基于LabVIEW 的溫度繼電器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳加明，秦魯東 ，楊曉宏，李光燦

（1.貴州大學(xué) 電子信息學(xué)院，貴州 貴陽550025;2.貴州航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)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(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(dòng)作溫度和降溫時(shí)的回復(fù)溫度）的檢測(cè)。目前,對(duì)溫度繼電器的測(cè)量還采用手工測(cè)試，測(cè)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(jiǎn)化測(cè)試工作，提高工作效率及提高測(cè)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(tái)上開發(fā)的溫度繼電器測(cè)試系統(tǒng)。

1 檢測(cè)原理及系統(tǒng)的組成

1.1 檢測(cè)原理

溫度繼電器的溫度特性檢測(cè)，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(duì)溫度繼電器檢測(cè)方法有3種分別是試塊測(cè)定法、空氣測(cè)定法和液體測(cè)定法。對(duì)溫度繼電器的檢測(cè)無論采用3種方法中的哪一種，都需要對(duì)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(cè)。通常空氣測(cè)定法與液體測(cè)定法檢測(cè)值較為接近，而與試塊測(cè)定法相比就會(huì)有大約3～5℃差值。行業(yè)中通常采用試塊法測(cè)定和空氣測(cè)定法。另外產(chǎn)品檢測(cè)中的升溫和降溫速度對(duì)檢測(cè)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(cè)定法。

1)溫度特性判定

傳統(tǒng)的檢測(cè)方法中，通常采用發(fā)光二級(jí)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(dòng)記錄動(dòng)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(dòng)將KEITHLEY2700對(duì)應(yīng)通道的溫度繼電器動(dòng)作或回復(fù)時(shí)的溫度記錄存儲(chǔ)到excel中。

2)溫度監(jiān)測(cè)

試塊法通常采用水銀溫度計(jì)監(jiān)測(cè)，空氣測(cè)定法和液體測(cè)定法通常采用溫度傳感器監(jiān)測(cè)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(duì)實(shí)時(shí)溫度的檢測(cè)。

在實(shí)際測(cè)試過程中需要對(duì)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(cè)試系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、KEITHLEY2700、高低溫測(cè)試箱和溫度繼電器測(cè)試電路組成。

圖1 系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Structure diagram of the system

1)溫度繼電器測(cè)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LabvIEW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(hào)通道或10路4線信號(hào)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(cè)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(cè)39個(gè)溫度繼電器（通道1用于測(cè)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(cè)溫度、2通道至10通道用于溫度繼電器測(cè)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(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是在LabVIEW[2-5]平臺(tái)上開發(fā)的溫度繼電器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了直觀的操作界面，能夠自動(dòng)采集并記錄數(shù)據(jù)。其工作流程圖如圖2所示。

圖2 軟件設(shè)計(jì)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(shè)備連接

首先將數(shù)據(jù)采集卡7700插入KEITHLEY2700中，每臺(tái)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(cè)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(qū)動(dòng)程序如圖4所示。

圖3 測(cè)試界面圖Fig.3 Test interface figure

圖4 KEITHLEY 2700驅(qū)動(dòng)程序Fig.4 KEITHLEY 2700 Drivers

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

圖5 實(shí)時(shí)溫度LabVIEW程序圖Fig.5 Real-time temperature LabVIEW program chart

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(duì)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(dòng)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(jiǎn)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(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(dòng)停止。次編程與升溫?cái)嚅_相似。

5）數(shù)據(jù)處理

圖6 升溫?cái)嚅_程序圖Fig.6 Disconnect heating program chart

測(cè)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(cè)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(cè)試與數(shù)據(jù)分析

本系統(tǒng)測(cè)試?yán)?700自動(dòng)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(cè)試40個(gè)通道。以80個(gè)某型號(hào)（30±5℃）溫度繼電器為例，每次測(cè)20個(gè)需測(cè)4次，如表1給出其中一次測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 A set ofmeasured data

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(cè)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(cè)量需求，達(dá)到了自動(dòng)化測(cè)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(cè)量更多的溫度繼電器，大大提高測(cè)試的效率。

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