基于LabVIEW 的溫度繼電器測試系統設計

吳加明，秦魯東 ，楊曉宏，李光燦

（1.貴州大學 電子信息學院，貴州 貴陽550025;2.貴州航天計量測試技術研究所 貴州 貴陽 550025）

溫度繼電器是一種溫度敏感元件[1]，它的輸出狀態完全由所需控制溫度高低決定。溫度繼電器的關鍵工序是溫度特性（升溫時的動作溫度和降溫時的回復溫度）的檢測。目前,對溫度繼電器的測量還采用手工測試，測試人員要不停地調整溫度，當溫度達到要求時，需要手工記錄下每個數據，操作步驟十分繁瑣，工作量也非常大。為了簡化測試工作，提高工作效率及提高測試數據的可靠性，本文介紹的是一種利用KEITHLEY2700數據采集儀器，并在LabVIEW虛擬儀器平臺上開發的溫度繼電器測試系統。

1 檢測原理及系統的組成

1.1 檢測原理

溫度繼電器的溫度特性檢測，實質上是判斷溫度繼電電器是斷開還是閉合那瞬間的溫度是否符合技術指標。對溫度繼電器檢測方法有3種分別是試塊測定法、空氣測定法和液體測定法。對溫度繼電器的檢測無論采用3種方法中的哪一種，都需要對溫度繼電器進行溫度特性的狀態判定（升溫斷開或降溫閉合）和溫度監測。通常空氣測定法與液體測定法檢測值較為接近，而與試塊測定法相比就會有大約3～5℃差值。行業中通常采用試塊法測定和空氣測定法。另外產品檢測中的升溫和降溫速度對檢測結果影響較大，必須按照標準規定選擇升降速度。本系統采用空氣測定法。

1)溫度特性判定

傳統的檢測方法中，通常采用發光二級管來判定溫度繼電器是斷開或者閉合，即二極管亮則溫度繼電器是閉合的，否則溫度繼電器是斷開的。在斷開或者閉合時人工手動記錄動作時的溫度。本系統通過KEITHLEY2700數據采集儀器循環掃描40個通道的阻值，如果阻值為0，則判定此時溫度繼電器為閉合；如果阻值為∞，則判定溫度繼電器為斷開。自動將KEITHLEY2700對應通道的溫度繼電器動作或回復時的溫度記錄存儲到excel中。

2)溫度監測

試塊法通常采用水銀溫度計監測，空氣測定法和液體測定法通常采用溫度傳感器監測溫度。本系統采用PT100鉑電阻傳感器，利用KEITHLEY2700循環掃描PT100阻值，通過下面公式換算出溫度，實現對實時溫度的檢測。

在實際測試過程中需要對公式進行修正，才能更接近真實的溫度值。在本系統中，經過計量校正后PT100溫度誤差小于0.1℃。

1.2 系統組成

圖1給出了系統的組成框圖，該溫度繼電器測試系統主要由計算機、KEITHLEY2700、高低溫測試箱和溫度繼電器測試電路組成。

圖1 系統組成框圖Fig.1 Structure diagram of the system

1)溫度繼電器測試電路

該電路將溫度繼電器與7700開關模塊相連，從而實現計算機通過LabvIEW控制KEITHLEY2700采集溫度繼電器開閉點的溫度。在掃描操作時，單個7700提供20路雙刀信號通道或10路4線信號通道。該電路將通道1接Pt100熱敏電阻用于采集溫箱的溫度，通道2至通道n為待測溫度繼電器通道。理論上KEITHLEY2700可以一次掃描40個通道，即一次可測39個溫度繼電器（通道1用于測溫度）。由于條件限制，本方案的溫度繼電器采集板只用到KEITHLEY2700前10個通道，即1通道測溫度、2通道至10通道用于溫度繼電器測試。

2)數據傳輸

LabVIEW和KEITHLEY 2700通過GPIB接口進行通信。通過NI488將USB轉換串口，使計算機和KEITHLEY2700互聯通信。

2 測試系統軟件設計

本系統是在LabVIEW[2-5]平臺上開發的溫度繼電器自動化測試系統，該系統設計了直觀的操作界面，能夠自動采集并記錄數據。其工作流程圖如圖2所示。

圖2 軟件設計的流程圖Fig.2 Flow chart the software design

該方案的LabVIEW操作界面[6-8]如圖3所示。

1)設備連接

首先將數據采集卡7700插入KEITHLEY2700中，每臺KEITHLEY2700最多可以支持兩塊（共40通道）采集卡。將電路板連接在7700數據采集卡的插槽中。使用GPIB數據線連接計算機與KEITHLEY2700設備。在測試過程中需要將KEITHLEY2700的GPIB地址與本軟件的ADDR：06要一致。KEITHLEY2700的LabVIEW驅動程序如圖4所示。

圖3 測試界面圖Fig.3 Test interface figure

圖4 KEITHLEY 2700驅動程序Fig.4 KEITHLEY 2700 Drivers

2)實時溫度

Pt100貼片熱敏電阻接在數據采集卡7700的通道1上，LabVIEW控制KEITHLEY2700循環掃描通道1的電阻值，利可算出實時的溫度。在實際測量過程中由于導線存在阻值，存在誤差需要對公式進行修正。LabVIEW程序圖如圖5所示。

圖5 實時溫度LabVIEW程序圖Fig.5 Real-time temperature LabVIEW program chart

3)升溫斷開

溫度繼電器在升溫過程中未斷開時的阻值為0，斷開后其阻值為∞。在LabVIEW中對KEITHLEY2700掃描的阻值進行判斷。如果通道n其阻值大于10，則溫度繼電器斷開記錄當前溫度（溫度值為第一次斷開時的溫度值）。當所有通道的阻值都大于10時，程序自動停止。要在LabVIEW中實現循環判斷阻值，使用循環嵌套加反饋方式能夠很好的簡化編程。LabVIEW程序圖如圖6所示。

4）降溫閉合

如果通道n其阻值小于10，則溫度繼電器斷開記錄當前溫度（溫度值為第一次閉合時的溫度值）。當所有通道的阻值都小于10時，程序自動停止。次編程與升溫斷開相似。

5）數據處理

圖6 升溫斷開程序圖Fig.6 Disconnect heating program chart

測試到的數據都保存在設置好的電子表格中。打開這些文件可以清楚地看到所測量的數據。在excel中可調用宏，即可判斷溫度繼電器是否合格。

3 實際測試與數據分析

本系統測試利用2700自動掃描各個通道的阻值來判斷溫度繼電器是斷開或閉合。一個2700可以插2個7700即可以測試40個通道。以80個某型號（30±5℃）溫度繼電器為例，每次測20個需測4次，如表1給出其中一次測量的數據。這些數據將保存到excel中。

從表中可以看出通道8和通道16超標，需要剔除出來做進一步的驗證。其他通道都符合測試技術要求可判為合格。需要說明的是通道8超標，主要誤差來自于高低溫箱升溫過程中各個部位不均勻，因此在測試過程中，溫箱的溫度需要緩慢的升降以降低誤差。

表1 一組實測數據Tab.1 A set ofmeasured data

4 結束語

溫度繼電器在很多行業中都非常實用，傳統的手工測試，人工記錄已經滿足不了更高的生產效率。該系統可以很好地解決這一問題，可以滿足正常的測量需求，達到了自動化測試的目的。該系統也具備一定的擴展性，例如可以連接多個KEITHLEY2700，實現一次測量更多的溫度繼電器，大大提高測試的效率。

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