CN103675741A - 电测量仪表仿真校验方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电测量仪表仿真校验方法及其系统，包括：建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。本发明结合高度的沉浸感和良好的交互性为特征的虚拟现实技术，能够逼真的人工模拟环境，有效地模拟人在自然环境中各种感知系统的行为，在仿真、培训、虚拟实验等应用场合具有良好的应用前景。

Description

电测量仪表仿真校验方法及其系统

技术领域

本发明涉及电测量仪表仿真的技术领域，特别是涉及一种电测量仪表仿真校验方法，以及一种电测量仪表仿真校验系统。

背景技术

多功能校准仪是校验电压表、电流表、万用表等电力行业基础用电测量仪表的常用设备，是量值传递的重要工具。正确使用多功能校准仪是保证量值准确一致的必要条件，若量值不能准确传递，基础电测量仪表使用过程中产生数据错误，导致工作人员对设备状态错误判断，可能使设备故障不能及时处理，发生停电事件和人员伤亡。因此，在电力系统、计量检测行业、大专院校及科研院所、设备制造企业开展多功能校准仪的开发、电测量仪表检定技术人员的培训极为必要。上述工作都离不开多功能校准仪。良好的多功能校准仪是电测量仪表检定、校准、故障诊断研究、试验人员培训的重要工具和手段。

目前，无论是校验仪器开发、运行故障测试，还是技术人员培训，都需要通过真实的物理设备进行工作，这种方法存在无法克服的固有问题，如：现有技术当中，在进行校验技术培训时，都需要配备真实的多功能校准仪，而校准仪不能为每个人配备，不能实现远程网络培训，限制了培训的开展；多功能校准仪灵敏度高、结构复杂，容易因使用者操作不当造成设备损坏；校准仪工作时需要配备被试设备、占用大量场地设施，这种方式投资费用十分昂贵（如，一台多功能校准仪的费用可能在3万元以上），且安全性难以保证；在进行电测量仪表的校验培训时，对现场环境要求极为严格，且由于条件限制一般的培训场地难以模拟现场真实背景。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种能够模拟仿真多功能校准仪校验测量仪表设备的电测量仪表仿真校验方法及其系统。

一种电测量仪表仿真校验方法，包括以下步骤：

建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；

建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；

运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

一种电测量仪表仿真校验系统，包括：

虚拟电测量仪表模块，用于建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；

虚拟多功能校准仪模块，用于建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；

校验模块，用于运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

本发明的电测量仪表仿真校验方法及其系统，通过构建虚拟点测量仪表，如电压表、电流表设备的三位模型，以及建立多功能校准仪设备模型。运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，在所述仿真系统中进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。因此，能够对多功能校准仪校验测量仪表设备的过程进行仿真模拟。

结合以高度的沉浸感和良好的交互性为特征的虚拟现实技术，能够逼真的人工模拟环境，有效地模拟人在自然环境中各种感知系统的行为，极大地提高了虚拟场景的逼真度和操作的真实感，在仿真、培训、虚拟实验等应用场合具有良好的应用前景。本发明将虚拟现实技术与真实的多功能校准仪相结合，实现全数字化的虚拟多功能校准仪的外形，按键、转换开关、测量表计、连接头的位置和功能；能够仿真多功能校准仪的附件设备；能够动态的仿真校准仪的各种功能及测得的实时数据；能够模拟对电测量仪表进行自动检定的全过程；能够根据不同的研究、培训需要，在建立的虚拟校验场景、虚拟多功能校准仪上进行测量表计校验；能够自动进行不确定度分析及计算；校验仪仿真通过计算机软件完成，无需校验场地，避免了安全风险，具有普遍性推广价值。

附图说明

图1是本发明电测量仪表仿真校验方法的流程示意图；

图2是本发明电测量仪表仿真校验系统的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明电测量仪表仿真校验方法的流程示意图。

所述电测量仪表仿真校验方法，包括以下步骤：

S101，建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；

S102，建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；

S103，运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

本发明的电测量仪表仿真校验方法通过构建虚拟电测量仪表，例如电压表、电流表设备的三位模型，以及建立多功能校准仪设备模型。运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，在所述仿真系统中进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。因此，能够对多功能校准仪校验测量仪表设备的过程进行仿真模拟。实现全数字化的虚拟多功能校准仪的三维外形，按键、转换开关、测量表计连接头的位置和功能；能够仿真多功能校准仪的附件设备；能够仿真被测的电测量仪表；能够动态的仿真仪器的各种功能及测得的实时数据；能够动态仿真电测量仪表的半自动校准；能够根据测试数据自动进行不确定度计算。

