基于LabVIEW的电流和电压传感器性能测试系统

2018-01-08李静静赵健上海市计量测试技术研究院

上海计量测试 2017年6期

李静静赵健 / 上海市计量测试技术研究院

李静静赵健 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

电流和电压传感器作为一种兼具保护性和监控作用的工具，广泛应用于各种电气装置、自动控制以及调度系统。因其具有传感检测、传感采样、传感保护等功能，这些传感器在不同工况下的测试准确与否，对所在应用系统的影响非常大，所以对其进行高效而又准确的测量很有必要。

然而使用传统的检测方法对电流和电压传感器的各项性能和参数进行测量时，不仅存在操作过程繁杂、效率低等缺点，也可能由于人为操作不当等因素造成实验器材损坏。而且，传统仪器体积庞大，功能单一，不利于多种参数的测量。而虚拟仪器技术的出现和发展，为电流和电压传感器的高效、自动测量提供了便利。

因此，本文提出设计一种基于LabVIEW的电流和电压传感器性能测试系统，系统由硬件和软件两大部分组成。硬件主要由计算机、电源、待测电流和电压传感器和测量设备组成，用于完成信号的产生和采集。软件部分主要由驱动程序和应用程序组成：驱动程序可以实现对硬件的接口驱动及通信控制，是在LabVIEW的 VISA函数基础上编程实现的；应用程序则利用LabVIEW丰富灵活的交互界面进行程序控制、数据显示、存储和计算。

本系统可以实现对电流和电压传感器进行高效准确测量的自动测试，能够通过程序控制并测量各种传感器的参数，对不同输入参数的传感器对应的输出参数进行读取并进行数字信号处理，判断传感器精度是否符合要求，多种测量模式可以测量传感器不同特性，具有很强的使用价值。

1 系统整体硬件结构

本文中介绍的电流传感器性能测试系统是由XF30JZ100型交直流电流校准仪、Agilent34401A数字多用表和计算机结合组成的。系统整体结构包括：一是由传感器供电电源、XF30JZ100型交直流电流校准仪、Agilent 34401A数字多用表、待测电流传感器和计算机组成的硬件结构；二是以LabVIEW为开发平台编写的软件部分，包括硬件驱动程序和应用程序两部分。本系统的架构如图1所示。

图1 系统整体结构

XF30JZ100型交直流电流校准仪是一台准确度非常高并且智能化的电流校准仪。Agilent34401A是一台6位半、高性能的数字多用表，它高准确度的测量能力和高性能使其非常适用于系统和台式测试，它具有0.003 5%的基本直流准确度，0.06%的基本交流准确度和0.1%基本电阻准确度。

XF30JZ100型交直流电流校准仪和Agilent 34401A数字多用表都是通过串口线和计算机连接，XF30JZ100输出电流作为待测电流传感器的输入信号，Agilent34401A可以测量传感器的输出信号。而计算机控制电流的输出和输入信号的记录。而且可以利用LabVIEW中提供的大量图形化驱动程序直接驱动串行接口设备，只需两根串口数据线就能实现仪器和计算机间的通信，硬件实现非常简单。

2 系统软件

系统的软件总体流程如图2所示。程序开始运行后，首先必须和仪器进行联机操作，即建立通信。联机成功后，出现一个对话框提示创建新测量文件，用以保存本次测量的数据。初始化设备是根据用户输入的一系列参数对仪器进行初始化，然后可以正常发送电流信号到传感器的输入端，读取传感器的对应输出信号，进行数据处理，保存并显示。如果没有达到设定的循环次数，继续发送电量，读取，处理，写。如果达到了设定的循环次数，将清电量，同时等待下一步动作。此时如果点击开始新一轮测量，则根据输入参数继续测量，如果点击关闭设备按钮，将执行关闭。

图2 系统软件总体流程

3 系统应用程序

软件部分的编写，采用模块化的设计思想，按传感器不同输入输出量，将应用程序按功能划分为带电流输出的电流传感器、带电压输出的电流传感器、带电流输出的电压传感器、带电压输出的电压传感器，每种传感器又分别有交直流两种情况。考虑到所用到的电流源XF30JZ100的特点和测量仪器Agilent34401A的类型，此系统测量的传感器类型分为六种：

1）带直流电流输出的直流电流传感器；

2）带直流电压输出的直流电流传感器；

3）带直流电流输出的交流电流传感器；

4）带直流电压输出的交流电流传感器；

5）带交流电流输出的交流电流传感器；

6）带交流电压输出的交流电流传感器。

将系统主界面分为6部分，6个不同的按钮调用6个不同的子VI，每个子VI代表对不同的传感器进行测量。其主控前面板如图3所示。

图3 系统主控前面板

主VI程序框图如图4所示。

图4 主控面板的程序框图

在主界面的程序框图设计中，主要应用LabVIEW条件结构（Case Structure）实现前面板各按钮的动作。选择一种待测传感器类型，进入测量该类型传感器的子VI，这里为测量带直流电压输出的直流电流传感器子VI，弹出如图5所示界面。

可以看到前面板分为四个板块，Program Control区域负责控制程序运行并监视运行状态。参数设置区域，需要用户输入参数，如仪器接口、满量程、测量步长等。在操作控制区域输入仪器操作参数，如测量模式、循环次数等。User information栏直接显示传感器输出的数据，并以图形的方式显示出来。测量模式的设计：根据传感器的静态特性，将测量模式分为三种：自动测量模式，迟滞测量模式和手动模式。由于仪器的工作方式不同，本系统与计算机的通信是基于通信协议完成的，程序控制电量输出的方式也不同。