基于LabVIEW的溫度繼電器測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度繼電器是一種溫度敏感元件，它的輸出狀態(tài)完全由所需控制溫度高低決定。溫度繼電器的關(guān)鍵工序是溫度特性(升溫時(shí)的動作溫度和降溫時(shí)的回復(fù)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(diào)整溫度，當(dāng)溫度達(dá)到要求時(shí)，需要手工記錄下每個(gè)數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的可靠性，本文介紹的是一種利用KEITHLEY2700數(shù)據(jù)采集儀器，并在LabVIEW虛擬儀器平臺上開發(fā)的溫度繼電器測試系統(tǒng)。

1 檢測原理及系統(tǒng)的組成

1.1 檢測原理

溫度繼電器的溫度特性檢測，實(shí)質(zhì)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(shù)指標(biāo)。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(jìn)行溫度特性的狀態(tài)判定(升溫?cái)嚅_或降溫閉合)和溫度監(jiān)測。通?？諝鉁y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(yè)中通常采用試塊法測定和空氣測定法。另外產(chǎn)品檢測中的升溫和降溫速度對檢測結(jié)果影響較大，必須按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選擇升降速度。本系統(tǒng)采用空氣測定法。

1)溫度特性判定

傳統(tǒng)的檢測方法中，通常采用發(fā)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(shí)人工手動記錄動作時(shí)的溫度。本系統(tǒng)通過，KEITHLEY2700數(shù)據(jù)采集儀器循環(huán)掃描40個(gè)通道的阻值，如果阻值為0，則判定此時(shí)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(yīng)通道的溫度繼電器動作或回復(fù)時(shí)的溫度記錄存儲到excel中。

2)溫度監(jiān)測

試塊法通常采用水銀溫度計(jì)監(jiān)測，空氣測定法和液體測定法通常采用溫度傳感器監(jiān)測溫度。本系統(tǒng)采用PT100鉑電阻傳感器，利用KEITHLEY2700循環(huán)掃描PT100阻值，通過下面公式換算出溫度，實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)溫度的檢測。

在實(shí)際測試過程中需要對公式進(jìn)行修正，才能更接近真實(shí)的溫度值。在本系統(tǒng)中，經(jīng)過計(jì)量校正后PT100溫度誤差小于0.1 ℃。

1.2 系統(tǒng)組成

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

1)溫度繼電器測試電路

該電路將溫度繼電器與7700開關(guān)模塊相連，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通過LahvIEW控制KEITHLEY2700采集溫度繼電器開閉點(diǎn)的溫度。在掃描操作時(shí)，單個(gè)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(gè)通道，即一次可測39個(gè)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(gè)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(shù)據(jù)傳輸

LabVIEW和KEITHLEY 2700通過GPIB接口進(jìn)行通信。通過NI488將USB轉(zhuǎn)換串口，使計(jì)算機(jī)和KEITHLEY2700互聯(lián)通信。

2 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是在LabVIEW平臺上開發(fā)的溫度繼電器自動化測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了直觀的操作界面，能夠自動采集并記錄數(shù)據(jù)。其工作流程圖如圖2所示。

該方案的LahVIEW操作界面如圖3所示。

1)設(shè)備連接

首先將數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集卡的插槽中。使用GPIB數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)與KEITHLEY2700設(shè)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LahVIEW驅(qū)動程序如圖4所示。

2)實(shí)時(shí)溫度

Pt100貼片熱敏電阻接在數(shù)據(jù)采集卡7700的通道1上，LabVIEW控制KEITHLEY2700循環(huán)掃描通道1的電阻值，利用公式

，即可算出實(shí)時(shí)的溫度。在實(shí)際測量過程中由于導(dǎo)線存在阻值，存在誤差需要對公式進(jìn)行修正。LabVIEW程序圖如圖5所示。

3)升溫?cái)嚅_

溫度繼電器在升溫過程中未斷開時(shí)的阻值為0，斷開后其阻值為∞。在LabVIEW中對KEITHLEY2700掃描的阻值進(jìn)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(dāng)前溫度(溫度值為第一次斷開時(shí)的溫度值)。當(dāng)所有通道的阻值都大于10時(shí)，程序自動停止。要在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)循環(huán)判斷阻值，使用循環(huán)嵌套加反饋方式能夠很好的簡化編程。LabV IEW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(dāng)前溫度(溫度值為第一次閉合時(shí)的溫度值)。當(dāng)所有通道的阻值都小于10時(shí)，程序自動停止。次編程與升溫?cái)嚅_相似。

5)數(shù)據(jù)處理

測試到的數(shù)據(jù)都保存在設(shè)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(shù)據(jù)。在excel中可調(diào)用宏，即可判斷溫度繼電器是否合格。

3 實(shí)際測試與數(shù)據(jù)分析

本系統(tǒng)測試?yán)?700自動掃描各個(gè)通道的阻值來判斷溫度繼電器是斷開或閉合。一個(gè)2700可以插2個(gè)7700即可以測試40個(gè)通道。以80個(gè)某型號(30±5℃)溫度繼電器為例，每次測20個(gè)需測4次，如表1給出其中一次測量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將保存到excel中。

從表中可以看出通道8和通道16超標(biāo)，需要剔除出來做進(jìn)一步的驗(yàn)證。其他通道都符合測試技術(shù)要求可判為合格。需要說明的是通道8超標(biāo)，主要誤差來自于高低溫箱升溫過程中各個(gè)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。

4 結(jié)束語

溫度繼電器在很多行業(yè)中都非常實(shí)用，傳統(tǒng)的手工測試，人工記錄已經(jīng)滿足不了更高的生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)可以很好地解決這一問題，可以滿足正常的測量需求，達(dá)到了自動化測試的目的。該系統(tǒng)也具備一定的擴(kuò)展性，例如可以連接多個(gè)KEITHLEY2700，實(shí)現(xiàn)一次測量更多的溫度繼電器，大大提高測試的效率。