數據采集系統在溫度變換器測試中的應用

譚婕娟

(西安航空職業技術學院,人工智能學院,陜西,西安 710089)

0 引言

現在的各種溫度控制電子產品都要用到溫度變換器，溫度變換器質量決定著電子產品的好壞。所以對于溫度變換器，測試精度要求高，因而在工廠里測試溫度變換器產品工作難度大、任務重，是傳感器車間變換器的驗收交付工作的難點之一[1]。

傳統的溫度變換器測試方法在批量生產時有很大的局限性[2]。

首先，溫度變換器傳統的測試繁瑣復雜。溫度變換器的測試是采用單電纜測試的方法，需手動接入單臺產品逐一接線測試，這不僅容易造成人工操作的誤差，也浪費了人力。后來使用工裝代替單電纜測試，采用單通道手動切換的方法，但其仍有一些局限性，測試過程中需要人工讀數、記數、再錄入手動計算，這使得溫度變換器老化、溫循、高低溫、常態測試等大大增加了成本，也增加了產品的測試誤差。

其次，溫度變換器傳統測試的應用性不強。溫度變換器傳統的測試方法使用單電纜或工裝測試，只能單臺單路手動操作，其接點定義有所不同，使得測試時，一種溫度變換器對應一種連接電纜方式，這樣的測試方法無形中加大了測試的工作量。

1 多通道數據采集系統原理及應用

1.1 概述

由于溫度變換器常態測試工作量的增加，任務越來越繁重，為解決這一問題，選取自動測試系統進行測試，在一定程度上能夠提高測試工作的效率和精度。但又由于溫度變換器種類多樣，輸入阻值或電壓值要求很精確、多路之間易相互干擾、阻抗的測試和交流噪聲的實現等是自動測試系統實現的一大瓶頸[3]。

為使得測試更系統化、更高效精準，我們采用34980A數據采集器與34992A復用開關來實現輸入輸出的測量[4]。采用525B溫度/壓力校準器接入輸入端作為產品的輸入信號，為了避免各個通道之間的相互干擾，通過掃描開關34922A和34980A內置萬用表結合實現對電壓信號的測量，用通用開關34938A實現供電控制和阻抗測試，外接示波器等標準儀器監測，計算機通過LAN網絡與34980A和示波器實現信息交互用于采集電壓信號，溫度傳感器測量環境溫度，最終通過計算機軟件實現各系統的自動化運行。其測試系統原理如圖1所示。

圖1 多通道測試系統原理框圖

1.2 通道數據采集系統在常態測試中的應用

常態測試有5個內容，詳細如表1所示。

表1 常態測試內容

1.2.1 輸入測量

為實現測試系統自動化代替原有的手動操作，采用信號源525B提供輸入信號[5]，為了避免溫度變換器接入多臺產品后，產品通道之間相互干擾的問題，把525B與掃描開關34922A結合，向被測變換器輸入信號，采用525B的輸出信號作為產品的輸入，其原理如圖2所示。

圖2 信號輸入端連接

525B的電阻輸出采用四線制接法[6]，經轉接組合接至34922A，經34922A后再次進入轉接組合，然后輸出至被測變換器。電阻輸出連接轉接組合前面板的監測端子，在不接變換器的情況下，可外接標準儀器進行監測。將525B的輸出連接至34922A的COM端，被測變換器的輸入接至多路復用開關。通過控制開關的通斷，可實現一臺525B向多路被測變換器提供輸入信號的功能。將被測信號接入34922A的多路復用開關，34980A的內置萬用表接入COM端，通過控制開關的通斷，可實現一臺儀器測量多路信號的功能。

1.2.2 輸出測量

變換器輸出的測量，簡化了傳統測試的人工讀數、記數，用34980A實現數據的采集[7]，其原理如圖3所示。變換器輸出經轉接組合連接至34922A的復用開關，34922A的COM端連接至34980A的內置萬用表進行測量。COM端輸出同時連接至轉接組合前面板的監測端子，可外接標準儀器進行監測。

圖3 輸出測試系統

該系統預計精度分析：模數轉換電路失真率小于0.6%，數字電壓表精度達到5位數，其變換精度約為0.5%。

1.2.3 阻抗的測試

溫度變換器的阻抗測試是自動采集系統實現的一大難點。由于產品型號不同所加入的阻抗也不一樣，包括1 kΩ電阻、3 kΩ電阻、5 kΩ電阻，因此，采用在測試信號轉接組合內安裝RL(即并聯阻抗)的方法。RL連接到34938A，34938A對應通道的另一端接入信號轉接組合后連接到傳感器兩端。在進行其他項目測試時，34938A對應通道置于斷開狀態，當進行阻抗測試時，首先斷開34938A通道進行測試，記錄輸出端的電壓值,然后閉合34938A對應通道，記錄輸出端的電壓值，將兩次記錄的結果，按指定公式進行計算，得到被測產品的阻抗值。