对于步骤S101，构建虚拟电测量仪表模型。所述虚拟电测量仪表可包括电压表、电流表等常用的电测量仪表。以下用构建虚拟电压表、电流表设备模型来作说明：

构建虚拟电压表设备模型的方法包括：

步骤1，制作电压表（例如指针式电压表，D26-V）基础档位的三维模型；

在本步骤中，按照实际电压表的引线端子、显示屏、指针等部件的比例制作设备的三维模型。

步骤2，定义所述电压表的部件的功能；

在本步骤中，把电压表引线端子、显示屏、指针等三维部件定义为引线端子、显示屏、指针，赋予它们具有连接测试线、移动的功能。

步骤3，形成完整的虚拟电压表设备；

在本步骤中，首先制作电压表的其他档位，然后把所有档位按照一定的间距排列，构成完整的虚拟电压表设备。

构建虚拟电流表设备模型的方法包括：

步骤1，制作电流表（例如指针式电流表，C31/1-uA型）基础档位的三维模型；

在本步骤中，按照实际电流表的引线端子、显示屏、指针等部件的比例制作设备的三维模型。

步骤2，定义所述电流表的部件的功能；

在本步骤中，把电流表引线端子、显示屏、指针等三维部件定义为引线端子、显示屏、指针，赋予它们具有连接测试线、移动的功能。

步骤3，形成完整的虚拟电流表设备；

在本步骤中，首先制作电流表的其他档位，然后把所有档位按照一定的间距排列，构成完整的虚拟电流表设备。

对于步骤S102，首先建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，然后，将所述外壳，所述元件的位置和功能以及所述显示模型参数，结合成完整的多功能校准仪设备模型。

其中，建立虚拟多功能校准仪的外壳的步骤包括：

采用3DMAX按照多功能校准仪的长、宽、高的比例关系建立虚拟多功能校准仪的三维外壳；

按照多功能校准仪的面板的部件及布局，在虚拟多功能校准仪正面贴图，实现虚拟多功能校准仪的面板的静态显示；

按照显示屏在多功能校准仪上的位置以及其长、宽比例，在虚拟多功能校准仪的三维外壳上帖深色底图；

按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪正面建立三维按键；所述三维按键包括：电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件、幅值调节器按键、转换开关、连接头等。

按照连接头的排列顺序在虚拟多功能校准仪背面建立电池盒；

按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪的面板上建立插头部件。

该虚拟多功能校准仪模型还包括接线端、外护套、接地线、幅值调节器等部件，可按照各部件的比例及颜色制作上述各个部分的三维模型。

定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能时，所述元件包括电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件、幅值调节器等。

作为一个实施例，可通过以下方式定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能：

调入3DMAX建立的仪器外壳，以多功能校准仪正面矩形的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内为每个电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件和幅值调节器定义一个矩形作为作用范围用于响应鼠标事件，同时定义按键、显示屏、连接头、电源插件的功能。

通过上述操作，实现仪器上的电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件等部件的作用范围与仪器的关联，并把这些部件按照功能分类，定义不同的功能字，各自实现不同的功能，从而能够正确地实现电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件等部件在三维虚拟环境中的定位和显示。

在一个实施例中，定义显示屏的显示模型参数的步骤包括：

据电测量仪表正常、不正常状态，在电测量仪表基础档位分别用两组典型数据来表示其测试结果并进行显示，并给所述典型数据中的各个分量附加一个随机值。给各个分量附加一个很小随机值，可增加显示的真实性。

电测量仪表正常状态和不正常状态下显示的两组典型数据示例如下表所示。

表1、电测量仪表正常时显示的典型数据：

示值（格）	上升	下降
			40	40.0	40.0
50	50.0	50.0
			60	60.0	60.0
70	70.0	70.0
			80	80.0	80.0
90	90.0	90.0
			100	100.0	100.0
110	110.0	110.0
			120	120.0	120.0
130	130.0	130.0
			140	140.0	140.0
150	150.0	150.0

表2、电测量仪表不正常时显示的典型数据：

示值（格）	上升	下降
			40	40.0	40.0
50	50.0	50.0
			60	60.0	60.0

70	70.0	70.0
			80	80.0	80.0
90	90.0	90.0
			100	101.0	99.0
110	115.0	105.0
			120	130.0	110.0
130	145.0	115.0
			140	160.0	120.0
150

