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1、软课题软课题计算机自动检定的电测设备测量计算机自动检定的电测设备测量不确定度的自动评定研究不确定度的自动评定研究技技 术术 报报 告告云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院二二 0 0 八年一月八年一月目录目录一、一、 前言前言二、二、 立项背景立项背景三、三、 课题的目的、必要性及现实意义课题的目的、必要性及现实意义四、四、 相关技术国内外现状、发展趋势相关技术国内外现状、发展趋势五、五、 技术方案、指标及主要研究内容技术方案、指标及主要研究内容六、六、 自动检定装置不确定度系统结构自动检定装置不确定度系统结构1.系统概述1.1 前言1.2
2、系统概述1.3 系统目标2.系统方案设计2.1 总体技术方案2.2 系统开发平台2.3 软件界面介绍3.系统接口设计七、七、 技术突破及技术创新点技术突破及技术创新点八、八、 课题取得的成果及前景课题取得的成果及前景九、结束语九、结束语一、前言一、前言测量结果的准确可靠，是计量的核心内容，为了更科学地评价测量结果，按照实验室认可的要求，在校准证书中要给出测量结果的不确定度评定，目前采用人工测量、计算来合成测量结果不确定度的方法，这种方法效率低，容易产生人为的误差，因此，在对数字多用表实现了自动化检定的基础上，实现对不同测量点进行测量不确定度的自动评定具有非常现实的意义。由于始终存在于测量过程中
3、的随机误差影响和不可能完全消除或修正的系统误差影响，任何实际的测量都不可能获得被测量的真值，即测量结果总是不能准确确定的。测量不确定度的评定就是要决定测量结果的不确定程度及其相应的置信概率，即给出一定置信概率的测量不确定度。二、立项背景二、立项背景计量是工程质量保证的重要手段。因此，在计量检定和计量管理过程中引入计算机实现自动化具有重要意义。现代电子技术、计算机技术、网络通信技术的快速发展，推动了测量仪器的不断进步。测量仪器的快速发展对仪器的检定/校准提出了更高的要求。一方面，需要检定/校准的仪器量在逐年提高，检定/校准工作量在不断加大，现有标准仪器、人员和场地已难以应付;另一方面，对于各种综
4、合性能测试分析仪器的操作复杂和虚拟仪器的广泛使用，采用传统的人工检定/校准操作已显得力不从心，检定/校准效率低已成为检定/校准工作的突出问题。在设备、人员资源有限以及使用成本不断提高的今天，发展自动化检定/校准将成为提高检定/校准效率和质量的发展方向。在自动检定/校准趋于完善的同时，数据处理的重要性也逐渐彰显出来。在传统的自动检定中，人工处理数据不但降低了工作效率也很容易出错，导致测量结果的失真，甚至不可用。计算机实现数据结果的智能化处理，达到我们预期的要求，已成为人们关注的焦点。为保证测量结果的准确可靠，需对测量结果进行不确定度评定，利用现有的自动化检定/校准技术及计算机处理数据的优势，使得
5、自动化检定/校准中测量结果不确定度自动评定成为可能。三、课题的目的、必要性及现实意义三、课题的目的、必要性及现实意义通过本项目的研究，实现对电测量仪表检定装置和多功能数表的自动化检定，提高检定水平，提高工作效率。保证量值传递的准确可靠。使我院对电测量仪表检定装置和多功能数表的检定校验达到国内先进水平。与此同时，在传统自动化检定/校准的基础上进一步完善数据处理软件中存在的不足，并提出合理的结果数据格式，实现测量不确定度评定的自动评定。通过计算机实现的自动检定/校准及相应的数据处理，不但提高了工作效率，也该进了测量的方法。手动检测中人为出错的概率大，带来测量上的不准确，进而会影响各供电局和电厂运行
