CN114839577A - 确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统 - Google Patents

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CN114839577A CN202111313526.1A CN202111313526A CN114839577A CN 114839577 A CN114839577 A CN 114839577A CN 202111313526 A CN202111313526 A CN 202111313526A CN 114839577 A CN114839577 A CN 114839577A
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陈习文
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王斯琪
金淼
王旭
卢冰
王欢
齐聪
郭子娟
余雪芹
刘俊
郭鹏
朱赤丹
赵世杰
赵乾丞
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Abstract

本发明公开了一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统及方法，包括：第一校准模块在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控；自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据；期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据；计量质量确定模块在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。通过本发明的方法能够保障标准装置的计量性能的稳定可靠，可解决人员流动受限等制约条件下的电压量值溯源难题，自动化程度高，人力成本低，工作效率高。

Description

确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统
技术领域
本发明涉及电力测量技术领域，并且更具体地，涉及一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统及方法。
背景技术
随着网络技术和总线技术的快速发展，现在由于大部分数字式仪器都提供通讯接口，这使得基于实际硬件和具有网络互连能力的计算机单元所构成的远程校准系统成为可能。国内外学者借助计算机网络传输技术由位于其它地方的有关人员进行实时、异地、远程操作、远程校准在扩展上级实验室的量程、减小下级实验室的测量不确定度、缩短溯源和传递的时间、降低校准成本、实现不同实验室之间实时透明的比对、甚至是国际比对，以及上级实验室对下级实验室的认可等方面均有实际的意义。
目前，国际上已有若干个校准试验室正在开展与远程校准有关的研究，例如美国国家标准与技术研究院(NIST)通过网络时间协议为北美大陆提供授时；NIST以GPS作为传递的频率标准，再与通过网络传递的信号进行对比，通过差分GPS实现了时间频率远程校准。德国联邦物理技术研究院(PTB)利用设计精巧的实物传递标准，实现了偏振中子衍射计(POLDI)的远程校准任务。这些系统都是针对某一特定校准对象设计，专用性强，无法对通用的电力设备进行校准。特别的，目前针对远程校准系统的计量质量，尚缺乏完备的控制方法及装置。
远程校准业务属于网络异地化试验，计量标准器的异地化计量性能保障是校准过程中的关键环节。传统计量标准器通过仪器内部自校准技术进行自身测量性能标定，自校准后的仪器测量性能与仪器自校准模块(自校准所用程序、功能或样品)性能强相关。自校准模块通常稳定性高，但仍然存在失效几率，而现有自校准技术缺乏对自校准模块自身可靠性判断及数据验证，降低了远程校准系统的可信性。
发明内容
本发明提出一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统及方法，以解决如何确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统，所述系统包括：
第一校准模块，用于在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控；
自校验装置，用于当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据；
期间核查装置，用于在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据；
计量质量确定模块，用于在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。
优选地，其中所述自校验装置，包括：
直流电压基准，与直流电压自校准单元相连接，用于输出电压基准信号至直流电压自校准单元；
直流电压自校准单元，与交流电压自校准单元相连接，用于根据所述电压基准信号对所述测量传递标准装置进行直流电压的自校验；
交流电压自校准单元，用于根据所述直流电压和交流电压真有效值测量数据，对所述测量传递标准装置进行交流电压的自校准，获取自校验数据。
优选地，其中所述期间核查装置，包括：均与电压频率变换器的输入端相连接的满量程基准源和10％量程基准源以及与所述电压频率变换器的输出端相连接的频率计；其中，
所述满量程基准源，用于提供所述电压频率变换器满量程测量值对应的基准电压信号；
所述10％量程基准源，用于提供所述电压频率变换器10％量程测量值对应的基准电压信号；
所述频率计，用于测量所述电压频率变换器输出的频率信号，获取核查数据。