对于步骤S103，运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，在仿真系统中进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

针对多功能校准仪设备模型的特殊性，本发明在计算电测量仪表的不确定度时，考虑重复性测量引起的不确定度分量，标准引起的不确定度分量以及人员不确定度分量，并将其合成为标准不确定度。以下分别以电压表、电流表设备误差测量结果的不确定度计算来说明：

获取电压表设备误差测量结果的不确定度的步骤包括：

a.计算重复性测量引起的不确定度分量u（VX1），标准引起的不确定度分量u（VX2）以及人员不确定度分量u（VN）；

b.根据以下公式，计算标准不确定度：

uc（y）²＝c1u(VX1)²＋c2u(VX2)²+c3u(VN)²

其中，uc（y）为标准不确定度，c1、c2、c3分别是各个不确定度的灵敏度系数，c1=1，c2=-1，c3=1；

获取电流表设备误差测量结果的不确定度的步骤包括：

a.计算重复性测量引起的不确定度分量u（IX1），计算标准引起的不确定度u（IX2）、人员不确定度分量u（IN）；

b.根据以下公式，计算标准不确定度：

uc（y）²＝c1u(IX1)²＋c2u(IX2)²+c3u(IN)²

其中，uc（y）为标准不确定度，c1、c2、c3分别是各个不确定度的灵敏度系数，c1=1，c2=-1，c3=1。

通过所述不确定度的计算，可以较准确地获得设备的测量误差，提高对测量的准确度。

优选地，在获取电流表设备和电压表设备误差测量结果的不确定度的步骤中，计算标准不确定度之后，进一步执行以下步骤：

按照测量误差分布获取包含因子k；

计算扩展不确定度：U=k u_c(y)

计算相对扩展不确定度

并记录入报告。

下面以具体的示例详细说明。

直流电压示值误差测量结果的不确定度评定如下：

步骤1，进行不确定度分量的计算。

首先，计算重复性测量引起的不确定度分量u（VX1）；

在重复性条件下，测试点为100V进行10次独立测量，每次均重新调整零位，得到测量值如下：（单位：V）

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										99.75	99.77	99.65	99.85	99.55	99.75	99.77	99.45	99.52	99.65

其算术平均值为： $\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{xi}=99.671V\≈99.67V$

单次测量标准差按S计算公式： $S=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{xi}-\stackrel{\‾}{x})}^2}\≈0.130V$

则标准不确定度为： $u\left(\mathrm{VX}1\right)=S/\sqrt{10}\≈0.041V$

然后，计算标准引起的不确定度分量u（VX2）、人员不确定度分量u（VN）

标准不确定度分量u(VX2)主要由标准源准确度引起，采用B类方法进行评定。经上级传递合格，说明书给出测量准确度等级为0.1级，其半宽a=0.1%×100V=0.1V，在区间内属均匀分布，包含因子

则标准不确定度：

$u\left(\mathrm{VX}2\right)=a/k=\frac{0.1}{\sqrt{3}}=0.058V$

人员不确定度来源是人眼的分辨率，误差VN是根据实践经验取得的值，因此采用B类方法进行评定。被测交直流电压表的刻度为150格，根据实践经验视觉误差取1小格的1/10，即视觉误差为±0.1×100V/100=±0.1V,其半宽a=0.1V在区间内属均匀分布，包含因子

则标准不确定度：u(VN)=a/k=0.058V

最后，因为实验室的环境条件能满足检定所需的环境条件，所以评定不确定度时此项影响可以不考虑。

由于VX1、VX2、VN彼此独立不相关，可直接进行步骤2。

步骤2，进行合成标准不确定度的评定：

各测量不确定度分量汇总见表：

根据测量公式，各个不确定度的灵敏度系数分别为c1=1，c2=-1，c3=1。

则其合成标准不确定度为：uc（y）²＝u（ΔV）²＝c1u(VX1)²＋c2u(VX2)²+c3u(VN)²。

即， $u_c\left(y\right)=\sqrt{{{{0.041}^2+0.058}^2+0.058}^2}\≈0.092V$

步骤3，估计被测量分布：

按正态分布计算。取包含因子k=2。

步骤4，计算扩展不确定度：

由此得扩展不确定度：U=k u_c(y)=2×0.092V=0.184V≈0.18V

相对扩展不确定度 $\mathrm{Urel}=\frac{U}{100}\×100\%=\frac{0.18}{100}\×100\%=0.18\%$

步骤5，得出最终结果，并记录入报告。测量100V时其测量结果为：

V=99.67V，U=0.18V；k=2。

直流电流示值误差测量结果的不确定度评定如下：

步骤1，进行不确定度分量的计算：

首先，计算重复性测量引起的不确定度分量u（IX1）

在重复性条件下，测试点为100mA进行10次独立测量，每次均重新调整零位，得到测量值如下：（单位：mA）

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
										100.25	100.36	100.47	100.55	100.43	100.23	100.63	100.21	100.45	100.33

