鉑電阻溫度變送器自動化測試系統研究與應用

彭紅梅 張 惲 鄭淑云 劉 輝

(北京遙測技術研究所，北京 100076，China)

1 引 言

溫度是人們日常生活、生產中經常需要測量的參數，鉑電阻溫度計應用非常廣泛，其具有生產批量大的特點。

鉑電阻溫度變送器是將鉑電阻產生的微小電阻信號經過非線性轉換，再經噪聲抑制、線性放大，轉換為可以傳輸的電流或者電壓輸出。鉑電阻溫度變送器具有測試精度要求高、測試過程復雜的特點。為了評估鉑電阻溫度變送器的溫度特性、環境的耐受性，需要進行大量的環境試驗測試，給測試人員帶來極大工作量，同時拖延了產品交付的進度。

此前，產品測試存在諸多缺點：測試狀態主要以手動測試為主。在批量產品測試過程中，需要不斷用手動完成輸入信號調節和頻繁的產品切換。測試過程中很容易耦合干擾、影響產品的測試精度，也容易損壞測試儀器與工裝。在測試過程還需要記錄大量的測試數據，而紙制記錄不僅無法保證數據的查閱與復用，更不便于產品包絡分析。人工記錄、評判還存在質量隱患。因此，迫切需要用自動化、信息化手段替代人工測試，解決測試、交付效率低下的問題，研制鉑電阻溫度變送器自動化測試系統具有重要實際意義。

2 系統方案設計

2.1 測試系統組成

系統設計主要針對鉑電阻溫度變送器測試需求，實現多臺變換器性能自動測試，實現測試數據的存儲記錄與精度計算。

采用一種基于局域網的模塊化測試平臺標準LXI(LAN extension for instrumentation)總線構建測試系統。LXI是基于網絡的測量總線，解決了測試平臺和測試設備之間控制和數據傳輸等問題，能夠實現對被測設備的測試。LXI總線采用流行的Ethernet、PC和PC標準軟件作為控制平臺，具有成本低、適應性好、有高帶寬的LAN接口強大的計算和管理能力等優點。

測試系統主要由如下部分組成：Agilent 34980A多路測量儀器為硬件平臺，內置四塊復用開關模塊34922A和一塊通用開關模塊34938A，與一臺溫度/壓力校準器Fluke 525B、兩臺線性電源DH1718A-4通過轉接組合配合使用，實現數據采集和開關控制。測試系統組成如圖1所示，以Agilent 34980A為測試與數據傳輸的主控模塊。各模塊功能如下：

圖1 測試系統組成

a)溫度/壓力校準器Fluke 525B作為變換器輸入信號源，模擬鉑電阻傳感器的輸出。滿足輸入信號幅值微小、頻率低的特點，為變送器提供高精度、穩定的信號源。

b)復用開關模塊34922A以及6位半內置萬用表結合，實現了多路信號的切換測試，實現對變換器性能的測量。

c)通用開關模塊34938A實現供電控制和阻抗測試。

d)兩臺DH1718A-4電源給變換器供電。

e)通過轉接組合及電纜實現多路變換器與測試系統的連接。

2.2 測試系統主要技術性能

a)測量與控制通道：60路，可擴展；

b)能夠控制變送器加電；

c)能夠測量變送器輸出和交流噪聲；

d)能夠控制525B，提供測試所需的輸入信號；

e)能夠控制示波器，獲取波形；

f)監測電源電壓和溫箱溫度；

g)測量分辨率6位半；

h)直流電壓測量范圍100mV～100V；

i)交流電壓測量范圍100mV～100V；

j)測量范圍可通過軟件設置；

k)溫度測量范圍：-80℃～+100℃；

l)可自動實現輸出阻抗測試；

m)自動完成變送器的線性特性測量和頻響測試；

n)可以完成對變送器的溫度誤差數據處理；

o)試驗過程中具有數據報警功能并能明示故障產品；

p)測量通道可根據試驗要求進行定義；

q)對測試數據具有曲線和表格顯示功能；

r)測量數據以Excel格式保存在指定文件夾或數據庫中；

s)試驗測試數據生成試驗報表并可打印，報表信息包含每件試驗產品信息、試驗信息、人員信息等；

t)具有LAN接口、GPIB接口通訊控制功能和連接功能。

2.3 系統自動測試項目

系統能按配置文件自動完成設定流程測試，在產品試驗過程中，可以通過配置文件，設置產品加電、斷電流程，實現產品的自動測試。實現的自動測試流程有：整機溫循、整機老煉、高低溫試驗、常態性能測試。

3 系統工作原理

3.1 系統主控器34980A功能與控制

計算機通過局域網LAN(Local Area Network)與34980A實現測試變換器的選擇、獲取測試結果，并完成電源控制信息傳遞。通過內置總線控制各模塊的工作。

34922A是34980A內置的70路復用開關模塊，在測試系統中分別用于輸入控制和切換、阻抗測量切換、輸出測量切換等。

34938A是34980A內置的20路通用開關，在測試系統中用于電源控制及阻抗測試負載電阻加入控制等。

34980A內置有一塊6位半的萬用表，可實現電壓、電流、電阻等參數的測量，直接采樣后部的Analog Bus端口測量外部信號。

3.2 信號輸入

溫度/壓力校準器Fluke 525B用于模擬鉑電阻傳感器的輸出、作為被測變送器的輸入。上位機通過GPIB總線(General-Purpose Interface Bus)控制Fluke 525B。

