直流電阻儀器檢定方法及自動化檢定

摘#8195;要 直流電阻儀器，包括直流電阻箱、直流電橋和高阻箱，它們是科研生產(chǎn)和測量中不可缺少的工具，在電學(xué)的計量檢定中占有很大比重。本文介紹了直流電阻儀器自動檢測系統(tǒng)的組成、測量原理和檢定方法以及系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和特點，并進(jìn)行了測量不確定度評定。

關(guān)鍵詞 直流電阻儀器；自動檢測系統(tǒng)；特點

中圖分類號 TM 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)031-0101-01

直流電阻儀器，包括直流電阻箱、直流電橋和高阻箱，它們是科研生產(chǎn)和測量中不可缺少的工具，在電學(xué)的計量檢定中占有很大比重，但長期以來，檢定工作仍然以傳統(tǒng)的電橋、光電式指零儀等為主要測量工具，采取手工測量，操作繁瑣，速度慢，讀數(shù)不直觀，因為檢定工作量大，檢定人員常處于疲勞狀態(tài)，不僅影響了測量的準(zhǔn)確性和檢定速度，而且加之?dāng)?shù)據(jù)記錄、誤差計算、打印證書等，工作量巨大，效率很低，使從事此項工作的檢定人員深感苦惱。現(xiàn)在，計量都在向數(shù)字化與自動化方向發(fā)展，電學(xué)計量實驗室基本都有數(shù)字多用表，這就給直流電阻儀器檢定的數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。近幾年，筆者在嘗試用數(shù)字多用表檢定直流電阻儀器取得成功的基礎(chǔ)上，今年又研制成功直流電阻儀器自動檢測系統(tǒng)，使直流電阻儀器的檢定、記錄數(shù)據(jù)、保存原始記錄、打印檢定證書等工作可由數(shù)字多用表、計算機等組成的自動檢測系統(tǒng)完成，大大提高了工作效率和測量的準(zhǔn)確性。為了使更多的同行能早日擺脫對直流電阻儀器檢定的煩惱，在此對本自動檢測系統(tǒng)作一個介紹，供同行借鑒。

1 直流電阻儀器用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行檢定

直流電阻儀器實際上是由電阻元件構(gòu)成某一測量盤，再由多個測量盤組成多類測量儀器。檢定就是對多個測量盤的示值進(jìn)行檢定。對每一示值的檢定，是通過調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量盤，使平衡指示儀指零，讀取一個數(shù)據(jù)完成一個示值的測定。直流電阻儀器由多個測量盤組成，就需檢定多個示值，檢定之后根據(jù)規(guī)程對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行化整，判定合格與否，最后進(jìn)行證書打印?？梢娭绷麟娮鑳x器測量是一種重復(fù)性勞動。用傳統(tǒng)的檢定方法不僅工作量大，而且效率低，對傳統(tǒng)的檢定方法進(jìn)行改進(jìn)就顯得非常必要了 。

2 直流電阻儀器自動化檢定的必要性與可行性

直流電阻儀器是傳統(tǒng)的測量儀器，對其檢定速度慢，數(shù)據(jù)化整工作量大、效率低。計量都在向數(shù)字化與自動化方向發(fā)展，電學(xué)計量實驗室基本都有數(shù)字多用表，這就給直流電阻儀器檢定的數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。隨著計算機的普遍應(yīng)用和接口技術(shù)的發(fā)展計算機和數(shù)字多用表之間的相互通訊越來越好，計算機采樣數(shù)字多用表變得簡單，而計算機的高速計算能力使數(shù)據(jù)化整容易解決，這都為解決直流儀器自動化檢定提供了可能。從減輕檢定人員的重復(fù)勞動，提高工作效率來看，這又是可行的。直流電阻儀器自動檢測系統(tǒng)，使直流電阻儀器的檢定、記錄數(shù)據(jù)、保存原始記錄、打印檢定證書等工作可由數(shù)字多用表、計算機等組成的自動檢測系統(tǒng)完成，大大提高了工作效率和測量的準(zhǔn)確性。

3 測量原理和檢定方法

根據(jù)JJG166—1993《直流電阻器》和JJG125-2004《直流電橋》計量檢定規(guī)程中對檢定裝置不確定度的要求及3458A型數(shù)字多用表的技術(shù)指標(biāo)，此套裝置可以滿足0.5～0.005級準(zhǔn)確度等級的直流電阻儀器檢定的要求，但必須根據(jù)阻值的大小采用不同的測量方法，下面分別加以介紹，檢定條件：溫度 20℃±5℃，濕度40％～75％。

1）直接測量法。適用于直流電阻儀器的中、低阻值的檢定，其中直流電阻箱、高阻箱可采用整體檢定，直流電橋則采用用整體檢定測量盤、按元件檢定量程變換器的半整體檢定方法：用3#8198;458 A的電阻量程直接測量直流電阻儀器10 MΩ以下的阻值Rx，則Rx=Ax。式中：Ax—3458A的讀數(shù)。采用四線測量是為減小引線電阻對小電阻測量的影響，測試線最好使用兩頭是銅接線片粗導(dǎo)線，這樣可保證接觸電阻小，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