其算术平均值为： $\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{xi}=100.391\mathrm{mA}\≈100.39\mathrm{mA}$

单次测量标准差按S计算公式： $S=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{xi}-\stackrel{\‾}{x})}^2}\≈0.140\mathrm{mA}$

则标准不确定度为： $u\left(\mathrm{IX}1\right)=S/\sqrt{10}\≈0.044\mathrm{mA}$

然后，计算标准引起的不确定度u（IX2）、人员不确定度分量u（IN）。

误差IX2的标准不确定度u(IX2)主要由标准源误差引起，采用B类方法进行评定。经上级传递合格，说明书给出测量100mA时的误差为±0.1%，其半宽a=0.1%×100mA=0.1mA，在区间内属均匀分布，包含因子

则标准不确定度：

u(IX2)=a/k≈0.058mA

人员不确定度来源是人眼的分辨率，误差IN是根据实践经验取得的值，因此采用B类方法进行评定。被测交直流电压表的刻度为100格，根据实践经验视觉误差取1小格的1/10，即视觉误差为±0.1×100V/100=±0.1mA,其半宽a=0.1mA在区间内属均匀分布，包含因子

则标准不确定度：u(VN)=a/k≈0.058mA

最后，因为实验室的环境条件能满足检定所需的环境条件，所以评定不确定度时此项影响可以不考虑。

由于VX1、VX2、VN彼此独立不相关，可直接进行步骤2。

步骤2，进行合成标准不确定度的评定：

各测量不确定度分量汇总见表：

根据测量公式，各个不确定度的灵敏度系数分别为c1=1，c2=-1，c3=1。

其合成标准不确定度为：uc（y）²＝c1u(IX1)²＋c2u(IX2)²+c3u(IN)²。即， $u_c\left(y\right)=\sqrt{{{{0.044}^2+0.058}^2+0.058}^2}\≈0.093\mathrm{mA}$

步骤3，估计被测量分布：

按正态分布计算。取包含因子k=2。

步骤4，计算扩展不确定度：

由此得扩展不确定度：U=k u_c(y)=2×0.093mA≈0.19mA

相对扩展不确定度: $\mathrm{Urel}=\frac{U}{100}\×100\%=\frac{0.19}{100}\×100\%=0.19\%$

步骤5得出最终结果，并记录入报告。测量100mA时其测量结果为：

I=100.39mA，U=0.19mA；k=2。

本发明的电测量仪表仿真校验方法中，所述多功能校准仪设备模型可以解决很多仪器开发、现场校验及教育培训中现有技术存在的、难以克服的问题。能够为多功能校准仪的开发、计算机优化设计提供技术方法支持。在计算机辅助设计时，通过虚拟方法可以对校验仪进行外形设计、按键、测量表计、连接头、接地端子的位置优化设计，为校准仪器的开发提供应用。为电测量仪表校验的培训仿真提供方法支持。通过在虚拟的多功能校准仪中进行接线，在虚拟的场景中，可以通过虚拟校验仪对电测量仪表校验过程进行过程仿真。有助于实现远程网络虚拟实验室建设，为各类科学研究、技能培训提供方法支持。

通过在电脑上虚拟出来的多功能校准仪，可以不用每个人都配备一个校准仪，可以节省设备及培训成本；通过电脑从虚拟接线上输入相应的操作，就可以逼真地看到校准仪的各个显示部分的状况，可以虚拟产生各种真实的电测量仪表校验的连线操作，可以进行网上不确定度教学等，克服了一般场地难以模拟所有设备测试的缺点；消除了校准仪比较灵敏，容易因为使用者操作不当造成设备损坏的可能性；克服了一般培训基地检测装置需要占用大量场地设施，需要真实电测量仪表，费用昂贵、效率低的缺点；克服了一般的培训场地难以真实模拟现场真实背景，仿真效果非常不理想的缺点；采用本方法特别有助于可以实现远程网络培训，实现分散培训、集中考核需要。

