CN109407032A - 一种直流分压器分压比校准平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了直流分压器分压比校准平台，包括第一数字万用表，第一数字万用表用于采集标准分压器的输出信号；第二数字万用表用于采集被测分压器的输出信号；第一数字万用表和第二数字万用表的输出端均和工控一体机相通讯连接，工控一体机的输出端连接触发源的输入端，触发源的输出端分别和第一数字万用表和第二数字万用表的输入端相连接，以使得第一数字万用表和第二数字万用表同步采集数据，工控一体机并对所采集到的数据进行处理。本发明的校准平台通过两台数字万用表同步采集标准分压器和被测分压器的输出信号，然后通过工控一体机对两台数字万用表所采集到的数据进行处理，不仅节省大量人力，而且数据处理准确性高，稳定性好，功能齐全。

Description

一种直流分压器分压比校准平台

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种直流分压器分压比校准平台。

背景技术

我国是世界上拥有直流输电工程数量最多、输送线路最长、输送电压等级最高的国家，直流输电系统中直流分压器是不可缺少的主设备。高压直流分压器是一种用于电力系统及电气、电子设备制造部门测量直流高电压的仪器。其上端均压罩为高压端，可直接接入被测高压，下端有专用接地端，供接地使用，用专用电缆连接高压分压器和低压显示仪表，并选择相应的电压和量程即可开始测量。由于其至关重要的作用，需要对分压器进行例行的校准试验和现场校准试验，高准确度的标准直流分压器就变得不可缺少。

在以往的人为校准实验当中，需要人工记录数据。人工读数很难保证同步性，两台数字万用表同时显示数据，每秒读数一次，人工观察受到诸多不确定因素影响很难保证精确度。收集到测量数据后需要对其进行整理计算和误差分析，人工录入信息耗时较长且不能保证准确性。

常见的校准软件可以实现初步的读数、记录和计算功能，但是由于所采用的直流电压数表精度不高，同时程序优化程度较低，其精度很难得到保证，同时数据存储功能尚且需要完善。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种直流分压器分压比校准平台，以提高校准试验效率和准确度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种直流分压器分压比校准平台，包括第一数字万用表、第二数字万用表、工控一体机以及触发源；其中，所述工控一体机安装具有数据采集及处理功能的LabVIEW程序；所述第一数字万用表用于采集标准分压器的低压侧输出信号；第二数字万用表用于采集被测分压器的低压侧输出信号；第一数字万用表和第二数字万用表的输出端均和所述工控一体机相通讯连接，工控一体机的输出端连接触发源的输入端，触发源的输出端分别和第一数字万用表和第二数字万用表的外部触发输入端相连接，以使得第一数字万用表和第二数字万用表同步采集数据，工控一体机所安装的LabVIEW程序对所采集到的数据进行处理。

所述第一数字万用表和第二数字万用表均为Agilent34401A数字万用表。

所述第一数字万用表和第二数字万用表的输出端与工控一体机进行RS-232串口通讯。

所述LabVIEW程序设置有初始化模块，通过同时配置两个Initialize控件使得工控一体机与第一数字万用表和第二数字万用表实现通讯。

所述LabVIEW程序还设置有时间延迟控件，所述时间延迟控件用于使得第一数字万用表和第二数字万用表每次触发采集结束后都等待设定的时间才进行下一次采集。

在所述触发源中设置有用于判定触发采集是否结束的触发判断单元。

所述LabVIEW程序采用基本误差以及A类不确定度2个技术指标表示被测分压器的测量

结果。

所述平均误差以及A类不确定度由如下方法获得：

(1).提取第一数字万用表和第二数字万用表所采集到的数据；

(2).根据三个连续测得的电压值计算平均值：

其中，v_b1、v_b2、v_b3为第一数字万用表采集得到的标准分压器低压侧的连续的三个电压值，V_b为三个连续电压值的平均值；v_s1、v_s2、v_s3为第二数字万用表采集得到的被测分压器低压侧的连续的三个电压值，V_s则是三个连续电压值的平均值；

