耐電壓測試儀自動(dòng)檢測系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

單 瑩/山東省計(jì)量科學(xué)研究院

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對各種家用電器，以及社會(huì)對各種低壓電器設(shè)備、電器器具、絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的抗電性能安全要求的不斷提高，安規(guī)系列儀表的需求和對其各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測要求也越來越高。作為安規(guī)系列儀表重要組成部分的耐電壓測試儀，性能指標(biāo)的優(yōu)劣直接關(guān)系到人們?nèi)粘９ぷ魃畹陌踩?。如何科學(xué)、準(zhǔn)確、高效的檢定耐電壓測試儀已經(jīng)成為近年來安規(guī)計(jì)量研究的熱點(diǎn)，而對耐電壓測試儀的檢定有賴于準(zhǔn)確可靠的儀器和科學(xué)合理的檢測方法。目前，市場上的耐壓測試儀校驗(yàn)裝置多采用的是傳統(tǒng)的測試方法，測試精度不高，無法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制檢定。在研發(fā)新型高精度耐電壓測試儀校驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套自動(dòng)檢測系統(tǒng)，具有記錄、存貯、檢索、打印證書等自動(dòng)檢定功能，提高了檢定的效率和質(zhì)量，使檢定結(jié)果更加可靠。

1 主要技術(shù)指標(biāo)和功能

系統(tǒng)由耐電壓測試儀校驗(yàn)儀AN20015作為主標(biāo)準(zhǔn)器，采用直接測量法檢定。

主要功能包括:基本信息調(diào)用及錄入，檢定點(diǎn)文件的生成及調(diào)用，基本誤差檢定，誤差處理，檢定數(shù)據(jù)的保存、查詢，報(bào)告和證書的生成。

2 系統(tǒng)的組成

2.1 硬件系統(tǒng)

硬件采用帶RS-232接口的耐電壓測試儀校驗(yàn)儀，通過線纜與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)相連。系統(tǒng)以16位微處理器為核心，以14位ADC為主，輔以其他外圍電路，使測量快速、準(zhǔn)確。輸入阻抗高達(dá)100 mΩ，分壓及采樣采用高穩(wěn)定性、高精度（0.5%）、低溫度系數(shù)（25PPM）的電阻，使外界環(huán)境溫濕度對儀器測量的影響減到最小。同時(shí)采用總線隔離、良好接地和屏蔽、軟硬件濾波等多種抗干擾技術(shù)，提高儀器的抗電磁干擾能力，保證了校驗(yàn)儀測量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及長期工作可靠性。

耐電壓測試儀校驗(yàn)儀是用于對耐電壓測試儀，包括數(shù)字式及指針式交流(工頻)、直流耐電壓測試儀、絕緣耐電壓測試儀的耐壓部分、安全性能綜合測試儀的耐壓部分進(jìn)行首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)的自動(dòng)校驗(yàn)裝置，能夠自動(dòng)檢測測試儀的交直流輸出電壓有效值、交流輸出電壓的失真度及波峰失真、直流輸出電壓的紋波系數(shù)、交直流擊穿報(bào)警電流有效值、輸出電壓持續(xù)（保持）時(shí)間及頻率。

耐電壓測試儀輸出的高電壓經(jīng)校驗(yàn)儀內(nèi)部分壓器分壓，輸出電流經(jīng)電阻取樣后，變?yōu)檩^易測量的電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理及采樣保持后送至14位ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，DSP數(shù)字信號(hào)處理器讀取數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算和處理，最后通過顯示電路顯示測量結(jié)果（圖1）。

圖1 原理框圖

2.2 軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)選用Windows 98/Me 操作系統(tǒng)為系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，用C++ Builder 6.0作為系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái),開發(fā)了應(yīng)用程序界面，Microsoft Access作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法,劃分為不同部分的功能模塊：硬件驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)界面、儀器控制和數(shù)據(jù)庫管理。每個(gè)模塊又劃分為若干個(gè)子模塊。如圖2。

圖2 軟件模塊圖

2.2.1 硬件驅(qū)動(dòng)程序

亦即接口板驅(qū)動(dòng)程序，是系統(tǒng)控制軟件的最低層，它直接對RS-232接口板進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的I/ O操作。按照功能設(shè)計(jì)接口庫函數(shù)，并將接口庫函數(shù)包裝在動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL中（動(dòng)態(tài)鏈接庫是包含函數(shù)集和數(shù)據(jù)的一些模塊，它提供了一種模塊化應(yīng)用方式），這樣其函數(shù)功能可以更方便地被更新或利用。本系統(tǒng)接口卡的驅(qū)動(dòng)源程序編譯成PC3w32.DLL 庫，然后在C++ Builder 環(huán)境下將該P(yáng)C3w32.DLL 庫裝入應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)傳送的掛鉤過程由接口板的硬件實(shí)現(xiàn)， 應(yīng)用程序主要是通過I/O 語句尋址板上的各寄存器以實(shí)現(xiàn)各種接口功能。