请参阅图2，图2是本发明电测量仪表仿真校验系统的结构示意图。

所述电测量仪表仿真校验系统，包括：

虚拟电测量仪表模块10，用于建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；

虚拟多功能校准仪模块20，用于建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；

校验模块，用于运行仿真系统30，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

在一个实施例中，所述虚拟多功能校准仪模块包括：

采用3DMAX按照多功能校准仪的长、宽、高的比例关系建立虚拟多功能校准仪的三维外壳的模块；

按照多功能校准仪的面板的部件及布局，在虚拟多功能校准仪正面贴图，实现虚拟多功能校准仪的面板的静态显示的模块；

按照显示屏在多功能校准仪上的位置以及其长、宽比例，在虚拟多功能校准仪的三维外壳上帖深色底图的模块；

按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪正面建立三维按键的模块；

按照连接头的排列顺序在虚拟多功能校准仪背面建立电池盒的模块；

以及，按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪的面板上建立插头部件的模块。

在一个实施例中，所述虚拟多功能校准仪模块还包括部件功能定义模块，所述部件功能定义模块用于调入3DMAX建立的仪器外壳，以多功能校准仪正面矩形的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内为每个电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件和幅值调节器定义一个矩形作为作用范围用于响应鼠标事件，同时定义按键、显示屏、连接头、电源插件的功能。

在一个实施例中，所述虚拟多功能校准仪模块还包括显示模型参数模块，所述显示模型参数模块用于根据电测量仪表正常、不正常状态，在电测量仪表基础档位分别用两组典型数据来表示其测试结果并进行显示，并给所述典型数据中的各个分量附加一个随机值。

本发明的电测量仪表仿真校验方法及其系统，实现全数字化的虚拟多功能校准仪的三维外形，按键、转换开关、测量表计连接头的位置和功能；能够仿真多功能校准仪的附件设备；能够仿真被测的电测量仪表；能够动态的仿真仪器的各种功能及测得的实时数据；能够动态仿真电测量仪表的半自动校准；能够根据测试数据自动进行不确定度计算。

（1）所述多功能校准仪虚拟方法能够模拟多功能校准仪的三维外形，按键、转换开关、测量表计、连接头的位置和功能；能够仿真多功能校准仪的附件设备；

（2）所述多功能校准仪的测试端子可以与测试线连接，测试线的另外一端可以通过线夹与虚拟电测量仪表的引线端子连接。测试接地端子可以连接接地线，接地线的另外一端可以连接到虚拟接地线上。多功能校准仪的电源端子可以与电源线连接。所述的虚拟仪器电源开关按钮可以操作，各类按键可以操作，能够虚拟仿真仪器的各种功能及测得的动态测试数据。

（3）所述多功能校准仪虚拟方法能够为多功能校准仪的研制、开发、计算机优化设计提供方法支持。

（4）所述多功能校准仪校验虚拟场景是一个恒温恒湿的虚拟场地，其中温度20℃，湿度60％，包括一台虚拟电测量仪表、摆放在适当位置的检测仪器、检测线、接地线、电源等设备，虚拟场地及设备以三维图形方式呈现。

（5）通过虚拟的电测量仪表，然后通过鼠标在虚拟场景中连接虚拟校准仪的电源线、接地线及测试连接线，并将测试线布置到适当位置，操作校准仪的按键，可对电测量仪表进行半自动校验。

（6）通过模拟不确定度的计算，实现不确定度计算教学。

（7）通过所述多功能校准仪虚拟方法仿真培训系统能够实现远程网络虚拟实验室、培训室，实现网络试验、培训。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式中的全部或部分流程以及对应的系统，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施方式的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电测量仪表仿真校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；

建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；

运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

2.如权利要求1所述的电测量仪表仿真校验方法，其特征在于，建立虚拟多功能校准仪的外壳的步骤包括：

采用3DMAX按照多功能校准仪的长、宽、高的比例关系建立虚拟多功能校准仪的三维外壳；

按照多功能校准仪的面板的部件及布局，在虚拟多功能校准仪正面贴图，实现虚拟多功能校准仪的面板的静态显示；

按照显示屏在多功能校准仪上的位置以及其长、宽比例，在虚拟多功能校准仪的三维外壳上帖深色底图；

按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪正面建立三维按键；

按照连接头的排列顺序在虚拟多功能校准仪背面建立电池盒；

按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪的面板上建立插头部件。

3.权利要求2述的电测量仪表仿真校验方法，其特征在于，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能的步骤包括：