1.2.4 噪聲的測量

與多通道自動采集測試系統應用于溫度變換器時[8]，由于525B、轉接組合以及34980A的一些干擾，噪聲一直很大，經多次試驗，把各個工裝接地后噪聲有所減小，但與手動測試相比，噪聲仍然很大，經測試，其根源為信號源導致噪聲很大，為解決這一問題，把產品輸入端的負端與輸出端的負端短接，噪聲輸出正常，解決了這一問題。

1.2.5 溫度監測及報警

部分溫度變換器需測量冷補端并計算產品溫度與室溫的差值，因此采用一路34922A通道與34980A的內置萬用表相結合，接入溫度傳感器，按四線制法測量溫度傳感器的輸出，監控試驗環境溫度，并實時監測值顯示在計算機軟件界面上，以便于輸入和計算產品冷補值和誤差。

報警功能是在產品輸出異常或測試中遇到問題的情況下進行報警，其功能是便于通知工人遇到問題，需要手動更改或查錯。

1.3 多通道數據采集系統在溫度試驗中的應用

此系統能實現溫循、高低溫等的溫度試驗，測試過程與常態測試中的線性測試類似，在此，以整機溫循試驗為例介紹。

整機溫循試驗的工作流程如圖4所示。

圖4 溫循工作流程

整機溫循試驗的主要內容如下。

1)配置信息。加電控制方式分為加電和斷電兩種狀態。把高溫設定值Temp-high，低溫設定值Temp-low，循環次數設置為n次，測量延時t1(只測一到兩個循環)。

2)加電控制。升溫開始前常態測量時通電，升溫和高溫保持階段通電，降溫和低溫保持階段不通電，低溫保持階段的測量點通電。

3)測量點及測量內容。升溫開始前，在輸入為零點和滿量程時測量變換器直流輸出。每個循環的t1時刻，在輸入為零點和滿量程時測量變換器直流輸出。

4)判據。高低溫誤差，高溫誤差，低溫誤差。

5)記入報表的內容:升溫開始前測得的常態數據，最后一個循環的數據。

2 實現效果、特點及效益分析

2.1 實現效果

多通道數據采集系統，具有信號控制、供電控制、信號轉接等功能[9]，在常溫下可自動完成對溫度變換器的線性測試，可以完成對溫度變換器的溫度誤差數據處理，在試驗過程中，具有數據報警功能，并能明示故障產品，其人性化設計能夠根據試驗要求進行定義，對測試數據具有曲線和表格顯示功能，測試數據以Excel格式保存在指定文件夾或數據庫中，試驗測試數據可以生成試驗報表并打印，具有系統自檢功能和系統校準功能，具有LAN接口通訊控制功能和連接功能。應用于溫度變換器測試時操作簡單，應用性強。

2.1.1 多通道采集系統的測試界面

完成新建工程保存后或調用已有工程文件，選擇好將要做的試驗項，在主界面下按“啟動”按鈕，即可進行測試，測試界面如圖5所示。

圖5 測試界面

對測試界面的說明如下。

(1)測試界面右側窗口欄頂部為啟動、停止按鈕，溫度顯示。從上到下第一欄顯示測試信息和結果，包括被測產品編號、輸入值、輸出值等。第二欄左側為信息欄，用于顯示當前試驗進展情況和出錯信息，右側為電壓監測窗口。

(2)不合格產品在對應欄目和信息欄中均有標示。

2.1.2 數據處理

在做試驗的過程中，測量原始數據將以二進制的形式存儲在工程名對應的文件夾中。在每一項試驗結束后，軟件自動將原始數據轉換為Excel格式，每一個產品對應一個Excel文件。需要生成報表的試驗項目，在該項試驗結束后，軟件將自動計算各項數據,并填寫到報表的對應項目中。報表文件采用Excel格式，外觀類似現有的產品證明書，如圖6所示。

圖6 自動生成報表

2.2 特點及效益分析

2.2.1 特點

多通道數據采集系統應用于溫度變換器測試時，其特點在于操作簡便、易懂。可應用性強，加電時間、采集時間間隔 、可實現項目選擇都可自定義。既可以實現批次性處理，又可以實現各模塊分別處理，使得測試更人性化，不僅給溫度變換器的驗收工作帶來了方便，也給產品的復查交收工作帶來了便利。節約了時間，提高了工作效率，解放了勞動力，同時也使測試準確率和生產質量大大提高了。

2.2.2 效益分析

選取5路進行溫度檢測驗證，被測對象環境溫度設定值為80 ℃，對比原有的測試系統，對溫度的精度測量得到了很大改善，見表2。

表2 5路溫度檢測

3 總結

多通道數據采集系統經過多次改進已經變得能夠一次性對60臺溫度變換器產品進行自動數據采集，大大縮短了系統工作時間，降低了產品測試的誤差。自動生成報表、自動計算線性等性能也大大節省了檢驗的工作流程和時間，給產品的驗收測試工作帶來了很大的便利。在試驗過程中，對該系統進行多次實用性測試，在溫度試驗中無需人工去等待和測試，高低溫誤差無需人工計算即可直接顯示在報表中。在常態測試中，測試產品時大大節省了工作時間，提高了產品的測試精度和工作效率。