1 研究的背景及其意义
随着电子技术的不断发展,数字多用表(以下简称数表)的性能日益提高,应用也越来越普及,不论是航空航天等科研前沿,还是平常百姓家,几乎随处可见其影子。数表一般都有五大基本功能:交、直流电压测量功能、交、直流电流测量功能,以及电阻测量功能。有的数表还有其它辅助功能,如频率测量、电容测量、三极管引脚测量等。这些测量功能一般都通过其圆形转盘上的指针来选择,并与量程一一对应。数表对其测量结果必须满足一定的准确性和可靠性,否则可能导致危险事故,甚至危及生命和财产,因此,必须对其进行计量检定。
对数表计量检定后的数据处理,目前基本上都是通过人工计算来完成,这种方法存在较多弊端。首先,效率低。复杂计算一般都借助于计算器来完成,由于对正负数字和运算符号等的人工输入速度限制,导致人工运算效率低下。其次,出错率高。数表检定中某些测量值有正负之分,有频率影响,加上基本量程和非基本量程等诸多因素,一块数表需要测量的数据就达上百之多,对其进行相关处理又导致计算量成倍增加,这些巨大而繁琐的计算,人工处理时很容易出错,从而导致错误结论。最后,制约了数表检定的自动化发展。数表检定的自动化是大势所趋,人工计算法显然不能顺应这一发展趋势,若不能有效解决这一瓶颈就很难实现自动化检定。
2 实现过程
数表检定方法是在完成基本信息录入后,在被检数表和标准检定装置的测量项目和范围的交集内,由标准检定装置输出一个标准值x0 (视为真值)给数表,数表显示值x即为测量值,从而可以求出绝对误差t=|x-x0|;再根据数表的技术资料查找并计算出其准确度等级p(一般用在各个量程内读数的百分比与显示字数的组合来表示);当t≤p时,此数据合格,否则不合格并做出标识。如此循环直到测量结束,若所有数据都合格,则最终给出“所检项目合格”的检定结论,反之注明不合格项,下面是具体实现过程。
2.1 数表检定前的基本信息录入
由于每一块被检数表的用户、生产厂家、型号、编号等基本信息都不同,因此在开始检定前必须对这些信息进行登记和录入。同时也应该有标准检定装置的相关信息,如名称、型号,编号、证书编号、有效日期以及检定的项目、范围、不确定度等。另外还应该有检定机构的名称、地址、联系方式以及检定所依据的文件等信息。录入完这些基本信息后,就可以进行数据测量了,下面重点探讨实现测量数据的自动处理过程。
2.2 测量数据的自动化处理
数据处理的流程如前所述,为此需要求出任何一个测量值的分辨力(字)从而求出被检数表的准确度、测量误差、合格与否的判断。
2.2.1 求任意测量数据的分辨力及准确度
分辨力计算。因为对任何一个数都可以取其整数部分,若取整前后的长度不发生变化,那其一定是整数,否者就是小数,而且因其小数点占一位故取整后的长度至少减短两位。因此借助Excel的相关函数就可以确定出此数的末位一个单位的值,即此数的分辨力或者一个字的大小。
2.2.2 测量误差的计算及其结果判断
若标准值x0与测量值x极性相同,则绝对误差t=|x-x0|;若极性相反,则t=|x+x0|。再将其与上面求出的p相比较,从而给出合格与否的判断。对直流电压和直流电流需要正负极检定,只有两个数据同时满足以上条件时才算合格,因此还需要借助Excel的AND函数对其判断。
2.3 最终检定结果的判定
在Excel中通过选定区域并拉动鼠标可以复制一类公式到相应区间,而且除绝对引用外系统都自动调整各个变量,这为编辑公式带来了很大方便。实际工作中一般都将被检数表同一个量程放在一个区间,以便于参数调用。当所有测量都完成后,需要对各个测量数据合格与否进行统计,从而在醒目处给出最终检定结果,这一功能可以通过查询函数来实现:
最终检定结论=IF(COUNTIF(K53:K225,"*不合格")=0,"所检项目合格","除*外,所检项目合格");
式中,COUNTIF(K53:K225,"*不合格")=0是对K列53行到225行中信息为"*不合格"的统计数目,若其值为0,则全部测量数据合格,给出“所检项目合格”的结论,否则“除*外,所检项目合格”,查找范围应根据实际情况而适当调整。
另外,借助Excel的日期函数,可以自动实现检定日期和有效日期更新,尽量减少人为因素,以提高检定证书的客观公正性:
检定日期=TODAY();数表检定周期为一年,故而
有效日期=DATE(YEAR(TODAY())+1,MONTH(TODAY()),DAY(TODAY())-1)。
3 实验验证
表1是研究过程中生成的某数表检定结果,其中有部份测量数据作为调试用而做了一定修改。从表1中不难看出,本文计算方法和编写程序正确,数据处理的正确率达到了100%。
4 小结
本文依据相关的数表检定规程,在传统数表检定方法的基础上,应用Excel强大的数据处理功能实现了数据的自动化处理,从而提高了检定工作的效率,消除了数据处理中的错误,也为进一步研究和实现数表检定的完全自动化提供了重要参考。