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摘要：针对电子、通信等领域中大量使用的直流电子负载，特别是多通道直流电子负载的计量工作存在准确性和效率偏低的问题，无法满足计量数字化转型升级新形势下的计量需求。通过研究多通道直流电子负载一键式计量技术，研建多通道适配器，搭建适用于一键式计量校准装置，开发图形化自动测试软件，提升计量测试效率及准确性。

关键词：直流电子负载；多通道适配器；一键式计量；图形化

1引言

在电子技术和测试领域中，通常需要高准确度的直流电子负载对大量使用的直流稳压电源、开关电源、线性电源等电子设备的输出特性进行测试。为保证直流电子负载量值的准确性和一致性，需要对直流电子负载进行定期的计量校准。当前直流电子负载主要采用手动计量的方式，连接次数多、安全性低、测试时间长、效率低。结合计量数字化转型新形势的直流电子负载高效计量保证的实际需求，本文重点探讨多通道直流电子负载的一键式校准方法[1]。通过构建安全准确可靠的校准装置对多通道直流电子负载进行定量测试，从而实现多通道直流电子负载高效安全的计量校准。

2 多通道直流电子负载一键式计量技术方案

直流电子负载的校准主要依据 JJF1462-2014《直流电子负载校准规范》[2]，校准项目主要包括恒定电压、直流电压、恒定电流、直流电流等主要参数。本方案重点研制多通道直流电子负载适配器，优化直流电子负载校准装置，并基于自动计量平台编制多通道直流电子负载一键式测试流程，实现多通道直流电子负载的自动校准，达到规定的各项校准能力，使之满足各项指标要求。具体来说，本方案主要围绕以下两个方面的内容展开研究：（1）研究多通道直流电子负载计量方法，优选高精度分流器，研制多通道适配器，提升多通道或同型号直流电子负载的计量校准准确度和效率；（2）结合适配器开展多通道直流电子负载一键式计量程序设计，解决多通道直流电子负载更高效的计量校准问题，提升计量效率。

2.1多通道直流电子负载适配器的研制。

本方案研制具备通信网口可实现远程控制的适配器，最大输入电流达500A，具备5个输出通道且最大单通道输出电流100A的多通道直流电子负载校准适配器，该设备能够利用并联电路分流原理和标准电阻分流器电流测量方法，将多通道适配器与5路直流电子负载直接连接，实现5路负载的同步校准。结合被测电子负载技术指标要求，本方案选择高精度的电阻分流器和数字电压表，其中标准分流器的技术指标为0.05%、数字电压表头的技术指标为0.01%、两项误差合成形成的多通道校准适配器电流测量指标为0.06%。

多通道直流电子负载校准连线如图1所示。

上图中，标准电压表为数字多用表34401A，多通道适配器为方案新研电流测试设备。为满足多通道直流电子负载的校准需求，本方案选取DH17832（电压0-80V、输出电流0-320A、功率9000W）电源，负责给直流电子负载提供电压、电流和功率等。数字电压表与直流电子负载输入端并联监测其电压表显示准确度。内置5路高精度分流器，每个分流器配置数字电压表测试分流器的电压，通过欧姆定律实时计算显示，实现对直流电子负载电流显示值的准确校准。

2.2一键式计量程序设计。

2.2.1 设置图像化编程平台[3]

（1）编辑测量参数。自动化计量平台具有图形化测量流程的编辑功能，通过创建新的测量参数进入测量参数图形化编辑平台，设置电压、电流等输入参数，设计所需的数据表和流程图，利用该功能编制自动测试软件对该过程进行优化。

（2）调试程序。主要包括直接运行调试和单步跟踪调试功能。其中，直接运行调试是在编辑完成流程图后，对流程进行调试。单步跟踪调试则是逐步执行程序，实时获悉窗口显示的所有内存与数据。

（3）记录数据表。系统采用xml格式存储数据表，通过“读写表格”写入数据，读取其中的数据，便于在定标时写入标准测试数据，并将计量测试数据与标准数据相比对。

2.2.2 直流电子负载一键式计量程序

根据直流电子负载不同类型，制定差异化的具体型号测量方案，开展一键式计量测试作业。

具体包括以下内容：

（1）测量参数——恒定电压。采用标准表法测试电子负载恒压模式下加载时设定值与标准电压值的差值，获悉恒定电压测量误差。

（2）测量参数——直流电压。采用标准表法测试电子负载电压表显示值与标准电压值的差值，获悉直流电压测量误差。

（3）测量参数——恒定电流。采用电流电压转换器法测试电子负载恒流模式加载时设定值与标准电流值的差值，获悉恒定电流的测量误差。

（4）测量参数——直流电流。采用电流电压转换器法测试电子负载恒流时电流表显示值与标准电流值的差值，获悉直流电流的测量误差。

每个测量参数对应具体的测量步骤，输入测试点、最大值、最小值、不确定度等基本数据信息，形成循环测试流程。最终按照测量方案顺序运行测量参数流程，选择所测项目直接生成word测记录文档，如下图2所示。

3 多通道直流电子负载校准关键技术

3.1 多通道适配器的研制

考虑到单台或单通道电子负载的独立校准方式效率偏低，亟需改变之前逐项计量电压、电流参数的做法。结合多通道直流电子负载计量的实际要求，研制一套具备通信功能的多通道直流电子负载适配器，能够同时满足5路最大单路电流100A电子负载的同步校准测试（多通道直流电子负载一般标配为4路单路负载）。

