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全自动互感器校验仪整检装置的设计

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目前使用的互感器校验仪采用手动方式对互感器校验仪进行检定，存在设备笨重、工作效率低等弱点。本文设计了一种无需统一互感器校验仪通讯协议，采用电子式设计，具备图像识别能力的互感器校验仪整体检定装置，实现了对所有互感器校验仪的全自动检定。

互感器校验仪；电子式；全自动检定

0 引言

根根据JJG169校验仪校准规程及其相关标准的规定，校验仪在出厂试验、型式试验或后续检定时要求都非常严格。一台普通的校验仪通常具有电流和电压互感器测量功能，而电流有5A和1A档，电压则有220V、150V、100V、100/V、100/3V档，根据检测要求，最严格的检定范围为10-2档（1%～10%十个点）、10-3档（0.1%～1%十个点）、10-4档（0.01%～0.1%十个点），按照上述档位算出一共有210个测试点，再加上同相分量、正交分量分别测试，则一共有420个测试点。如果按照现在传统的电工式校验仪整检装置手动测试、手动记录数据、手动录入报表，则一台校验仪检验下来需两天方能检完。为大幅度提升检定效率，避免手动记录带来的误差，所以设计一种采用数字化全自动控制原理的电子式互感器校验仪整检装置十分必要。

1 设计思路概述

拟设计的电子式互感器校验仪整检装置的工作思路如下：

a、装置采用线性稳定电源，保证源头稳定，减少误差测量带来的干扰。具体由DA给出基准信号送到功率放大器，功率放大器输出至输出变压器给出对应的I和U。

b、通过上位机软件设置任意倍率的测试点，自动输出任意测试点的误差标准量值。

c、校验仪测量的数据可通过自动录入上位机记录表为主和手动录入测试值为辅的两种模式进行数据上传，并且自动计算出校验仪的测量误差，然后输出报表。

2 数字电路设计

2.1 数字电路设计思路

装置的数字电路的设计用先进的16位单片机TMS28335为核心，通过AD和DA进行数据交换，形成上位机和下位机的神经中枢，由计算机发来的测试控制命令，控制继电器进行分类控制，同时将设备的运行状态和数据传输给计算机。如图1，它能够进行数据测量、分析、功率驱动等事务的执行；还能作为人机对话、数据库、打印机以及温湿度、时实时钟等事务的管理。

图1 数字电路方框图

图2 电流互感器测量接线原理图

2.2 TMS28335的功能利用

利用TMS28335先进的改进型哈佛结构，其程序存储器和数据存储器具有各自的

总线结构。跟AD和DA交换数据使单片机的处理能力得到最大利用。

利用TMS28335中CPU含有32bit的中央算术逻辑单元（CALU）、32bit的累加器、比例移位器、16bit×16bit乘法器、辅助寄存器算术单元（ARAU）和16位双精度浮点库运算单元，进行数据的运算和处理。利用TMS28335可寻址的存储器空间共512K字，片上256 Kxl6的Flash存储器，34 Kxl6的SARAM存储器．将所有程序及控制储存在其中。

2.3 串口通讯的功能利用

2.3.1 同步串口通讯

用TMS28335具有的3个同步串口（SSP），串行外设置为2通道CAN模块、3通道SCI模块、2个McBSP(多通道缓冲串行接口)模块、1个SPI模块、1个I2C主从兼容的串行总线接口模块；提供与编译码器、串行AD转换器等串行器件的直接通信。采用同步串口使得单片机与外设非常方便的进行数据交换，实时监测上位机是否有新的执行命令，采取相应的操作。

2.3.2 异步通讯模式

计算机与测试仪之间的通讯方式为异步通讯模式(RS232)，将仪器中保存的测试数据传送给计算机，由计算机进一步数据处理。或者软件升级版本可以通过异步通讯口将测试仪器进行升级。在仪器设计中，使用计算机软件开发平台可以将人机对话、数据库以及打印机功能进行编译，通过异步串口将生成的程序下载到DSP2中运行，此方法的使用可以大量减少开发时间以及开发的难度，同时增强了公司仪器人机对话的一致性，提高了软件设计水平。

