基于LabVIEW的功率計自動校準系統(tǒng)設(shè)計

鄧澤江，蔣海鋒

（工業(yè)與信息化部電子第五研究所華東分所，江蘇　蘇州　215011）

基于LabVIEW的功率計自動校準系統(tǒng)設(shè)計

鄧澤江，蔣海鋒

（工業(yè)與信息化部電子第五研究所華東分所，江蘇蘇州215011）

通過利用USB/GPIB線將Fluke公司的5522A、Yokogawa公司的WT310和PC機箱連接組成的硬件系統(tǒng)，基于LabVIEW編程系統(tǒng),設(shè)計編寫了功率計的自動校準程序，校準結(jié)果輸出為Excel文件。討論了5522A的地址配置、狀態(tài)配置、輸出狀態(tài)監(jiān)控和電流切換方法，以及WT 310的地址配置和量程配置的方案。

功率計；自動校準系統(tǒng)；硬件配置；軟件設(shè)計

0　引言

隨著儀器生產(chǎn)的日漸成熟與標準化，現(xiàn)已經(jīng)可以將校準儀器通過USB/GPIB線直接與PC連接，通過相關(guān)的編程語言來實現(xiàn)計算機編程控制儀器配置輸出和數(shù)據(jù)的采集，并對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理，完成復(fù)雜而規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計；且該操作過程簡單靈活，能夠極大地提高校準效率。LabVIEW則是相關(guān)編程語言中的佼佼者。文中利用USB/GPIB線將5522A和WT310連接到PC并基于LabVIEW軟件平臺，開發(fā)了功率計自動校準系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功地通過了測試，能夠極大地縮短計量時間。隨著測試點和通道等的增多，自動測試的優(yōu)勢會越來越明顯。

1　自動校準系統(tǒng)的硬件配置

本系統(tǒng)的硬件配置如圖1所示[1]，各硬件之間采用串聯(lián)的方式進行連接。

圖1　自動校準系統(tǒng)

本文選用的標準器Fluke 5522A多功能校準儀是校準多種電子測量儀器的精密儀器，能夠輸出交直流電壓、電流、功率、電阻和電容等。其中，輸出的直流電壓的范圍為0～1 020 V，最大允許誤差為1.3×10-5～2.0×10-5；輸出的直流電流的范圍為0～20.5 A，最大允許誤差為1.0×10-4～2.0×10-4。不同的量程所對應(yīng)的值也有所不同，具體的數(shù)值請參考5522A使用手冊。Yokogawa WT310數(shù)字功率計是理想的測量工具，能夠完成交直流電壓、電流和功率的測量[2]。通過添加選件，其還能夠完成電壓諧波分析，測量速度也較上一代有所提高。電壓量程為15～600 V，電流量程為5 mA～20 A，最大允許誤差為±（0.1%of reading+0.2%of range）。但通過比較可以發(fā)現(xiàn)，5522A綜合校準儀的誤差遠小于WT310，符合相關(guān)校準規(guī)程的要求。

2　自動校準系統(tǒng)的軟件設(shè)計

PC、5522A和WT310通過GPIB線連接后，LabVIEW能夠自動地識別儀器設(shè)備，通過VISA直接將SCPI命令發(fā)送至儀器，或從NI官網(wǎng)下載儀器驅(qū)動實現(xiàn)儀器控制。NI提供絕大多數(shù)商用儀器的驅(qū)動程序，能夠使開發(fā)人員不必去閱讀每一個儀器的說明書就能直接進行儀器控制，極大地簡化了開發(fā)過程，節(jié)省了開發(fā)時間[3]。使用Activex控件，LabVIEW能夠直接從Excel中讀寫數(shù)據(jù)，直接從標準Excel模板中讀取測試信息，校準完成后就能直接得到Excel文件，方便后期證書的制作。基于上述原因，系統(tǒng)程序流程如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)流程圖

3　對儀器進行配置

系統(tǒng)中PC與5522A和WT310之間的通信通過VISA函數(shù)來完成。經(jīng)過GPIB連接的儀器能夠自動地被LabVIEW識別[4-5]。NI提供了一系列的集成好的儀器驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)儀器的遠程控制，本文采用標準驅(qū)動進行編程，避開了VISA直接發(fā)送命令，簡化了程序的開發(fā)過程，縮短了開發(fā)時間。

a）5522A、WT310初始化

通過GPIB地址I/O，配置儀器的地址。NI MAX提供了不同地址對應(yīng)的儀器型號，直接查看GPIB地址對應(yīng)的儀器。5522A出廠默認地址為4，WT310出廠地址為1。在LabVIEW中設(shè)置5522A地址形式為GPIB0：：4：：INSTER，WT310地址為GPIB0：：1：：INSTER。使用初始化驅(qū)動，儀器進入遠程控制狀態(tài)。初始化框圖如圖3所示。

