耐電壓測試儀自動檢測系統的研究和應用

單 瑩/山東省計量科學研究院

0 引言

隨著經濟的飛速發展，人們對各種家用電器，以及社會對各種低壓電器設備、電器器具、絕緣材料和絕緣結構的抗電性能安全要求的不斷提高，安規系列儀表的需求和對其各項性能指標的檢測要求也越來越高。作為安規系列儀表重要組成部分的耐電壓測試儀，性能指標的優劣直接關系到人們日常工作生活的安全。如何科學、準確、高效的檢定耐電壓測試儀已經成為近年來安規計量研究的熱點，而對耐電壓測試儀的檢定有賴于準確可靠的儀器和科學合理的檢測方法。目前，市場上的耐壓測試儀校驗裝置多采用的是傳統的測試方法，測試精度不高，無法實現計算機自動控制檢定。在研發新型高精度耐電壓測試儀校驗儀的基礎上，開發出一套自動檢測系統，具有記錄、存貯、檢索、打印證書等自動檢定功能，提高了檢定的效率和質量，使檢定結果更加可靠。

1 主要技術指標和功能

系統由耐電壓測試儀校驗儀AN20015作為主標準器，采用直接測量法檢定。

主要功能包括:基本信息調用及錄入，檢定點文件的生成及調用，基本誤差檢定，誤差處理，檢定數據的保存、查詢，報告和證書的生成。

2 系統的組成

2.1 硬件系統

硬件采用帶RS-232接口的耐電壓測試儀校驗儀，通過線纜與計算機、打印機相連。系統以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、準確。輸入阻抗高達100 mΩ，分壓及采樣采用高穩定性、高精度（0.5%）、低溫度系數（25PPM）的電阻，使外界環境溫濕度對儀器測量的影響減到最小。同時采用總線隔離、良好接地和屏蔽、軟硬件濾波等多種抗干擾技術，提高儀器的抗電磁干擾能力，保證了校驗儀測量的準確性、穩定性以及長期工作可靠性。

耐電壓測試儀校驗儀是用于對耐電壓測試儀，包括數字式及指針式交流(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行首次檢定、后續檢定和使用中檢驗的自動校驗裝置，能夠自動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、交直流擊穿報警電流有效值、輸出電壓持續（保持）時間及頻率。

耐電壓測試儀輸出的高電壓經校驗儀內部分壓器分壓，輸出電流經電阻取樣后，變為較易測量的電壓信號，經信號處理及采樣保持后送至14位ADC進行模數轉換，DSP數字信號處理器讀取數字量進行計算和處理，最后通過顯示電路顯示測量結果（圖1）。

圖1 原理框圖

2.2 軟件系統

系統選用Windows 98/Me 操作系統為系統運行環境，用C++ Builder 6.0作為系統軟件開發平臺,開發了應用程序界面，Microsoft Access作為數據庫服務器。

軟件采用模塊化程序設計方法,劃分為不同部分的功能模塊：硬件驅動程序、系統界面、儀器控制和數據庫管理。每個模塊又劃分為若干個子模塊。如圖2。

圖2 軟件模塊圖

2.2.1 硬件驅動程序

亦即接口板驅動程序，是系統控制軟件的最低層，它直接對RS-232接口板進行控制，實現對信號的I/ O操作。按照功能設計接口庫函數，并將接口庫函數包裝在動態鏈接庫DLL中（動態鏈接庫是包含函數集和數據的一些模塊，它提供了一種模塊化應用方式），這樣其函數功能可以更方便地被更新或利用。本系統接口卡的驅動源程序編譯成PC3w32.DLL 庫，然后在C++ Builder 環境下將該PC3w32.DLL 庫裝入應用程序。數據傳送的掛鉤過程由接口板的硬件實現， 應用程序主要是通過I/O 語句尋址板上的各寄存器以實現各種接口功能。

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 系統界面

軟件部分的核心，它直接面向用戶，是系統控制軟件的最上層。系統具有良好的人機界面，一方面，對必須操作者完成的動作適時提示， 同時還顯示當前的工作狀態、測試結果等，以便用戶了解測試工作的進程；另一方面， 用戶可以通過界面選擇所測內容來完成各種功能，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、修改及調用，測試參數（交、直流輸出電壓，擊穿電流，持續時間，容量，交流電壓失真度，直流電壓紋波系數等）的選擇，控制可程控耐電壓測試儀校驗儀的工作狀態（遠控、本地、暫停、復位），測量數據的采集、存儲，數據庫查詢及修改，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。

2.2.3 儀器控制

對可程控儀器的工作狀態進行控制，讀取被測表的數據，是系統程控功能的最主要體現部分，它包括通訊與控制兩部分。

與儀器的通訊部分通過調用RS232庫函數實現：在C++ Builder中將聲明了庫函數的PC3W.PAS模塊加入項目文件中，在這個模塊中，軟件系統通過使用動態連接的方法來調用DLL中的接口庫函數，即動態連接庫函數。基本的庫函數有初始化接口卡、置儀器為遠控狀態、置儀器為本地狀態、讀取儀器發出的信息等。

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

圖4 系統主程序流程圖

2.2.4 數據庫管理

數據庫是系統的重要組成部分，它保存著測量結果及標準器的信息，主要完成系統對測量結果的數據管理，標準器基本信息及其程控功能碼的管理工作。利用C++ Builder功能強大的數據庫組件，可以方便地實現各種功能。另外，通過ADO技術，該系統可充分利用所內局域網的優勢，利用已有的儀器收發系統，儀器的基本信息調用遠程數據庫服務器的信息而自動錄入，不必重新輸入。

3 試驗及應用

本系統是依據JJG795-2004《耐電壓測試儀》檢定規程中的測試步驟開發出來的，符合儀表計量檢定的要求，具有很高的準確度，經測試完全滿足檢定規程的要求。應用效果明顯，提高了工作效率和工作質量。

不同方法測量耐電壓測試儀的結果進行比較（表 1）。

表1

計算機自動控制檢定明顯優于人工手動檢定。從時間上比較，計算機操作時間比人工操作所用時間節約了約50%（節省了操作時間）；從數據讀取比較，計算機自動獲取數據，減少了因人為讀數、記錄而引起的誤差；在數據處理方面，計算機能夠識別出臨界、超差和嚴重超差的情況，并能明確標識于系統的報告中；且檢定結果中包括全部的溯源性數據，在檢定步驟的最后，自動生成校準報告，消除了繁瑣的文件編制工作，同時將人工誤差降低到最少。計算機自動檢測的另一優勢即通用性強。操作人員無需了解復雜的編程語言，只需簡單的操作，便可完成全部的檢測過程。自動檢測使檢測處于最優工作狀況，即保持高質量、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儀基礎上的，通過軟件實現上位計算機對被檢耐電壓測試儀進行自動檢測。自動化使檢測發生了許多有意義的變化。數據報告的準確、人工資源和技術資源的最佳使用，無論對送檢單位或檢定機構都受益匪淺。

[1]錢詡，保春艷，康祥順. C++ Builder 6.0設計書之路[M]. 北京：電子工業出版社，2005.

[2]中國計量科學研究院. JJG795-2004[S]. 北京：中國計量出版社，2004.

[3]韓安太. DSP控制器原理及其在運動控制系統中的應用[M]. 北京：清華大學出版社，2003.

[4]鄭福成，李東煒等. 電學計量[M]. 北京： 中國計量出版社，1991.

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