(3).结合标准分压器的标称分压比α求得被测分压器实际分压比：

(4).求被测分压器基本误差：

α_j为被测分压器实际分压比，γ为被测分压器的基本误差，基本误差是被测分压器的一个重要技术指标；

(5).求解A类不确定度：

先求出10个被测分压器实际变比的平均值：

A类不确定度的计算采用贝塞尔公式：

将具体试验值带入上述通用计算公式，得到求解A类不确定度具体公式：

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明的校准平台通过两台数字万用表同步采集标准分压器和被测分压器低压侧的输出信号，然后通过工控一体机所安装的LabVIEW程序对两台数字万用表所采集到的数据进行处理，不仅节省大量人力，而且数据处理准确性高，稳定性好，功能齐全。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高压直流分压器分压比校准平台的结构示意图；

图2为同步测量流程图；

图中：1、第一数字万用表；2、第二数字万用表；3、工控一体机；4、触发源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

参阅图1所示，本实施例提供的直流分压器分压比校准平台包括第一数字万用表1、第二数字万用表2、工控一体机3以及触发源4。

其中，该第一数字万用表1用于采集标准分压器低压侧的输出信号；第二数字万用表2用于采集被测分压器低压侧的输出信号；第一数字万用1表和第二数字万用表2的输出端均和工控一体机3相通讯连接，工控一体机3的输出端连接触发源的输入端，触发源4的输出端分别和第一数字万用表1和第二数字万用表2的外部触发输入端相连接，以使得第一数字万用表1和第二数字万用表2同步采集数据，工控一体机3对所采集到的数据进行处理。

具体地，在本实施例中，第一数字万用表1和第二数字万用表2均是采用Agilent34401A数字万用表，Agilent34401A是一款快速、灵活且高精度的数字万用表，其后面板上有串口RS232以及GPIB插槽，通过设置串口通讯协议方便与工控一体机连接且实现遥控。作为一种高精度的测量设备，Agilent34401A具有灵活的系统特性，其读取速率每秒高达1000个读数且存储量可达512个读数。作为一种可靠的实验仪器，Agilent34401A还具有便利的实验特性，清晰的真空荧光显示器读数清晰，固化的数学运算功能方便实用，免手动、读数保持等功能都极大程度地便利了操作者的使用。

第一数字万用表1和第二数字万用表2的输出端与工控一体机3进行RS-232串口通讯，工控一体机3的输出端连接触发源4的输入端，触发源4的输出信号分别连接至第一数字万用表1和第二数字万用表2的外部触发输入端。LabVIEW程序中拥有34401A数字万用表的驱动程序，方便于程序的编辑。

而上述的触发源4采用独立的外部触发源，当触发源4同时对第一数字万用表1和第二数字万用表进2进行触发时，可实现第一数字万用表1和第二数字万用表2同步采集数据，并由安装在工控一体机3上的LabVIEW程序对采集的数据进行处理。

如图2所示同步采集的过程具体为：

本方案中所使用的同步测量技术是利用工控一体机的LabVIEW程序控制实现两台高精度数字万用表同步采集数据并对采集得到的数据进行处理。第一数字万用表和第二数字万用表能够很好地保证采集数据的精度，采集的同步性则是通过LabVIEW程序控制实现。LabVIEW程序分成多个模块，首先是初始化模块，通过同时配置两个Initialize控件使得工控一体机与第一数字万用表和第二数字万用表能够实现通讯，这一模块是程序的基础，放在程序的最外层，实现一次配置即可永久通讯，直至停止程序。

在建立通讯之后就需要遥控第一数字万用表和第二数字万用表同步采集数据。同步采集的实现需要控制第一数字万用表和第二数字万用表同时触发，本次实施例中采用的是用一个触发源同时对第一数字万用表和第二数字万用表实现外部触发，在程序的触发模块中使用“:CONF:VOLT:DC；”指令让两台数表同时设定为采集电压指标,并将触发源选择控件同时与两端口的触发源配置控件(Configure Trigger)连接，多点设置控件(ConfigureMultipoint)同时设置为一点，完成上述的触发基础配置后，激活测量(InitiateMeasurement)并采集测量结果(Fetch Measurement)，储存在LabVIEW中的数组中，方便后续调用。