6、仪表测量和保护的准确性，影响电网的安全经济运行。通过对数字多用表自动检定装置数据管理系统的开发、研究及编辑软件实现，克服传统的手工操作检测过程中，速度慢，数据处理的繁杂、费时、效率低和容易出错等弊端，提高工作效率，提高检定水平，规范操作程序，统一数据报表、证书格式。可以减少并消除量值传递的不准确，减少并消除由人为因素带来的测量误差及繁杂的测量过程，快速准确的实现对数表的自动检定，从而保证供电局和电厂运行仪表测量和保护的准确，保证电网的安全经济运行。四、相关技术国内外现状、发展趋势四、相关技术国内外现状、发展趋势目前国内中试院所还没有听说有对数字多用表自动检定测量结果不确定度自动评定的成功经验，
7、所以研究开发该项目是一全新的课题和技术，具有一定的先进性和前瞻性，具有现实和长远的实际意义。虽然当前数字化测量仪器、计算机技术、自动控制技术、测量总线技术及网络技术已得到空前的发展，然而，由于计量标准和被检仪器的多样性，存在各不相同的差异性，使得作为特殊检测形式的计量检定/校准在自动化应用方面没有得到同步的发展。虽然检定/校准使用的数字化标准仪器大部分都配有控制接口(如RS- 232,GPIB等)，但目前在实际检定/校准过程中被利用到的较少，大部分仍采用人工操作和手写记录，仪器的数字化和自动化功能被束之高阁，自动化检定系统的开发及其测量结果的自动评定将会彻底改变传统人工操作和手写记录的局面。五
8、、技术方案、指标及主要研究内容五、技术方案、指标及主要研究内容电测量仪表检定装置和多功能数表的生产厂家较多，各种装置和数表的通信接口和通信协议不一致，所以需要研究计算机与各种装置和数表的通信，通过对程序软件的开发编辑，利用计算机多功能数据接口对校验系统进行控制和数据采集处理，实现对不同生产厂家的电测量仪表检定装置输出电量参数的全自动控制，校验系统实现对各种电测量仪表检定装置和数表的全自动检定，并实现对测量结果的不确定度的自动评定，实现检定记录、数据处理、出具检定证书的全自动化。降低工作强度、提高工作效率、消除工作人员的错误带来的人为误差。实验室进行数字多用表不确定度自动评定中，我们考虑的不确定
9、度来源有三个：1.多功能校准器的最大允许误差； 2. 被测表的示值重复性； 3. 被测表的分辨力。 通过编程来实现逐一不确定度分量的评定，然后得到合成标准不确定度，合成标准不确定度再乘上置信因子便得到扩展不确定度，具体实现为：系统具备信号发生与采集、信号处理、过压和电流开路保护等功能。用计算机通过数据接口发出激励信号，控制 4708 标准源输出各种电量参数，同时采集数字多用表的读数值，计算机对数据进行自动采集、记录,自动生成表格,自动计算误差，自动对不确定度进行评定,实现记录和证书的自动打印，从而实现自动校验。考虑到被测表分辨力一项由软件实现可行性较小，所以在分辨力一项改由人工操作，得出的数据
10、填入分辨力一项后有软件进行自动合成。六、六、自动检定装置不确定度系统结构自动检定装置不确定度系统结构1. 系统概述1.1 前言随着计算机、自动化、电子技术等高新技术的不断发展，越来越多的电测量仪表测量装置和高精度数字多用表在电力部门投入使用，它们的准确可靠关系到电力系统安全经济发、供电，对提高电能质量、降低损耗具有极其重要的意义；同时电测量仪表测量装置和数字式多用表也是电力生产、试验和科研必不可缺少的工具，因此必须对其进行周期的检定校准，在基本误差合格的前提下，还需对测量结果进行不确定度的评定，以保证其测试的准确可靠。随着云南电网公司各供电局和发电厂电测量仪表（交直流电流、电压、功率）测量装置
11、、校验仪等检定和校验装置的广泛应用以及供电局和发电厂计量标准的建立,对相关标准装置的准确度等级、校验过程程控化能力、数据处理无纸化水平等性能指标，提出了更高的要求。随着材料、芯片及计算机技术的发展，自动化水平的提高和国民经济的快速增长，各种智能化芯片在仪表上的应用也越来越广泛，各种测控仪器在操作控制、数据处理、传输上也越来越完善，这使得利用计算机控制各种仪器仪表进行不确定度的自动评定成为可能。1.2 系统概述数字多用表不确定度自动评定系统由计算机、4708 多功能校准源、数字多用表、系统程控软件以及连接各硬件的通信线缆等构成。系统程控软件包括了打开方案模块、设置表源通讯模块、设置检定项目模块、