其中，在进行期间核查时，所述测量传递标准装置或自校验装置作为被核查对象与所述电压频率变换器的输入端相连接。
优选地，其中所述期间核查装置，还包括：
北斗同步时钟模块，与所述频率计相连接，用于通过接收北斗/GPS导航卫星信号，生成与北斗/GPS导航卫星时钟同步的高准确度时钟信号并提供至所述频率计。
优选地，其中所述系统还包括：
数据传输模块，用于实现所述中心实验室和被校实验室的数据交互。
根据本发明的另一个方面，提供了一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的方法，所述方法包括：
利用第一校准模块在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控；
利用自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据；
利用期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据；
利用计量质量确定模块在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。
优选地，其中所述利用自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据，包括：
利用直流电压自校准单元根据所述电压基准信号对所述测量传递标准装置进行直流电压的自校验；
利用交流电压自校准单元根据所述直流电压和交流电压真有效值测量数据，对所述测量传递标准装置进行交流电压的自校准，获取自校验数据。
优选地，其中所述利用期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据，包括：
利用满量程基准源提供所述电压频率变换器满量程测量值对应的基准电压信号；
利用10％量程基准源提供所述电压频率变换器10％量程测量值对应的基准电压信号；
利用频率计测量所述电压频率变换器输出的频率信号，获取核查数据。
其中，在进行期间核查时，所述测量传递标准装置或自校验装置作为被核查对象与所述电压频率变换器的输入端相连接。
优选地，其中所述方法还包括：
利用北斗同步时钟模块接收北斗/GPS导航卫星信号，生成与北斗/GPS导航卫星时钟同步的高准确度时钟信号并提供至所述频率计。
优选地，其中所述方法还包括：
利用数据传输模块实现所述中心实验室和被校实验室的数据交互。
本发明提供了一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统和方法，包括：第一校准模块在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控；自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据；期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据；计量质量确定模块在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。通过本发明的方法能够保障标准装置的计量性能的稳定可靠，可解决人员流动受限等制约条件下的电压量值溯源难题，自动化程度高，人力成本低，工作效率高。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统100的结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的原理图；
图3为根据本发明实施方式的自校验装置的示意图；
图4为根据本发明实施方式的期间核查装置的示意图；
图5为根据本发明实施方式的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的方法500的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统，能够保障标准装置的计量性能的稳定可靠，可解决人员流动受限等制约条件下的电压量值溯源难题，自动化程度高，人力成本低，工作效率高。本发明实施方式提供的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统100，包括：第一校准模块101、自校验装置102、期间核查装置103和计量质量确定模块104。
优选地，所述第一校准模块101，用于在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控。
优选地，其中所述系统还包括：
数据传输模块，用于实现所述中心实验室和被校实验室的数据交互。
结合图2所示，在本发明的实施方式中，基于中心实验室、被校实验室及网络数据传输三个部分实现计量质量的确定。其中，中心实验室包括数据分析和实验测试两部分；被校实验室包括期间核查装置、测量传递标准装置和自校验装置；网络数据传输用于将被校实验室的测试数据传输至中心实验室，支撑中心实验室与被校实验室的信息交互。需要确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的流程发起后，首先在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，判断测量传递标准装置是否可控。若传递标准装置可控，则将所述测量传递标准装置物流至被校实验室；若测量传递标准装置不可控，则对测量传递标准装置进行再次检定或维修，直至可控。当测量传递标准装置到达被校试验室后，通过自校验模块进行自校验，以评估物流环节对测量传递标准装置计量质量的影响量。然后由期间核查装置对测量传递标准装置进行核查。最后，期间核查装置和测量传递标准装置的测量数据经由网络传输至中心实验室。中心实验室对传回的数据进行分析，并通过试验测试程序进行验证，以实现测量传递标准装置的计量质量的评估。