圖3　初始化

b）5522A狀態(tài)配置

通過Excel讀取數(shù)據(jù)，對5522A的輸出參數(shù)和輸出狀態(tài)進行設(shè)置，5522A的輸出電壓、電流不能設(shè)置為零，否則程序會報錯，應(yīng)予以注意。完成配置后，將輸出狀態(tài)設(shè)置為Operate，5522A開始輸出。

c）WT310狀態(tài)配置

為了實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)采集，應(yīng)對WT310的電壓、電流量程進行配置，避免自動量程調(diào)整的等待時間，提高測量精度。WT310量程有兩種模式：1）當峰值因素為3時，量程最大為600 V，最小為15 V；2）當峰值因素為6時，量程最大為300 V，最小為7.5 V。用驅(qū)動配置量程時，驅(qū)動輸入值被限制為峰值因素為6時的值，即峰值因素設(shè)為3，儀器要將電壓量程配置為15 V，應(yīng)輸入7.5，依此類推，每一個量程輸入時都應(yīng)該除以2，應(yīng)予以注意。

d）5522A輸出狀態(tài)監(jiān)控

5522A輸出不同的電壓、電流值時，上升時間各不相同。如果直接采用延時等待的方法，則每一組測量都要進行長時間的等待，不同的建準點要設(shè)置不同的等待時間，工作量太大，設(shè)置同樣的等待時間又會造成大量的空閑等待時間，直接降低校準的效率。基于此，對5522A的輸出狀態(tài)進行實時監(jiān)控就顯得尤為重要，但5522A并未提供相關(guān)的功能。因此，本文通過監(jiān)控WT310的測試值，實現(xiàn)對5522A輸出狀態(tài)的監(jiān)控，即當WT310采集到的數(shù)據(jù)接近輸入的標準值時，則認為5522A輸出值穩(wěn)定。為每個點提供特定的等待時間，實現(xiàn)了讀數(shù)的快速、精確。5522A輸出狀態(tài)的監(jiān)控程序如圖4所示。

圖4　輸出狀態(tài)監(jiān)控

e）大電流切換

5522A在輸出0～2 A電流和2～20 A電流時，有不同的輸出端子。需要先將所有涉及小電流的項目測試完成后，使用順序結(jié)構(gòu)暫停程序來彈出對話框，提示用戶切換電流端子。用戶切換端子后，點擊一下確定按鈕，程序繼續(xù)執(zhí)行。切換程序如圖5所示。

圖5　大電流切換

4　測試結(jié)果與討論

按照要求接線后，程序順利地運行，準確無誤地生成了Excel表格。但是，整個程序調(diào)試運行時，遇到了以下幾個問題。

a）數(shù)據(jù)的位數(shù)需要通過Excel來控制，這是因為，當測量值是一個整數(shù)時，讀取的值為一個整數(shù)，不帶小數(shù)點后的零。因此，需要采用Excel來直接控制每一個單元格的小數(shù)位數(shù)，這樣便能獲得需要的小數(shù)位數(shù)。

b）不同的測量項目之間進行切換時，直接進入下一個測量項目時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集錯誤，因而需要采用一個延時等待，使電壓下降到0后再進行下一個項目的測量。

c）5522A從交流電流轉(zhuǎn)直流電流輸出時，雖然在驅(qū)動上有設(shè)置輸出頻率為零，但是仍然輸出的是交流電流。因此，在切換時，應(yīng)加入一個將5522A輸出配置成直流電壓的動作。

相較于傳統(tǒng)的手動測量，此自動校準系統(tǒng)大幅度地縮短了校準時間，降低了人工成本，提高了測量效率。

5　結(jié)束語

經(jīng)過多次測試發(fā)現(xiàn)，雖然校準過程中遇到了許多的小問題，但都成功地得到了解決。因此，可以判斷本系統(tǒng)完全能夠滿足當前賽寶對功率計校準的要求。此外，使用驅(qū)動程序的優(yōu)點是方便對程序進行升級和維護，而且程序也能輕松地適應(yīng)模塊的改變。

[1]Fluke Corporation.FLUKE 5522A使用手冊 [M/OL]. [2016-02-29].http://www.do.cin.com/P-602105881.html.

[2]Yokogawa Meters&Instruments Corporation.WT310數(shù)字功率計操作手冊 [M/OL].[2016-02-29].http://www. docin.com/P-919001708.html.

[3]馬迎建，曹潔，宋彭.基于LabVIEW的3458A數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 [J].電子測量技術(shù)，2009，32（1）：131-133.

[4]JEFFREY T，KRING J.LabVIEW for everyone[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5]陳樹學(xué)，劉萱.LabVIEW寶典 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

Design of a LabVIEW-based Automatic Calibration System of Power Meter

DENG Ze-jiang，JIANG Hai-feng
（CEPREI-EAST，Suzhou 215011，China）

With the hardware system formed by connecting 5522A produced by Fluke corporation and WT 310 produced by Yokogawa corporation to PC with USB or GPIB cable，a LabVIEW-based automatic calibration system of power meter is designed，and the calibration result is Excel file.Besides，the address configuration，state configuration，output state monitoring and current switching methods of 5522A as well as the address and range configuration methods of WT310 are discussed.

power meter；automatic calibration system；hardware configuration；software design

TM 9333.3;TP 274

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-02-29

鄧澤江 （1992-），男，四川南充人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所助理工程師，主要從事電磁專業(yè)的儀器校準工作。