耐电压测试仪自动检测系统的研究和应用

单 莹/山东省计量科学研究院

0 引言

随着经济的飞速发展，人们对各种家用电器，以及社会对各种低压电器设备、电器器具、绝缘材料和绝缘结构的抗电性能安全要求的不断提高，安规系列仪表的需求和对其各项性能指标的检测要求也越来越高。作为安规系列仪表重要组成部分的耐电压测试仪，性能指标的优劣直接关系到人们日常工作生活的安全。如何科学、准确、高效的检定耐电压测试仪已经成为近年来安规计量研究的热点，而对耐电压测试仪的检定有赖于准确可靠的仪器和科学合理的检测方法。目前，市场上的耐压测试仪校验装置多采用的是传统的测试方法，测试精度不高，无法实现计算机自动控制检定。在研发新型高精度耐电压测试仪校验仪的基础上，开发出一套自动检测系统，具有记录、存贮、检索、打印证书等自动检定功能，提高了检定的效率和质量，使检定结果更加可靠。

1 主要技术指标和功能

系统由耐电压测试仪校验仪AN20015作为主标准器，采用直接测量法检定。

主要功能包括:基本信息调用及录入，检定点文件的生成及调用，基本误差检定，误差处理，检定数据的保存、查询，报告和证书的生成。

2 系统的组成

2.1 硬件系统

硬件采用带RS-232接口的耐电压测试仪校验仪，通过线缆与计算机、打印机相连。系统以16位微处理器为核心，以14位ADC为主，辅以其他外围电路，使测量快速、准确。输入阻抗高达100 mΩ，分压及采样采用高稳定性、高精度（0.5%）、低温度系数（25PPM）的电阻，使外界环境温湿度对仪器测量的影响减到最小。同时采用总线隔离、良好接地和屏蔽、软硬件滤波等多种抗干扰技术，提高仪器的抗电磁干扰能力，保证了校验仪测量的准确性、稳定性以及长期工作可靠性。

耐电压测试仪校验仪是用于对耐电压测试仪，包括数字式及指针式交流(工频)、直流耐电压测试仪、绝缘耐电压测试仪的耐压部分、安全性能综合测试仪的耐压部分进行首次检定、后续检定和使用中检验的自动校验装置，能够自动检测测试仪的交直流输出电压有效值、交流输出电压的失真度及波峰失真、直流输出电压的纹波系数、交直流击穿报警电流有效值、输出电压持续（保持）时间及频率。

耐电压测试仪输出的高电压经校验仪内部分压器分压，输出电流经电阻取样后，变为较易测量的电压信号，经信号处理及采样保持后送至14位ADC进行模数转换，DSP数字信号处理器读取数字量进行计算和处理，最后通过显示电路显示测量结果（图1）。

图1 原理框图

2.2 软件系统

系统选用Windows 98/Me 操作系统为系统运行环境，用C++ Builder 6.0作为系统软件开发平台,开发了应用程序界面，Microsoft Access作为数据库服务器。

软件采用模块化程序设计方法,划分为不同部分的功能模块：硬件驱动程序、系统界面、仪器控制和数据库管理。每个模块又划分为若干个子模块。如图2。

图2 软件模块图

2.2.1 硬件驱动程序

亦即接口板驱动程序，是系统控制软件的最低层，它直接对RS-232接口板进行控制，实现对信号的I/ O操作。按照功能设计接口库函数，并将接口库函数包装在动态链接库DLL中（动态链接库是包含函数集和数据的一些模块，它提供了一种模块化应用方式），这样其函数功能可以更方便地被更新或利用。本系统接口卡的驱动源程序编译成PC3w32.DLL 库，然后在C++ Builder 环境下将该PC3w32.DLL 库装入应用程序。数据传送的挂钩过程由接口板的硬件实现， 应用程序主要是通过I/O 语句寻址板上的各寄存器以实现各种接口功能。