3.1.1该技术的应用主要是依据直流电子负载测试方法，采用电压表测量负载的端口电压。研制多通道直流电子负载校准适配器，以其作为电流测试标准，实现对最大5路负载的同步电流测试。多通道负载校准适配器利用并联电路分流原理，运用欧姆定律计算获取回路的电流。适配器实物图如图3所示。

3.1.2电流测量定标与修正

多通道直流电子负载校准适配器能够同时对5路负载电流进行测试，利用高精度分流器和电压表，测量分流器的电压值并通过欧姆定律计算得到电流值。为保证多通道负载校准适配器电流测量的准确度，需要对适配器电流测量准确度进行定标和评定。该技术运用主要把握以下要点：（1）选择稳定性好、精度高的分流器和数字电压表头进行测试；（2）采用低阻值传导线和紧固加工方式，确保适配器整体的电阻值小，减少适配器自身电阻带来的干扰；（3）数字电压表头具有校准功能，传统上使用标准电压源对电压表头进行电压测量的校准，方案中使用标准电流测试设备SB1965-1000A和数字多用表34401A定期对多通道适配器进行校准，以校准电流值作为标准值，写入一键式计量程序中调取使用，保证适配器电流测量的准确度。

3.2 多通道直流电子负载一键式计量开发

本方案基于自动测试平台编写一键式计量测试方案，与普通自动测试相比，电子负载适配器在被测仪器与标准装置之间增加了电缆、分流器等无源器件。一键式计量测试程序中需增加周期性对适配器进行校准的功能模块，目的是对适配器性能进行校准，校准数据作为修正参量以备在被测仪器在对应的计量测试项目中调用，校准完毕后即可对直流电子负载开展计量测试工作，在自动测试流程中，最消耗时间的是仪器程控命令响应时间，其次是切换通路所用的时间，数据的写入、运算都由计算机高速运行，耗费时间可以忽略不计。在多通道直流电子负载适配器稳定可靠即无需校准的情况下，可节省切换通道重复输出所用的时间，大幅提高计量效率。

4.测试验证

4.1为验证多通道直流电子负载一键式计量校准成果，选取一台性能稳定经校准符合指标的多通道直流电子负载IT8700（内含4个IT8722A插件）作为被测件。分别进行手动计量和一键式计量，以恒定电流参数为例，测量数据如下表1

两种计量方式结果基本一致，根据手动计量测量值和一键式计量测量值比对的方法，得到测量结果y和y0，依据重复性小于合成标准不确定度三分之二判定，所有测量值均满足不确定度要求。

4.2对于本台IT8700多通道直流电子负载（内含4个IT8722A插件），邀请多名持证计量员按照校准规范要求对整台仪器进行手动计量和一键式计量，待仪表预热性能稳定后，以开始操作为开始时间计时，手动计量以所有数据记录完毕为结束，一键式计量以生成数据表格为结束，计算平均值。相关结果用时如下表2

经多次比对验证，多通道直流电子负载计量整体效率提高超过100%，并且减少了因人员操作不当引起的相关误差。特别是一键式计量方案，可以直接生成电子版原始记录、出具计量证书，省去了手动计量数据需要再次人工录入电脑系统的过程，大大提高了工作效率，对计量数字化转型升级起到了示范效应，成果显著。

5测量不确定度分析

多通道直流电子负载一键式校准方案采用数字多用表34401A和研制的多通道电流测试校准适配器作为多通道直流电子负载的校准标准，开展直流电压测量不确定度评定、直流电流校准不确定度评定等工作。

5.1直流电压测量不确定度评定

不确定度来源：34401A测量不准u1 ，34401A，测量分辨力u 2，34401A测量不稳u 3。各不确定分量之间不相关，标准不确定度按照方和根法合成：

直流电压测量扩展不确定度Urel=0.01％～0.05％；（k=2）

5.2直流电流不确定度评定

不确定度来源：多通道适配器测量不准u1，多通道适配器测量分辨力u 2，多通道适配器测量不稳u 3。各不确定分量之间不相关，标准不确定度按照方和根法合成：

直流电压测量扩展不确定度Urel=0.06％；（k=2）

6 小结

基于直流电子负载校准规范，研制多通道直流电子负载适配器，使用直流电子负载一键式计量校准平台，实现多通道直流电子负载单次连接的一键式计量。并对测量不确定度进行评定和分析。进一步提升计量测试的自动化水平，有效提高多通道直流电子负载的计量准确度和安全计量效率。

参考文献：

[1]郑彦朴，杨炯，丁常坤.一种多通道直流电子负载的设计[J].现代信息科技，2019，3（16）：51-52.

[2]JJF1462-2014《直流电子负载校准规范》[S].2014.

[3]秦红磊等.自动测试系统硬件及软件技术[M].北京：高等教育出版社，2007，1-3.

[4]李宗扬主编。计量基础知识。原子能出版社，2002.6.

作者简介：李璟（1983.11），男，汉，江苏南京人，本科，工程师，目前在军工单位计量测试中心从事仪器仪表计量校准工作。