优选地，所述自校验装置102，用于当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据。
优选地，其中所述自校验装置102，包括：
直流电压基准，与直流电压自校准单元相连接，用于输出电压基准信号至直流电压自校准单元；
直流电压自校准单元，与交流电压自校准单元相连接，用于根据所述电压基准信号对所述测量传递标准装置进行直流电压的自校验；
交流电压自校准单元，用于根据所述直流电压和交流电压真有效值测量数据，对所述测量传递标准装置进行交流电压的自校准，获取自校验数据。
结合图3所示，在本发明的实施方式中，自校验装置包括独立的、小型化的、便于评估测试的电压基准器件。通过自带电池、温控器的直流电压基准，实现直流电压的自校验。通过直流电压和交流真有效值测量技术，实现交流电压自校验。
优选地，所述期间核查装置103，用于在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据。
优选地，其中所述期间核查装置103，包括：均与电压频率变换器的输入端相连接的满量程基准源和10％量程基准源以及与所述电压频率变换器的输出端相连接的频率计；其中，
所述满量程基准源，用于提供所述电压频率变换器满量程测量值对应的基准电压信号；
所述10％量程基准源，用于提供所述电压频率变换器10％量程测量值对应的基准电压信号；
所述频率计，用于测量所述电压频率变换器输出的频率信号，获取核查数据。
其中，在进行期间核查时，所述测量传递标准装置或自校验装置作为被核查对象与所述电压频率变换器的输入端相连接。
优选地，其中所述期间核查装置，还包括：
北斗同步时钟模块，与所述频率计相连接，用于通过接收北斗/GPS导航卫星信号，生成与北斗/GPS导航卫星时钟同步的高准确度时钟信号并提供至所述频率计。
结合图4所示，在本发明中，期间核查装置包括满量程基准源、10％量程基准源、电压频率变换器、频率计、北斗同步时钟模块和被核查设备，以及一种基于电量基准和电压频率变换技术的期间核查方法。期间核查装置可对被核查设备10％-100％量程范围内的任意测量信号进行高准确度核查，以保障远程校准的整体计量质量。其中，被核查设备为期间核查对象，包括测量传递标准装置和自校验装置。
在本发明中，电压频率变换器是一种实现模数转换功能的器件，用于将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。理想情况下，当输入电压为u时，输出频率f＝ku，k为电压频率变换系数。实际情况下，电压频率变换存在测量误差，主要含失调误差、满度误差、线性误差，且随温度变化。频率计对频率的测量结果准确度受频率计参考时钟稳定性及准确度影响。
本发明能够通过满量程基准源减小满度误差，通过10％量程基准源减小失调电压，通过低线性误差电压频率变换芯片和低电介质吸收效应电容减小线性误差，通过北斗同步时钟模块减小频率测量误差。其中，电压频率变换器分别测量满量程基准源、10％量程基准源、被核查设备，获得满量程基准测量值f100，10％量程基准测量值f10，被核查设备测量值fx。由电压频率变换芯片和积分电容保障测量线性度，由北斗/GPS卫星同步授时时钟保障频率测量稳定性。
设被核查设备电压值ux＝kfx+b，满量程基准源电压为u100，10％量程基准电压为u10，则：
u100＝kf100+b，
u10＝kf10+b，
k＝(u100-u10)/(f100-f10)，
b＝u100-f100*(u100-u10)/(f100-f10)，
ux＝(u100-u10)/(f100-f10)*fx+u100-f100*(u100-u10)/(f100-f10)，
从而实现被核查设备10％-100％量程范围内任意测量信号的高准确度测量。
优选地，所述计量质量确定模块104，用于在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。
在本发明中，在中心实验室对传回的数据进行分析，并通过试验测试程序进行验证，以实现计量质量的确定。
本发明的确定用于高压测试仪器电压参量远程校准的标准装置的计量质量系统，通过中心实验室、被校实验室和数据传输网络，实现远程自动化校准试验功能；通过传递标准的校准、自校验、期间核查及数据分析，实现远程校准全流程的计量质量控制；通过北斗同步时钟模块同步授时及高稳定性电压频率转换方法，实现高压测试仪器电压参量远程复现的准确性及可靠性，可解决人员流动受限等制约条件下的电压量值溯源难题，自动化程度高，人力成本低，工作效率高。
图5为根据本发明实施方式的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的方法500的流程图。如图5所示，本发明实施方式提供的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的方法500，从步骤501处开始，在步骤501利用第一校准模块在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控。
在步骤502，利用自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据。
优选地，其中所述利用自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据，包括：
利用直流电压自校准单元根据所述电压基准信号对所述测量传递标准装置进行直流电压的自校验；
利用交流电压自校准单元根据所述直流电压和交流电压真有效值测量数据，对所述测量传递标准装置进行交流电压的自校准，获取自校验数据。
在步骤503，利用期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据。
优选地，其中所述利用期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据，包括：
利用满量程基准源提供所述电压频率变换器满量程测量值对应的基准电压信号；