3 模拟电路设计

3.1 模拟电路设计思路

模拟电路在可调线性电源给出的IP和UP处采样出对应的I和U,然后经由AD采样，最后经过多级放大、滤波，给出百分表对应ΔI和ΔU。其中为保证微差信号的准确性和稳定性，对放大电路中采用放大电阻采用低温漂高精度模压电阻。

3.2 模拟电路的误差理论

整检装置校验互感器校验仪时，是模拟互感器的实际误差而给出的标准量值，其中分成两个正弦量，即同相分量和正交分量。以下以电流互感器校验为例，根据校验仪的测量原理（如图2）。

当流过标准电流互感器的电流与流过被检互感器的电流相等时，即，流过互感器校验仪K端的差流为零，此时互感器误差为零，当时，则互感器校验仪K端有差流流过，其误差可用图3的矢量图表示。

由于实际测量中δ是一个很小值，因此可近视认为：

故得到电流互感器误差，其中，

图3 误差矢量图

根据以上误差测量原理，反推互感器校验仪整检装置输出的同相分量量值I（同）=I0×f%，正交分量量值I(正)= I0×δ×34.38（分）。

3.3 模拟电路工作原理

如图4，功率源输出电流信号T0/Tx或电压信号a/x给被测校验仪，同时将此信号放大滤波后作为百分表信号给单片机计算，另一路信号经过处理后分别给同相DA控制和正交DA控制作为控制基准。当同相和正交给出量值控制信号时，功率输出将输出与百分表成比例的电流或电压信号，当同相DA和正交DA控制信号不变时，百分表变大，KD将成比例变大，反之百分表变小时，KD也将成比例变小。

4 上位机软件设计

按国家计量检定规程JJG169-2010《互感器校验仪检定规程》的内容进行的功能设计，按内容人性化设计，满足计量检定部门的使用内容要求可按使用者的需求方便添加其它模块及功能。设有自动测试、手动测试。按要求算出各给出点的允许误差，当软件测出校验仪示值时对应算出误差大小。

4.1 软件需要具有的功能

1）对互感器校验仪的检定按照国家计量检定规程设定，具有广泛的适用性；

2）测试方法丰富有自动测试、识别测试、手动测试；

3）能根据使用者的要求一键导出原始记录、检定证书、结果通知书；

4）具有强大的数据保存和查询能力，历年各送检单位数据都可按照设备树储存，可随时方便查看且可比较同设备历年送检情况自动进行稳定性判断。

4.2 全自动功能的设计

图4 整检装置工作原理框图

图5 上位机功能示意图

现互感器校验仪生产厂家生产的校验仪样式种类各异，通讯协议未统一，无法实现对所有的互感器校验仪实现控制。故采用图像识别模块。利用高清摄像机拍摄互感器校验仪显示示值，然后转化为数字信号传递给上位机软件，最终在软件上显示。这样就可以绕开互感器校验仪通讯协议不统一的问题，从而可以对所有厂家生产的互感器校验仪实现全自动校准上传的流程。

5 结语

互感器校验仪全自动检定装置的研制成功，可以大大减轻检定人员的工作量，提高了工作效率。并且保证了数据的正确性。解决了互感器校验仪通讯不统一无法实现所有的互感器校验仪全自动测量这一难题。互感器校验仪的全自动检定推动计量水平的发展，为后续计量检定工作带来了方便。其自动原理及方法也会带动其它计量产品加快走向自动化检定。

[1]JJG169-2010《互感器校验仪检定规程》．

[2]Q/GDW 1897《互感器校验仪通信协议》．

[3]王文华，基于《互感器校验仪通信协议》的全自动整检装置，《自动化与仪器仪表》2015年2期（总第184期）．

[4]宋健康，基于互感器校验仪全自动整体检定的研究，《质量技术监督研究》2010年第3期（总第9期）．

[5]包玉树，全自动互感器校验仪整体检定系统设计及应用，《电测与仪表》，2012,49(7)：41-44．

[6]赖渝，全自动互感器校验仪整体检定系统应用，《科研》,2015(3)：249-250．