调入3DMAX建立的仪器外壳，以多功能校准仪正面矩形的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内为每个电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件和幅值调节器定义一个矩形作为作用范围用于响应鼠标事件，同时定义按键、显示屏、连接头、电源插件的功能。

4.如权利要求3所述的电测量仪表仿真校验方法，其特征在于，定义显示屏的显示模型参数的步骤包括：

据电测量仪表正常、不正常状态，在电测量仪表基础档位分别用两组典型数据来表示其测试结果并进行显示，并给所述典型数据中的各个分量附加一个随机值。

5.如权利要求1至4任意一项所述的电测量仪表仿真校验方法，其特征在于，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度的步骤包括：

获取电压表设备误差测量结果的不确定度：

计算重复性测量引起的不确定度分量u（VX1），标准引起的不确定度分量u（VX2）以及人员不确定度分量u（VN）；

根据以下公式，计算标准不确定度：

uc（y）²＝c1u(VX1)²＋c2u(VX2)²+c3u(VN)²

其中，uc（y）为标准不确定度，c1、c2、c3分别是各个不确定度的灵敏度系数，c1=1，c2=-1，c3=1；

获取电流表设备误差测量结果的不确定度：

计算重复性测量引起的不确定度分量u（IX1），计算标准引起的不确定度u（IX2）、人员不确定度分量u（IN）；

根据以下公式，计算标准不确定度：

uc（y）²＝c1u(IX1)²＋c2u(IX2)²+c3u(IN)²

其中，uc（y）为标准不确定度，c1、c2、c3分别是各个不确定度的灵敏度系数，c1=1，c2=-1，c3=1。

6.如权利要求5所述的电测量仪表仿真校验方法，其特征在于，在获取电流表设备和电压表设备误差测量结果的不确定度的步骤中，计算标准不确定度之后，进一步执行以下步骤：

按照测量误差分布获取包含因子k；

计算扩展不确定度：U=k u_c(y)；

计算相对扩展不确定度

并记录入报告。

7.一种电测量仪表仿真校验系统，其特征在于，包括：

虚拟电测量仪表模块，用于建立电测量仪表的基础档位的三维模型，定义部件的功能，建立电测量仪表的其他档位，将所有档位按照一定的间距排列，构成虚拟电测量仪表模型；

虚拟多功能校准仪模块，用于建立虚拟多功能校准仪的外壳，定义多功能校准仪的各个元件的位置和功能，定义显示屏的显示模型参数，构成多功能校准仪设备模型；

校验模块，用于运行仿真系统，调入所述虚拟电测量仪表模型和多功能校准仪设备模型，进行电测量仪表仿真校验，获取电测量仪表的不确定度。

8.如权利要求7所述的电测量仪表仿真校验系统，其特征在于，所述虚拟多功能校准仪模块包括：

采用3DMAX按照多功能校准仪的长、宽、高的比例关系建立虚拟多功能校准仪的三维外壳的模块；

按照多功能校准仪的面板的部件及布局，在虚拟多功能校准仪正面贴图，实现虚拟多功能校准仪的面板的静态显示的模块；

按照显示屏在多功能校准仪上的位置以及其长、宽比例，在虚拟多功能校准仪的三维外壳上帖深色底图的模块；

按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪正面建立三维按键的模块；

按照连接头的排列顺序在虚拟多功能校准仪背面建立电池盒的模块；

以及，按照按键排列顺序在虚拟多功能校准仪的面板上建立插头部件的模块。

9.如权利要求8所述的电测量仪表仿真校验系统，其特征在于，所述虚拟多功能校准仪模块还包括部件功能定义模块，所述部件功能定义模块用于调入3DMAX建立的仪器外壳，以多功能校准仪正面矩形的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内为每个电源开关、显示屏、输入输出连接头、输出频率选择按钮、量程选择按钮、复位键、满度选择键、步进选择键、电源插件和幅值调节器定义一个矩形作为作用范围用于响应鼠标事件，同时定义按键、显示屏、连接头、电源插件的功能。

10.如权利要求9所述的电测量仪表仿真校验系统，其特征在于，所述虚拟多功能校准仪模块还包括显示模型参数模块，所述显示模型参数模块用于根据电测量仪表正常、不正常状态，在电测量仪表基础档位分别用两组典型数据来表示其测试结果并进行显示，并给所述典型数据中的各个分量附加一个随机值。

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