RS-232接口芯片硬件接口如图3 所示。

图3 RS-232接口芯片硬件接口图

2.2.2 系统界面

软件部分的核心，它直接面向用户，是系统控制软件的最上层。系统具有良好的人机界面，一方面，对必须操作者完成的动作适时提示， 同时还显示当前的工作状态、测试结果等，以便用户了解测试工作的进程；另一方面， 用户可以通过界面选择所测内容来完成各种功能，如：录入及保存仪器的基本信息、检定条件，量程文件的生成、保存、修改及调用，测试参数（交、直流输出电压，击穿电流，持续时间，容量，交流电压失真度，直流电压纹波系数等）的选择，控制可程控耐电压测试仪校验仪的工作状态（远控、本地、暂停、复位），测量数据的采集、存储，数据库查询及修改，原始记录及证书的生成等。

原始记录采用C++ Builder自带的报表生成，证书则以Word文档的格式生成，以便保存到本院证书管理系统。

2.2.3 仪器控制

对可程控仪器的工作状态进行控制，读取被测表的数据，是系统程控功能的最主要体现部分，它包括通讯与控制两部分。

与仪器的通讯部分通过调用RS232库函数实现：在C++ Builder中将声明了库函数的PC3W.PAS模块加入项目文件中，在这个模块中，软件系统通过使用动态连接的方法来调用DLL中的接口库函数，即动态连接库函数。基本的库函数有初始化接口卡、置仪器为远控状态、置仪器为本地状态、读取仪器发出的信息等。

而通过将可程控仪器的程控码作为库函数的参数，就可实现对仪器的控制。这部分由许多子过程构成，由系统界面上的按扭或按键激发，分别对应于不同的检测功能，是系统中较关键也较复杂的部分。合理编制可控制各仪器的模块， 首要的任务是充分了解仪器的性能及程控指令系统，其次是合理安排指令执行的先后次序。仪器控制的流程图见图4。

图4 系统主程序流程图

2.2.4 数据库管理

数据库是系统的重要组成部分，它保存着测量结果及标准器的信息，主要完成系统对测量结果的数据管理，标准器基本信息及其程控功能码的管理工作。利用C++ Builder功能强大的数据库组件，可以方便地实现各种功能。另外，通过ADO技术，该系统可充分利用所内局域网的优势，利用已有的仪器收发系统，仪器的基本信息调用远程数据库服务器的信息而自动录入，不必重新输入。

3 试验及应用

本系统是依据JJG795-2004《耐电压测试仪》检定规程中的测试步骤开发出来的，符合仪表计量检定的要求，具有很高的准确度，经测试完全满足检定规程的要求。应用效果明显，提高了工作效率和工作质量。

不同方法测量耐电压测试仪的结果进行比较（表 1）。

表1

计算机自动控制检定明显优于人工手动检定。从时间上比较，计算机操作时间比人工操作所用时间节约了约50%（节省了操作时间）；从数据读取比较，计算机自动获取数据，减少了因人为读数、记录而引起的误差；在数据处理方面，计算机能够识别出临界、超差和严重超差的情况，并能明确标识于系统的报告中；且检定结果中包括全部的溯源性数据，在检定步骤的最后，自动生成校准报告，消除了繁琐的文件编制工作，同时将人工误差降低到最少。计算机自动检测的另一优势即通用性强。操作人员无需了解复杂的编程语言，只需简单的操作，便可完成全部的检测过程。自动检测使检测处于最优工作状况，即保持高质量、高效率、低消耗、低成本。

本文提出的耐电压测试仪检测方法是建立在新型耐电压测试仪校验仪基础上的，通过软件实现上位计算机对被检耐电压测试仪进行自动检测。自动化使检测发生了许多有意义的变化。数据报告的准确、人工资源和技术资源的最佳使用，无论对送检单位或检定机构都受益匪浅。

[1]钱诩，保春艳，康祥顺. C++ Builder 6.0设计书之路[M]. 北京：电子工业出版社，2005.

[2]中国计量科学研究院. JJG795-2004[S]. 北京：中国计量出版社，2004.

[3]韩安太. DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用[M]. 北京：清华大学出版社，2003.

[4]郑福成，李东炜等. 电学计量[M]. 北京： 中国计量出版社，1991.

[5]Data Sheet of: Technical Specification Model NO.: PD064VT5. PRIME VIEW INTERNATIONAL CO.，LTD. 2004.5.