便攜式安規綜合測試智能校準裝置研發

2019-01-07 05:10:44歐陽柏添蒙立光陳惠珍

中國測試 2018年12期

歐陽柏添，蒙立光，陳惠珍

(廣東省江門市質量計量監督檢測所，廣東江門 529000)

0 引言

安規綜合測試儀通常是指具備對電氣強度、泄漏電流、接地導通電阻、絕緣電阻等安全參數進行綜合測試的集成化儀器。根據JJG 795-2016《耐電壓測試儀檢定規程》[1]、JJG 1005-2005《電子式絕緣電阻表檢定規程》[2]、JJG 984-2004《泄漏電流測試儀檢定規程》[3]和JJG 843-2007《接地導通電阻測試儀檢定規程》[4]的要求，對安規綜合測試儀校準需進行電氣強度、泄漏電流、接地導通電阻、絕緣電阻等多項參數校準。莫華榮等[5-6]研究了單功能安規儀測試功能的校準，如接地導通電阻測試儀校準、耐電壓測試儀校準；龐彬等[7]設計分壓電路，能通過驅動電路進行電氣強度校準模塊、泄漏電流校準模塊、接地導通電阻校準模塊和絕緣電阻校準模塊的切換，實現不同功能的安規儀校準，但功能、負載檔位少，未能實現校準數據的自動記錄；曹敏等[8-13]研究儀器儀表的自動化校準及測試系統，實現校準與測試過程自動化與校準數據自動采集，但未見對安規儀多功能自動校準的報道。

由于安規綜合測試儀校準項目多，需進行電氣強度、接地導通電阻、絕緣電阻、泄漏電流等功能校準，且國內外安規設備校準裝置測試過程需要由人工接線，手工切換電路，難以自動智能進行多項校準任務。為此，本文研制一套便攜式安規綜合測試智能校準裝置，依據生產現場應用需求集電氣強度、絕緣電阻、接地導通電阻和泄漏電流測試功能于一體，設置多項校準值預置檔位，將能實現全自動校準與全過程數據記錄，提高校準可溯源性。

1 安規綜合測試智能校準裝置原理與需求

安規綜合測試儀的種類繁多、功能各異、性能指標各不相同。為確保校準裝置能滿足設計需求，分析市場上典型安規綜合測試儀技術參數，包括MN4255 AM安全性能綜合測試儀、AN9640B安全性能綜合測試儀、BH-DJT-801電機綜合測試系統、AN96951 M定子綜合測試儀、KY-DZ-04定子綜合測試臺等安規綜合測試儀等，獲得校準裝置的測量范圍、準確度等級與安規綜合測試儀技術參數對比如表1所示。

對安規儀進行校準時，校準裝置模擬安規儀的測試對象接入安規儀：進行絕緣電阻校準時，安規儀輸出高壓進入校準裝置內部定值高壓高值電阻，比較安規儀顯示的電阻值與校準裝置內部定值高壓高值電阻值；進行接地導通電阻校準時，安規儀輸出的電流接入校準裝置內部定值精密電阻，比較安規儀顯示的電阻值與校準裝置內部定值精密電阻值；進行電氣強度與泄漏電流校準時，安規儀輸出的電流或電壓接入校準裝置，比較安規儀顯示的電流或電壓值與校準裝置顯示的電流或電壓值。安規儀校準常選取校準范圍內常用固定校準點進行校準，故安規綜合測試智能校準裝置的主要需求有：

表1 技術參數對比表

1) 多功能。通過使用PLC線路切換模塊，切換不同校準功能模塊不同校準點的線路接法，實現多功能校準、多檔位校準。該模塊可由PLC與繼電器組成，可提高裝置的穩定性。

2) 多檔位。校準裝置各功能校準模塊具有多個定值精密電阻，通過切換不同阻值電阻，能實現一鍵切換不同檔位校準，實現安規儀全面快速校準。

3) 自動化。PLC線路切換模塊能由上位機進行實時自動控制，實現多功能自動化校準。

4) 數據可溯源。數字電表校準數據需進行實時采集并傳送到上位機進行處理、存儲，并在測試結束后，給出測試結果與生成測試報表。

2 安規綜合測試智能校準裝置設計

2.1 校準裝置的功能結構框架

圖1為安規綜合測試智能校準裝置架構，包括上位機、PLC線路切換模塊、功能校準模塊、數字電流表[14-15]。

上位機提供人機交互界面，連接并控制PLC線路切換模塊和數字電表；PLC控制各功能校準模塊的分壓電阻繼電器，使被測安規儀的輸出測試信號接入各功能校準模塊的不同分壓電阻；數字電流表分別與各功能校準模塊和上位機連接，以測量電流值并傳輸至上位機。