測試系統采用 Fluke 525B與34922A結合，向被測變送器提供輸入信號,信號輸入等效電路如圖2所示。

圖2 信號輸入等效電路

Fluke 525B模擬鉑電阻傳感器電壓輸出經轉接組合接至34922A，經34922A后再次進入轉接組合,然后輸出至被測變送器。使用34922A和34980A內置萬用表配合，監測鉑電阻溫度變送器的輸入信號。模擬鉑電阻輸出同時連接至轉接組合前面板的“輸入監測”端子，可外接標準儀器進行監測。

通過多路復用開關34922A即可實現一臺525B向多路被測變送器同時或分別提供輸入信號的功能。

3.3 輸出電壓測量

變送器輸出的測量原理如圖3所示，變送器輸出經轉接組合連接至34922A的復用開關，34922A的COM端連接至34980A的內置萬用表進行測量。

圖3 輸出電壓測量

COM端輸出同時連接至轉接組合前面板的監測端子，可外接標準儀器進行監測。

3.4 輸出阻抗測試

輸出阻抗測試原理如圖4所示。在測試信號轉接組合內安裝固定負載RL，用于變換器輸出阻抗測試。RL連接到34938A，34938A對應通道的另一端進入信號轉接組合后連接到變送器兩端。

圖4 阻抗測試

阻抗測試時，首先斷開34938A 通道，此時變送器處于無負載狀態，記錄輸出端的電壓值；然后閉合34938A對應通道，負載電阻直接加載在變換器的輸出，記錄加載負載狀態下輸出端的電壓值。根據兩次記錄的結果及負載電阻值，可以計算出被測產品的輸出阻抗值。

在進行其它項目測試時，34938A對應通道置于斷開狀態。

3.5 加電控制

測試系統采用兩臺DH1718A-4電源供電，輸入電源經由轉接組合接入34938A，采用4路開關通道分別控制電源，每個通道控制15個鉑電阻溫度變送器的供電。

3.6 溫度監測

采用一路34922A 通道與34980A的內置萬用表相結合，按四線制法測量溫度傳感器的輸出，監控試驗環境溫度。

4 系統軟件設計

4.1 軟件功能

軟件確保系統按配置的試驗項目及測試流程對產品自動加電，自動完成試驗及性能測試。

流程設置可以創建新的試驗項目及測試流程或調用已有測試流程。

4.2 軟件界面

軟件界面包括配置界面、測試界面等。

啟動軟件后，進入軟件主界面，如圖5所示。主界面頂部為工具欄，包括新建(工程文件)、打開(工程文件)、配置、采集測試、二進制文件轉換等工具按鈕。

圖5 軟件主界面

左側窗口欄為“軟件功能”欄，包括儀器列表和試驗項目列表，并能標示已選中試驗項目和已完成試驗項目。

4.3 配置界面

通過對系統進行配置實現對產品的自動測試。新建工程時，將彈出配置窗口界面，可分別進行工程信息、產品信息、試驗項目和產品接線對應關系的配置。

配置界面可對產品各種試驗項目、性能指標測試輸入參數進行配置，包括判據(即合格標準)、試驗時間、試驗頻率點等。常態測試的軟件配置界面如圖6所示。

圖6 軟件配置界面

4.4 測試界面

新建工程或調用已有工程文件后，選擇要做的試驗項，即可進行采集測試，測試界面如圖7所示。

圖7 測試界面

測試界面實時監視測試過程環境溫度，顯示被測產品編號，輸入值，輸出值等。信息欄可顯示當前試驗進展情況和出錯信息，右側為電壓監測窗口。不合格產品在對應欄目和信息欄中均有標示。

4.5 數據處理

在設備自動完成產品試驗過程自動加電與測試過程中，測量原始數據將以二進制的形式存儲在工程名對應的文件夾中。在每一項試驗結束后，軟件自動將原始數據轉換為Excel格式，每個產品對應一個excel文件。

對試驗結束后有生成報表需求的試驗項目，將自動計算各項數據，并填寫到報表的對應項目中。產品技術性能測試記錄報表如表1所示。

表1 產品技術性能測試記錄報表

5 系統測試效果

鉑電阻溫度變送器自動化測試系統能夠一次性測試60臺鉑電阻溫度變送器。其自動生成報表和自動計算產品精度功能節省了數據處理的工作流程和時間，給產品的測試工作帶來了很大便利。

特別是產品在整機溫循、整機老煉等環境試驗中無需手動測試，節省了等待的時間。鉑電阻溫度變換器各項性能無需手動計算即可直接顯示在報表中。當指標超差時，產品不合格性能能夠及時暴露出來，使問題能夠獲得快速有效的處理，大大縮短了產品交付周期。以往采用手動測試時，一個工作日8小時能完成205臺產品的測試，采用自動化測試系統可完成680臺產品的測試，測試效率提高了近4倍，報表處理時間節省了7個工作日，提升了產品的生產效率。特別是在完成流程配置后，整個項目測試過程無需人工干預，較大減輕了測試人員的勞動強度。

6 結束語

鉑電阻溫度變送器自動化測試系統實現了鉑電阻溫度變送器自動測試。該方式替代了傳統的手動測試，縮短了產品在測試環節上的時間。在提高產品生產效率的同時，避免了人為錯誤引起的粗大誤差，提升了產品性能測試的準確性。

該自動化測試系統的研制成功不僅解決了鉑電阻溫度變送器批量測試難題，提高了測試效率，同時便于數據的存儲與處理。該系統模塊化的設計也為系統功能的擴展提供了良好的平臺。基于LXI總線的測量系統可應用于范圍更大的分布式遠程測量與監控，具有廣泛的應用前景。