一种手持式校准控制器设计与实现

王武华

(91388部队，广东 524022)

一种手持式校准控制器设计与实现

王武华

(91388部队，广东 524022)

舰船电工仪表是舰船航行及舰载各动力系统、武器系统、测控系统运行状态的主要判断依据。针对传统的计量校准方法存在的效率低、可靠性难以保证等方面的问题，设计了一种轻便、可靠的手持式校准控制器，控制标准设备输出，同时具备信息录入、数据存储等功能，实现了对舰船电工仪表现场原位快速计量校准，并通过测试数据比对，验证了此方法可行。

舰船 电工仪表 手持 控制器 校准

1 引 言

舰船用电工仪表是舰船航行及舰载各动力系统、武器系统、测控系统运行状态的主要判断依据，这些监测仪表的性能指标好坏直接影响舰船的战斗力和遂行保障能力。目前，舰船电工仪表计量校准方式有两种，分别是舰船进场维修和现场原位计量校准。采用舰船进场维修方式带来电工仪表拆卸操作劳动强度大，拆卸后安装可靠性难以保证的问题。而采用现场原位计量校准方式，由于电工仪表分布点众多、操作空间狭小，使得标准设备移动不便，且在实际操作中，操作设备、观察仪表刻度及数据记录等工作需要两至三名操作人员互相配合，船舱噪音大，导致校准人员沟通不畅的问题，严重影响开展舰船电工仪表现场原位计量校准的工作效率。

2 方案设计

2.1 工作原理

为了克服现有舰船用电压表、电流表、频率表等电工仪表在进行计量校准方面存在的不足，仪表拆卸操作劳动强度大，拆卸后安装可靠性无法保证等难点问题，实现对舰船电工仪表现场原位快速计量校准，本文提出设计一种轻便可靠的手持式控制终端控制标准设备多功能校准源输出，在船舱狭小空间内标准设备相对固定条件下，对舰船分布点众多的电工仪表进行计量校准，且无需拆卸，节约人力资源，确保可靠性，提高了舰船电工仪表计量校准任务保障效率及计量覆盖率。如图1所示，手持式校准控制器通过通信线路与多功能校准源(外部设备)连接，被检表在不拆卸的情况下通过长测试线与多功能校准源测量端口连接，依据JJG 124-2005《电压表、电流表、功率表及电阻表检定规程》，通过手持式控制器粗调、细调等按键调整多功能校准源输出标准电压、电流、频率等信号输入至被检表，当被检表指针与标准刻度对齐时，读取手持式校准控制器上的显示值并保存，依次对被检表所有标准刻度进行计量校准，采用此方法，通过对多功能校准源进行控制，可以实现对舰船用电工仪表的现场原位快速计量校准[1]。

2.2 设计方案

手持式校准控制器关键是实现控制多功能校准源输出值，它是以89C51单片机为主控芯片, 包括接口电路模块，输入控制模块，译码电路模块，显示模块以及存储模块。接口电路模块采用RS232接口及通信电缆，用于单片机与外部设备多功能校准源通信，输入控制模块采用键盘电路及集成的数字、字母和功能按钮键盘，用于接收操作人员指令，并发送给所述译码电路模块，译码电路模块对接收到的操作指令进行译码后发送给单片机，显示模块采用液晶屏，用于显示操作信息和外部设备的测量值。存储模块采用ROM芯片，用于存储设备信息及测量数据[2,3]，如图2所示。

3 手持式校准控制器实现

3.1 主程序流程

依据手持式校准控制器实现的功能要求，需具备信息录入、数据显示、数据存储等功能，在对多功能校准源的工作原理充分了解基础上，设计应用主程序的流程如图3所示。

3.2 串口通信设计

手持式校准控制器与外部设备多功能校准源采用串口通信设计，89C51内部含有一个可编程全双工串行通信接口，具有UART全部功能。该接口电路能同时进行数据的发送和接收，发送电路由“SBUF(发送)”、“零检测器”和“发送控制器”等电路组成，用于串口发送；接收电路由“SBUF(接收)”、“接收移位寄存器”和“接收控制器”等组成，“SBUF(发送)” 、“SBUF(接收)”为8位缓冲寄存器，用于存放发送和接收的字符数据，它们公用一个选口地址SBUF(99H)，CPU执行MOV SBUF，A指令产生“写SBUF”脉冲，以便把累加器A中欲发送字符送入SBUF(发送)寄存器；执行MOV A，SBUF指令可以产生“读SBUF”脉冲，把“SBUF(接收)”中接收到的字符传送到累加器A。