2.2 校準裝置的功能結構框架

圖2為功能校準模塊硬件電路圖，包括電氣強度校準模塊、絕緣電阻校準模塊、接地導通電阻校準模塊與泄漏電流校準模塊。

圖1 安規綜合測試智能校準裝置架構

1）電氣強度校準模塊。電氣強度測量模塊包括高精度高壓分壓電路與擊穿報警電流測量電路。圖3為高精度高壓分壓電路，其中R1、R3分別為高值、低值負載電阻；R2、R4分別為一次、二次采樣電阻。R1=999 MΩ、R2=2 MΩ、R3=1.8 MΩ、R4=0.2 MΩ，分壓比例K為

圖4為擊穿報警電流測量電路。通過PLC切換繼電器開關，將被校安規綜合測試儀高壓輸出到不同的負載電阻，從而獲得預定電流值，校準安規儀測得的電流與校準裝置所輸出電流值，完成安規儀的多檔位電氣強度校準。

2）接地導通電阻校準模塊。圖5為接地導通電阻測量電路，接地導通電阻測量模式有四線制、兩線制2種校準方法。

四線制測量時，閉合KM17，電位端固定接于P0、P1端子，電流端固定接于 C0、C1端子，閉合KM19～KM24之一，可改變校準裝置內部接地導通電阻輸出值大小。兩線制測量時，電流端在C0、C1端子間移動。如校準電流時，閉合KM18、KM21，電流從R23兩端輸入。

3）泄漏電流校準模塊。圖6為泄漏電流測試電路，以常用243 V為測試電壓，分0.2～10 mA共6個量程。

4）絕緣電阻校準模塊。圖7為絕緣電阻輸出電路，絕緣電阻輸出電阻值范圍為1～1 000 MΩ。通過PLC切換繼電器開關，將被校安規綜合測試儀高壓輸出到不同負載電阻，比較安規儀測得電阻與校準裝置所選絕緣電阻值，完成安規儀多檔位絕緣電阻校準。

圖2 硬件電路圖

圖3 高精度高壓分壓電路

圖4 擊穿報警電流測量電路

圖5 接地導通電阻測量電路

圖6 泄漏電流測試電路

2.3 綜合測試軟件設計

安規綜合測試智能校準軟件開發平臺為LabVIEW。圖8為校準軟件功能結構框圖，其中系統初始化模塊用于裝置各模塊的完整性驗證及建立通信連接，完成校準項目與校準點選擇；PLC功能控制模塊用于控制裝置PLC，以將線路切換至不同校準功能與校準點所需線路；電參數測量模塊采集校準過程數字電表的實測電參數數據；數據處理模塊將采集的電參數數據進行顯示與存儲，并進行校準結果分析。

圖7 絕緣電阻輸出電路

圖8 綜合校準軟件功能結構

圖9為校準軟件主界面，包括測試控制按鈕、校準設置與電參數實時顯示界面。圖10為校準初始化界面，只需選擇所需校準項目、校準點，系統即可按照校準規范自動對安規儀進行多功能、多檔位校準。

2.4 自動測試流程

圖11是智能校準裝置校準安規儀流程圖，具體校準流程為：1）按照接線要求連接被校安規儀與校準裝置輸入輸出線路，在上位機選擇校準項目與校準點；2）上位機控制PLC線路切換模塊，將校準裝置內部校準功能模塊切換至待測項目校準點所需電路接線；3）開始校準，被校安規儀輸出電壓、電流信號至校準裝置，輸入被校安規儀電參數示值至上位機；上位機記錄與顯示校準裝置測得實際電參數作為標準值，校準安規儀；4）返回步驟2），進行下一個校準點進行校準，直至完成該項目所有校準點校準；5）返回步驟2），選擇下一個校準項目，或結束校準。