自动化校准 全自动化校准 手持数字式的多用表 手动化校准 半自动化校准 4 结语 综上所述，针对于数字多用表而言，标准源校准法、标准表校准法均属于常用的校准方法。数字多用表总体校准实践操作期间，广大校准技术员们除了要充分把握数字多用表主要的校准原理、标准源校准法和标准表校准法外，还应当考虑把握一般校准步骤及其注意事项。现阶段伴随数字多用表相关校准技术的持续进步发展，为能够达到校准处理更高的效率及精度，就需注重数字多用表专项校准系统相关开发设计及应用工作，此次针对数字多用表的校准方法开展研究过程当中，还介绍了一种数字多用表专项校准系统，阐述了开发设计该校准系统期间，应当严格遵守科学性及高效性基本设计原则，以此为基础，设定信息采集和分析、校准执行各个功能模块。该数字多用表专项校准系统，能够为更为高效及高精准度地开展数字多用表各项校准处理操作提供重要的系统支持，值得持续推广及应niniiixx11中国科技期刊数据库 工业 A 168 用于实践之中。参考文献 1杨帆.手持式数字万用表自动校准系统的设计策略J.电子产品可靠性与环境试验,2022,40(1):99-102.2靳斌,谢荣斌,李诗勇,等.数字多用表校准测试线自动切换系统及方法:CN202111385936.7P.2023.3喻国丽.数字多用表校准能力测量审核结果分析J.中国标准化,2022(21):225-227.4何慧,李宗昆,杨水旺.数字式万用表自动化校准装置:CN201910766524.4P.2023.5马青亮,任明珠,李海龙.基于图像识别的数字多用表自动校准系统开发J.计量与测试技术,2021,48(6):35-40.6陈光辉.数字多用表校准结果不确定度评定J.科学技术创新,2022(6):1-5.7王立康,高帅.数字多用表直流电压测量不确定度评定J.中国计量,2023(4):83-94.8杨子锷,程昊,陈龙.一种数字多用表标准装置建标方案及不确定度评定J.科学与信息化,2022(19):124-126.基金项目：张家口市重点研发计划项目高端制造业专项:数字多用表标准装置自动读数系统设计（2221023B）。