手持式校准控制器的串口通信采用RS-232总线结构，实际上就是一种符合RS-232标准的带有D型连接器的专用电缆，根据系统性能要求选用三线多环回型结构如图4所示。

3.3 键盘显示设计原理

手持式校准控制器利用键盘显示接口芯片8279，INTER公司的8279是一种通用可编程键盘、显示接口芯片，键盘部分提供一种扫描方式，可与64个按键的矩阵键盘连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别按键并给出键值，能对双键或N键同时按下实行保护。其工作流程如图5所示。

4 测量不确定度评定及试验验证

4.1 测量不确定度评定

采用手持式校准控制器对舰船电工仪表进行计量校准，其本身不产生不确定度来源，或者说带来的不确定度可以忽略不计，以测量F96-AC型交流电流表1A点测量结果不确定度评定为例，不确定度来源主要有：

①由标准器的绝对年允许误差极限引入的标准不确定度分量，B类评定

uB1=a/k=4.04×10-4A

②由多功能校准仪读数分辨率引入的标准不确定度分量，B类评定

③由测量结果重复性引入的标准不确定度分量，A类评定

重复测量F96-AC型交流电流表1A点10次，算出实验标准偏差，则其不确定度分量为

④合成不确定度

⑤扩展不确定度

U=kuc=2.4×10-3A (k=2)

4.2 试验验证

采用手持式校准控制器控制HT9020型多功能校准源对F96-AC型交流电流表进行现场原位校准，并与采用常规方法，即将该交流电压表拆卸之后进行计量测试结果进行比较，测试结果如表1所示。

表1 测试结果数据比对 (A)

由表1可以看出，采用手持式校准控制器的测试数据与常规测试方法所测得的数据处于同一水平，能够表明增加手持式校准控制器可以控制标准设备多功能校准源的输出值，采用此方法对舰船电工仪表进行现场原位计量校准，测试数据可靠，有效，满足要求，且被测仪表无需拆卸，提高了保障效率。

5 结束语

在对舰船电工仪表进行计量校准时，增加手持式校准控制器通过长串口线控制标准源输出，可以在标准设备相对固定的情况下，完成对电工仪表的现场原位计量校准，解决仪器仓空间小，分布点众多、船舱噪音大沟通不畅等问题带来的不便性，同时在实际操作中，无需多名人员配合，可以节约人力资源，大大提高舰船电工仪表计量校准保障效率。

[1] JJG 124-2005 电压表、电流表、功率表及电阻表检定规程[M].北京：中国计量出版社，2005.

[2] 黄全胜，李莉.舰船电工仪表现场检定装置[J].计量技术，2008(7)：35～38.

[3] 王长江.压力表检定方法改进及自动化实现[J].中国计量，2010(8)：25～27.

The Design and Implementation of A Hand-heldCalibration Controller

WANG Wu-hua

(91388 Unit of PLA, Guangdong 524022, China)

Warship electrical instruments are the main criterion for sailing ships and the shipboard power system, weapon system of state. In view of some disadvantages of the traditional calibration method for electrical instrument, such as low efficiency, the reliable and other aspects of the problems, a hand-held calibration controller has been designed which is lightweight and reliable, and it can control standard source output with the information input, data storage and other functions, to achieve a rapid calibration of the warship electrical instruments in situ. It is proved that the method is feasible, by comparing the test data.

Warship Electrical instrument Hand-held Controller Calibration

2016-07-16，

2016-11-08

王武华(1983-)，男，工程师，硕士，主要研究方向：计量检定及检测方法研究。

1000-7202(2017) 02-0091-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.19

TB973

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