铂电阻温度变送器自动化测试系统研究与应用

彭红梅 张 恽 郑淑云 刘 辉

(北京遥测技术研究所，北京 100076，China)

1 引 言

温度是人们日常生活、生产中经常需要测量的参数，铂电阻温度计应用非常广泛，其具有生产批量大的特点。

铂电阻温度变送器是将铂电阻产生的微小电阻信号经过非线性转换，再经噪声抑制、线性放大，转换为可以传输的电流或者电压输出。铂电阻温度变送器具有测试精度要求高、测试过程复杂的特点。为了评估铂电阻温度变送器的温度特性、环境的耐受性，需要进行大量的环境试验测试，给测试人员带来极大工作量，同时拖延了产品交付的进度。

此前，产品测试存在诸多缺点：测试状态主要以手动测试为主。在批量产品测试过程中，需要不断用手动完成输入信号调节和频繁的产品切换。测试过程中很容易耦合干扰、影响产品的测试精度，也容易损坏测试仪器与工装。在测试过程还需要记录大量的测试数据，而纸制记录不仅无法保证数据的查阅与复用，更不便于产品包络分析。人工记录、评判还存在质量隐患。因此，迫切需要用自动化、信息化手段替代人工测试，解决测试、交付效率低下的问题，研制铂电阻温度变送器自动化测试系统具有重要实际意义。

2 系统方案设计

2.1 测试系统组成

系统设计主要针对铂电阻温度变送器测试需求，实现多台变换器性能自动测试，实现测试数据的存储记录与精度计算。

采用一种基于局域网的模块化测试平台标准LXI(LAN extension for instrumentation)总线构建测试系统。LXI是基于网络的测量总线，解决了测试平台和测试设备之间控制和数据传输等问题，能够实现对被测设备的测试。LXI总线采用流行的Ethernet、PC和PC标准软件作为控制平台，具有成本低、适应性好、有高带宽的LAN接口强大的计算和管理能力等优点。

测试系统主要由如下部分组成：Agilent 34980A多路测量仪器为硬件平台，内置四块复用开关模块34922A和一块通用开关模块34938A，与一台温度/压力校准器Fluke 525B、两台线性电源DH1718A-4通过转接组合配合使用，实现数据采集和开关控制。测试系统组成如图1所示，以Agilent 34980A为测试与数据传输的主控模块。各模块功能如下：

图1 测试系统组成

a)温度/压力校准器Fluke 525B作为变换器输入信号源，模拟铂电阻传感器的输出。满足输入信号幅值微小、频率低的特点，为变送器提供高精度、稳定的信号源。

b)复用开关模块34922A以及6位半内置万用表结合，实现了多路信号的切换测试，实现对变换器性能的测量。

c)通用开关模块34938A实现供电控制和阻抗测试。

d)两台DH1718A-4电源给变换器供电。

e)通过转接组合及电缆实现多路变换器与测试系统的连接。

2.2 测试系统主要技术性能

a)测量与控制通道：60路，可扩展；

b)能够控制变送器加电；

c)能够测量变送器输出和交流噪声；

d)能够控制525B，提供测试所需的输入信号；

e)能够控制示波器，获取波形；

f)监测电源电压和温箱温度；

g)测量分辨率6位半；

h)直流电压测量范围100mV～100V；

i)交流电压测量范围100mV～100V；

j)测量范围可通过软件设置；

k)温度测量范围：-80℃～+100℃；

l)可自动实现输出阻抗测试；

m)自动完成变送器的线性特性测量和频响测试；

n)可以完成对变送器的温度误差数据处理；

o)试验过程中具有数据报警功能并能明示故障产品；

p)测量通道可根据试验要求进行定义；

q)对测试数据具有曲线和表格显示功能；

r)测量数据以Excel格式保存在指定文件夹或数据库中；

s)试验测试数据生成试验报表并可打印，报表信息包含每件试验产品信息、试验信息、人员信息等；

t)具有LAN接口、GPIB接口通讯控制功能和连接功能。

2.3 系统自动测试项目

系统能按配置文件自动完成设定流程测试，在产品试验过程中，可以通过配置文件，设置产品加电、断电流程，实现产品的自动测试。实现的自动测试流程有：整机温循、整机老炼、高低温试验、常态性能测试。

3 系统工作原理

3.1 系统主控器34980A功能与控制

计算机通过局域网LAN(Local Area Network)与34980A实现测试变换器的选择、获取测试结果，并完成电源控制信息传递。通过内置总线控制各模块的工作。

34922A是34980A内置的70路复用开关模块，在测试系统中分别用于输入控制和切换、阻抗测量切换、输出测量切换等。

34938A是34980A内置的20路通用开关，在测试系统中用于电源控制及阻抗测试负载电阻加入控制等。

34980A内置有一块6位半的万用表，可实现电压、电流、电阻等参数的测量，直接采样后部的Analog Bus端口测量外部信号。

3.2 信号输入

温度/压力校准器Fluke 525B用于模拟铂电阻传感器的输出、作为被测变送器的输入。上位机通过GPIB总线(General-Purpose Interface Bus)控制Fluke 525B。