RS-232接口芯片硬件接口如圖3 所示。

圖3 RS-232接口芯片硬件接口圖

2.2.2 系統(tǒng)界面

軟件部分的核心，它直接面向用戶，是系統(tǒng)控制軟件的最上層。系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，一方面，對必須操作者完成的動(dòng)作適時(shí)提示， 同時(shí)還顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)、測試結(jié)果等，以便用戶了解測試工作的進(jìn)程；另一方面， 用戶可以通過界面選擇所測內(nèi)容來完成各種功能，如：錄入及保存儀器的基本信息、檢定條件，量程文件的生成、保存、修改及調(diào)用，測試參數(shù)（交、直流輸出電壓，擊穿電流，持續(xù)時(shí)間，容量，交流電壓失真度，直流電壓紋波系數(shù)等）的選擇，控制可程控耐電壓測試儀校驗(yàn)儀的工作狀態(tài)（遠(yuǎn)控、本地、暫停、復(fù)位），測量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫查詢及修改，原始記錄及證書的生成等。

原始記錄采用C++ Builder自帶的報(bào)表生成，證書則以Word文檔的格式生成，以便保存到本院證書管理系統(tǒng)。

2.2.3 儀器控制

對可程控儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，讀取被測表的數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)程控功能的最主要體現(xiàn)部分，它包括通訊與控制兩部分。

與儀器的通訊部分通過調(diào)用RS232庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)：在C++ Builder中將聲明了庫函數(shù)的PC3W.PAS模塊加入項(xiàng)目文件中，在這個(gè)模塊中，軟件系統(tǒng)通過使用動(dòng)態(tài)連接的方法來調(diào)用DLL中的接口庫函數(shù)，即動(dòng)態(tài)連接庫函數(shù)?；镜膸旌瘮?shù)有初始化接口卡、置儀器為遠(yuǎn)控狀態(tài)、置儀器為本地狀態(tài)、讀取儀器發(fā)出的信息等。

而通過將可程控儀器的程控碼作為庫函數(shù)的參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)對儀器的控制。這部分由許多子過程構(gòu)成，由系統(tǒng)界面上的按扭或按鍵激發(fā)，分別對應(yīng)于不同的檢測功能，是系統(tǒng)中較關(guān)鍵也較復(fù)雜的部分。合理編制可控制各儀器的模塊， 首要的任務(wù)是充分了解儀器的性能及程控指令系統(tǒng)，其次是合理安排指令執(zhí)行的先后次序。儀器控制的流程圖見圖4。

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

2.2.4 數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的重要組成部分，它保存著測量結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)器的信息，主要完成系統(tǒng)對測量結(jié)果的數(shù)據(jù)管理，標(biāo)準(zhǔn)器基本信息及其程控功能碼的管理工作。利用C++ Builder功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫組件，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種功能。另外，通過ADO技術(shù)，該系統(tǒng)可充分利用所內(nèi)局域網(wǎng)的優(yōu)勢，利用已有的儀器收發(fā)系統(tǒng)，儀器的基本信息調(diào)用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的信息而自動(dòng)錄入，不必重新輸入。

3 試驗(yàn)及應(yīng)用

本系統(tǒng)是依據(jù)JJG795-2004《耐電壓測試儀》檢定規(guī)程中的測試步驟開發(fā)出來的，符合儀表計(jì)量檢定的要求，具有很高的準(zhǔn)確度，經(jīng)測試完全滿足檢定規(guī)程的要求。應(yīng)用效果明顯，提高了工作效率和工作質(zhì)量。

不同方法測量耐電壓測試儀的結(jié)果進(jìn)行比較（表 1）。

表1

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制檢定明顯優(yōu)于人工手動(dòng)檢定。從時(shí)間上比較，計(jì)算機(jī)操作時(shí)間比人工操作所用時(shí)間節(jié)約了約50%（節(jié)省了操作時(shí)間）；從數(shù)據(jù)讀取比較，計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)，減少了因人為讀數(shù)、記錄而引起的誤差；在數(shù)據(jù)處理方面，計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別出臨界、超差和嚴(yán)重超差的情況，并能明確標(biāo)識(shí)于系統(tǒng)的報(bào)告中；且檢定結(jié)果中包括全部的溯源性數(shù)據(jù)，在檢定步驟的最后，自動(dòng)生成校準(zhǔn)報(bào)告，消除了繁瑣的文件編制工作，同時(shí)將人工誤差降低到最少。計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測的另一優(yōu)勢即通用性強(qiáng)。操作人員無需了解復(fù)雜的編程語言，只需簡單的操作，便可完成全部的檢測過程。自動(dòng)檢測使檢測處于最優(yōu)工作狀況，即保持高質(zhì)量、高效率、低消耗、低成本。

本文提出的耐電壓測試儀檢測方法是建立在新型耐電壓測試儀校驗(yàn)儀基礎(chǔ)上的，通過軟件實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)對被檢耐電壓測試儀進(jìn)行自動(dòng)檢測。自動(dòng)化使檢測發(fā)生了許多有意義的變化。數(shù)據(jù)報(bào)告的準(zhǔn)確、人工資源和技術(shù)資源的最佳使用，無論對送檢單位或檢定機(jī)構(gòu)都受益匪淺。

[1]錢詡，保春艷，康祥順. C++ Builder 6.0設(shè)計(jì)書之路[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.

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[5]Data Sheet of: Technical Specification Model NO.: PD064VT5. PRIME VIEW INTERNATIONAL CO.，LTD. 2004.5.