2）分壓測量法。適用于高阻值的檢定，對阻值≥10 MΩ的高阻箱來說，數(shù)字多用表的電阻量程的穩(wěn)定性和重復(fù)性已經(jīng)無法滿足其準(zhǔn)確度等級的要求，因此我們采用了串聯(lián)分壓的方法來實現(xiàn)對高阻值的自動測量，整套裝置包括3#8198;458 A型數(shù)字多用表、4#8198;000 A型標(biāo)準(zhǔn)電壓源、ZX54型直流電阻箱及計算機系統(tǒng)。

設(shè)置U=1#8198;000 V、Rn/Rx=1：1000，ZX54=10 kΩ/100 kΩ，這樣做的優(yōu)點是可以使用數(shù)字多用表準(zhǔn)確度較高的1V量程，則檢定的阻值范圍為107 Ω～10 Ω。這個范圍可以延伸到107 Ω～1013 Ω，只要簡單地改變高阻標(biāo)準(zhǔn)電阻箱的阻值即可。注意：高阻檢定時要使用帶屏蔽線的專用測試線。一般來說，高阻箱的阻值范圍是從103 Ω～1012 Ω，準(zhǔn)確度等級為0.5～5.0，我們結(jié)合了以上兩種檢定方法實現(xiàn)了自動檢測的目的。

4 自動檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的特點

1）系統(tǒng)裝置簡潔、實用：所用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備都為實驗室常用儀器，易于實現(xiàn)，尤其值得一提的此系統(tǒng)沒有使用國內(nèi)其他類似檢定系統(tǒng)所采用的恒流源加數(shù)字電壓表的組合方式，而是直接使用數(shù)字多用表的電阻功能，既簡化了測量也節(jié)省了開支。

2）自動化程度較高，大大提高了工作效率：據(jù)有關(guān)資料介紹同類軟件測量取樣與確認(rèn)大多靠操作計算機鍵盤或鼠標(biāo)的方法實現(xiàn)，而我們這套系統(tǒng)需要人工干預(yù)的時候少，檢測中由程序控制聽計算機響鈴提示而操作撥盤，自動化程度較高，檢測速度快。如檢定ZX54、QJ36、ZX117三種儀器及打印證書等工作，過去用手工方法做需用兩個工作日，現(xiàn)在只用2 h，工作效率提高了8倍，把從事本專業(yè)的技術(shù)人員從繁重的檢定工作中解放出來。

3）軟件運行直觀，操作簡單，人機界面良好：軟件系統(tǒng)生成的可執(zhí)行文件在Windows窗體界面上有獨特的“火箭”圖標(biāo)，用鼠標(biāo)點擊就可進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)的界面美觀、實用，所見即所得。由于電阻儀器檢定的測量方法和接線比較復(fù)雜，我們的設(shè)計充分考慮了實用性，在接線、換量程和測量的關(guān)鍵地方都有詳細(xì)的提示和清晰的插圖，具有很好的人機對話功能，便于本參數(shù)的新手操作使用。

4）系統(tǒng)功能完善，可靠性高：檢定、記錄、打印一氣呵成，充分考慮了檢定人員的工作需要及以后的發(fā)展。為了證明系統(tǒng)的可靠性，將自動檢測的數(shù)據(jù)與手動和傳統(tǒng)檢定的測量結(jié)果進(jìn)行了比較，其差值≤1×10-5，滿足測量不確定度的要求，準(zhǔn)確可靠。

5）本系統(tǒng)采用大眾化的VB編程，具有通用性：VB6.0軟件開發(fā)平臺不僅群眾基礎(chǔ)好、通俗易懂，而且功能強大的，其模塊化編程可使功能擴充和程序修改變得比較容易，便于今后的維護(hù)和升級。

5 結(jié)束語

該自動檢測系統(tǒng)的研制成功使直流電阻儀器的檢定擺脫了用傳統(tǒng)電橋檢定的方法，并保證了測量不確定度符合規(guī)程的要求。系統(tǒng)采用的整體或半整體檢定方法與實際工作情況相符合，尤其是高阻箱的檢定方法具有新意。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)的檢測、數(shù)據(jù)記錄和打印證書的全程自動化大大提高工作效率、消除人為誤差、減輕重復(fù)性勞動找到了有效的解決方法，達(dá)到預(yù)期的目的。

參考文獻(xiàn)

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[2]JJG125-2004直流電橋[S].

[3]田鳳琴，吳裔騫，宋楠，張磊.高準(zhǔn)確度直流電阻儀器整體檢定方法探討及不確定度評定[J].中國計量，2009，12.