测试系统采用 Fluke 525B与34922A结合，向被测变送器提供输入信号,信号输入等效电路如图2所示。

图2 信号输入等效电路

Fluke 525B模拟铂电阻传感器电压输出经转接组合接至34922A，经34922A后再次进入转接组合,然后输出至被测变送器。使用34922A和34980A内置万用表配合，监测铂电阻温度变送器的输入信号。模拟铂电阻输出同时连接至转接组合前面板的“输入监测”端子，可外接标准仪器进行监测。

通过多路复用开关34922A即可实现一台525B向多路被测变送器同时或分别提供输入信号的功能。

3.3 输出电压测量

变送器输出的测量原理如图3所示，变送器输出经转接组合连接至34922A的复用开关，34922A的COM端连接至34980A的内置万用表进行测量。

图3 输出电压测量

COM端输出同时连接至转接组合前面板的监测端子，可外接标准仪器进行监测。

3.4 输出阻抗测试

输出阻抗测试原理如图4所示。在测试信号转接组合内安装固定负载RL，用于变换器输出阻抗测试。RL连接到34938A，34938A对应通道的另一端进入信号转接组合后连接到变送器两端。

图4 阻抗测试

阻抗测试时，首先断开34938A 通道，此时变送器处于无负载状态，记录输出端的电压值；然后闭合34938A对应通道，负载电阻直接加载在变换器的输出，记录加载负载状态下输出端的电压值。根据两次记录的结果及负载电阻值，可以计算出被测产品的输出阻抗值。

在进行其它项目测试时，34938A对应通道置于断开状态。

3.5 加电控制

测试系统采用两台DH1718A-4电源供电，输入电源经由转接组合接入34938A，采用4路开关通道分别控制电源，每个通道控制15个铂电阻温度变送器的供电。

3.6 温度监测

采用一路34922A 通道与34980A的内置万用表相结合，按四线制法测量温度传感器的输出，监控试验环境温度。

4 系统软件设计

4.1 软件功能

软件确保系统按配置的试验项目及测试流程对产品自动加电，自动完成试验及性能测试。

流程设置可以创建新的试验项目及测试流程或调用已有测试流程。

4.2 软件界面

软件界面包括配置界面、测试界面等。

启动软件后，进入软件主界面，如图5所示。主界面顶部为工具栏，包括新建(工程文件)、打开(工程文件)、配置、采集测试、二进制文件转换等工具按钮。

图5 软件主界面

左侧窗口栏为“软件功能”栏，包括仪器列表和试验项目列表，并能标示已选中试验项目和已完成试验项目。

4.3 配置界面

通过对系统进行配置实现对产品的自动测试。新建工程时，将弹出配置窗口界面，可分别进行工程信息、产品信息、试验项目和产品接线对应关系的配置。

配置界面可对产品各种试验项目、性能指标测试输入参数进行配置，包括判据(即合格标准)、试验时间、试验频率点等。常态测试的软件配置界面如图6所示。

图6 软件配置界面

4.4 测试界面

新建工程或调用已有工程文件后，选择要做的试验项，即可进行采集测试，测试界面如图7所示。

图7 测试界面

测试界面实时监视测试过程环境温度，显示被测产品编号，输入值，输出值等。信息栏可显示当前试验进展情况和出错信息，右侧为电压监测窗口。不合格产品在对应栏目和信息栏中均有标示。

4.5 数据处理

在设备自动完成产品试验过程自动加电与测试过程中，测量原始数据将以二进制的形式存储在工程名对应的文件夹中。在每一项试验结束后，软件自动将原始数据转换为Excel格式，每个产品对应一个excel文件。

对试验结束后有生成报表需求的试验项目，将自动计算各项数据，并填写到报表的对应项目中。产品技术性能测试记录报表如表1所示。

表1 产品技术性能测试记录报表

5 系统测试效果

铂电阻温度变送器自动化测试系统能够一次性测试60台铂电阻温度变送器。其自动生成报表和自动计算产品精度功能节省了数据处理的工作流程和时间，给产品的测试工作带来了很大便利。

特别是产品在整机温循、整机老炼等环境试验中无需手动测试，节省了等待的时间。铂电阻温度变换器各项性能无需手动计算即可直接显示在报表中。当指标超差时，产品不合格性能能够及时暴露出来，使问题能够获得快速有效的处理，大大缩短了产品交付周期。以往采用手动测试时，一个工作日8小时能完成205台产品的测试，采用自动化测试系统可完成680台产品的测试，测试效率提高了近4倍，报表处理时间节省了7个工作日，提升了产品的生产效率。特别是在完成流程配置后，整个项目测试过程无需人工干预，较大减轻了测试人员的劳动强度。

6 结束语

铂电阻温度变送器自动化测试系统实现了铂电阻温度变送器自动测试。该方式替代了传统的手动测试，缩短了产品在测试环节上的时间。在提高产品生产效率的同时，避免了人为错误引起的粗大误差，提升了产品性能测试的准确性。

该自动化测试系统的研制成功不仅解决了铂电阻温度变送器批量测试难题，提高了测试效率，同时便于数据的存储与处理。该系统模块化的设计也为系统功能的扩展提供了良好的平台。基于LXI总线的测量系统可应用于范围更大的分布式远程测量与监控，具有广泛的应用前景。