12、设置电量量程模块、开始检定模块、检定结果模块、历史记录查询模块共计八个主要模块，不确定度的自动评定设计在了“开始检定模块”中，当基本误差检定完毕后，根据客户要求进行不确定度的评定。1.3 系统目标 具有友好的可视化操作界面，对各种管理及控制功能进行简便的操作； 针对被检表的通信接口，软件中可以选择 RS232 通讯模式或者 488 通讯模式； 实现标准源和数字多用表的全自动控制； 实现数据库管理，对各种检测数据进行分析、计算和处理，并自动存档、自动生成和填写各种检定表格； 具有备份和查询功能，对保存的数据、表格进行备份，可通过送检单位、设备编号、证书编号等进行查询； 数据采集、数据处理和数据修
13、约快速正确；2. 系统方案设计2.1 总体技术方案按照国家实验室认可的要求以及考虑到测量结果的可靠性，对测量结果进行不确定度的评定是个必然趋势，在数字多用表自动化检定系统开发出来的基础上增加不确定度的自动评定部分，以自动化的方式取代传统的手动不确定度评定，大大降低了工作强度，提高了工作效率。整个系统操作方便、简洁，能对评定结果进行存档并导出为需要的证书格式，实现不确定度自动评定工作的规范化和可控性，使工作效率与计量管理水平显著提高。2.1.1 系统结构数字多用表测量结果不确定度自动评定系统构成框图如图 1 所示：图 1 系统框图2.1.2 系统硬件方案1. 系统功能、性能：设备名称型 号测量范
14、围及技术条件不确定度交流电压：（0-1000）V 0.005 级U=4.210-4V直流电压：（0-1000）V 0.001 级U=210-5V交流电流：0-10A 0.005 级U=2.110-4A直流电流：0-10A 0.003 级U=510-5A频率: （010）MHz数字多用表检定装置4708/4600电阻：10100MU=2.310-6k可见，数字多用表检定装置可对等级数 0.005 级及以下的数字多用表进行检定校验。系统通过 488 接口实现软硬件信息交换，所以要求被检数字多用表须具有 488 接口。2. 系统连接：该数字多用表检定装置各部分通过 488 口进行连接，其数据线有 8
15、 根，传输速率最高 1Mbps，传输距离 20 米(加驱动器可达 500 米)。2 2.2 系统开发平台系统采用 Borland 公司的的 Delphi 工具进行开发，最终目的是使软件具有实用性、可靠性、易用性和可维护扩展性。由 Borland 公司推出的 Delphi 是全新的可视化编程环境，它提供了一种方便、快捷的 Windows 应用程序开发工具。它使用了 Microsoft Windows 图形用户界面的许多先进特性和设计思想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言(Object-Oriented Language)、当今世界上最快的编辑器、最为领先的数据库技术。Delphi 是
16、 Borland 公司研制的新一代可视化开发工具，可在Windows3.x、Windows95、WindowsNT 等环境下使用。当前，Delphi 也可以为LINUX 平台上开发应用，其在 LINUX 上的对应产品 Kylix。2.2 软件界面介绍利用 Delphi 开发的数字多用表自动化检定测量结果不确定度自动评定系统，界面简洁美观，易操作性强，见图 2：图 2.不确定度分量测试与概算在标准器允许误差一项上面，我们鼠标右键点击，在弹出项目中选择“设置标准允许误差” ，如图 3，根据数字多用表说明书中的技术指标填入相应档位的 a、b 系数，软件能够根据系数自动计算出标准器的允许误差值。图 3.设置标准允许误差对被检表进行重复性测试时，先选中改项目，点击右下角“开始测试”按钮，4708 标准源便按照软件设定的次数升源，每次测量数据可以显示在右侧显示框内，测试完毕，软件自动计算其实验标准差。被检表分辨力的测试通过手动完成，具体方法：调节多功能标准源，使输出为直流 10V，待被检表示值稳定后记录标准源显示值，记为，调节标准源使得数字多用表小数点后最末