利用10％量程基准源提供所述电压频率变换器10％量程测量值对应的基准电压信号；
利用频率计测量所述电压频率变换器输出的频率信号，获取核查数据。
其中，在进行期间核查时，所述测量传递标准装置或自校验装置作为被核查对象与所述电压频率变换器的输入端相连接。
优选地，其中所述方法还包括：
利用北斗同步时钟模块接收北斗/GPS导航卫星信号，生成与北斗/GPS导航卫星时钟同步的高准确度时钟信号并提供至所述频率计。
在步骤504，利用计量质量确定模块在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。
优选地，其中所述方法还包括：
利用数据传输模块实现所述中心实验室和被校实验室的数据交互。
本发明的实施例的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的方法500与本发明的另一个实施例的确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一校准模块，用于在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控；
自校验装置，用于当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据；
期间核查装置，用于在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据；
计量质量确定模块，用于在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自校验装置，包括：
直流电压基准，与直流电压自校准单元相连接，用于输出电压基准信号至直流电压自校准单元；
直流电压自校准单元，与交流电压自校准单元相连接，用于根据所述电压基准信号对所述测量传递标准装置进行直流电压的自校验；
交流电压自校准单元，用于根据所述直流电压和交流电压真有效值测量数据，对所述测量传递标准装置进行交流电压的自校准，获取自校验数据。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述期间核查装置，包括：均与电压频率变换器的输入端相连接的满量程基准源和10％量程基准源以及与所述电压频率变换器的输出端相连接的频率计；其中，
所述满量程基准源，用于提供所述电压频率变换器满量程测量值对应的基准电压信号；
所述10％量程基准源，用于提供所述电压频率变换器10％量程测量值对应的基准电压信号；
所述频率计，用于测量所述电压频率变换器输出的频率信号，获取核查数据。
其中，在进行期间核查时，所述测量传递标准装置或自校验装置作为被核查对象与所述电压频率变换器的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述期间核查装置，还包括：
北斗同步时钟模块，与所述频率计相连接，用于通过接收北斗/GPS导航卫星信号，生成与北斗/GPS导航卫星时钟同步的高准确度时钟信号并提供至所述频率计。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
数据传输模块，用于实现所述中心实验室和被校实验室的数据交互。
6.一种确定用于高压测试仪远程校准的标准装置计量质量的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用第一校准模块在中心实验室对基于电压参量的测量传递标准装置进行校准，确定所述测量传递标准装置是否可控；
利用自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据；
利用期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据；
利用计量质量确定模块在中心实验室根据所述自校准数据和核查数据，确定所述测量传递标准装置的计量质量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用自校验装置在当确定所述测量传递标准装置可控时，在被校实验室对所述测量传递标准装置进行自校验，获取自校验数据，包括：
利用直流电压自校准单元根据所述电压基准信号对所述测量传递标准装置进行直流电压的自校验；
利用交流电压自校准单元根据所述直流电压和交流电压真有效值测量数据，对所述测量传递标准装置进行交流电压的自校准，获取自校验数据。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用期间核查装置在被校准实验室对所述测量传递标准装置进行核查，获取核查数据，包括：
利用满量程基准源提供所述电压频率变换器满量程测量值对应的基准电压信号；
利用10％量程基准源提供所述电压频率变换器10％量程测量值对应的基准电压信号；
利用频率计测量所述电压频率变换器输出的频率信号，获取核查数据。
其中，在进行期间核查时，所述测量传递标准装置或自校验装置作为被核查对象与所述电压频率变换器的输入端相连接。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用北斗同步时钟模块接收北斗/GPS导航卫星信号，生成与北斗/GPS导航卫星时钟同步的高准确度时钟信号并提供至所述频率计。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用数据传输模块实现所述中心实验室和被校实验室的数据交互。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117008036A (zh) * 2023-08-08 2023-11-07 河北大学 一种电压传感器远程自校准装置

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