在建立与设备的通讯之后，程序会遥控第一数字万用表和第二数字万用表不停的进行数据同步采集，循环结构成为关键。将两个端口触发所用的控件连接完备后封装在同一个循环结构中，按照要求循环数次并将采集来的数据依次存入数组当中，采集数据的时间间隔则是由“时间延迟”控件设置，将该控件放入循环结构中设定好延迟时间，则每次采集后都会等待一定时间才进行下一次触发采集。

在触发源中的还包含有判定触发采集是否结束的程序。这一判断需要在每次循环程序中都进行一次,因此需要在循环结构中再增加一个事件结构，在编号为0的事件结构当中存放触发模块的主程序即“设定触发源、开始测量、读取测量结果”，在编号为1的事件结构当中存放的是用于存储数据的程序块，在编号为2的事件结构当中存放的是用于判断循环是否结束的程序块。在编号2的事件结构当中，放入一个条件结构，添加一个判断条件即程序运行次数是否达到要求，“真”时停止循环，“假”则继续运行直至满足条件。一旦循环停止，采样结束同时，采样的数据保存在数组当中，方便后续算法计算中使用。

数据处理算法是在数据同步采集基础上才能实现的，经过前面程序控制高精度数字万用表的同步测量，采集得到的数据储存在LabVIEW的数组当中，在算法程序部分会调用存储好的数据进行计算。

具有数据处理功能的LabVIEW软件采用基本误差以及A类不确定度2个技术指标表示被测分压器的测量结果。其中基本误差及A类不确定度可由如下算法获得：

(1).提取第一数字万用表和第二数字万用表所采集到的数据；

(2).根据三个连续测得的电压值计算平均值：

其中，v_b1、v_b2、v_b3为第一数字万用表采集得到的标准分压器低压侧的连续的三个电压值，V_b为三个连续电压值的平均值；v_s1、v_s2、v_s3为第二数字万用表采集得到的被测分压器低压侧的连续的三个电压值，V_s则是三个连续电压值的平均值；

(3).结合标准分压器的标称分压比α求得被测分压器实际分压比：

(4).求被测分压器基本误差：

α_j为被测分压器实际分压比，γ为被测分压器的基本误差，基本误差是被测分压器的一个重要技术指标；

(5).求解A类不确定度：

先求出10个被测分压器实际变比的平均值：

A类不确定度的计算采用贝塞尔公式：

将具体试验值带入上述通用计算公式，得到求解A类不确定度具体公式：

以上便是用到的基本数学算法，在LabVIEW后面板程序当中是由两部分组成了数学算法的主干。

第一部分是求解基本误差的程序，采用For循环，将三个电压值求和，之后除以三得到平均值，根据公式求得被测分压器实际变比后，两端口做差(校准值减去标准值)得到基本误差，利用While循环将此部分程序进行十次，数组中存储十个被测分压器实际变比用于后续程序计算。

第二部分是求解A类不确定度，首先计算十个被测分压器实际变比的平均值，即用For循环将之前存储在数组中的10个数字累加，除以10求得平均值，接着求解A类不确定度，按照具体公式编写相应程序，最终结果存储在Excel文件中，并在前面板界面中显示。

工控一体机的LabVIEW软件界面设计为前后两界面，前界面用于参数配置，后界面用于结果展示。对于参数配置界面。首先是端口串口通讯协议配置，用到的第一数字万用表和第二数字万用表所用的通信接口为RS232，为了建立其与工控一体机的通信，需要对万用表的默认设置进行更改，将端口选择为RS232，PC端必须匹配以下参数：比特率、数据位、停止位和奇偶校验位。其中比特率是衡量通信速度的参数，数据位是衡量通信中实际数据位的参数，停止位是表示单个包的最后一位，奇偶校验位是一种简单的检错方式。使用的第一数字万用表和第二数字万用表而言，其默认的波特率为9600，数据位为8，无奇偶校验位，两个端口分别进行配置。接着对程序运行所需要的基本要求进行配置，其中包括存储文件的位置，触发方式以及标准分压比。文件中存储的数据为计算求得的被测分压比的A类不确定度，触发源选取外部触发，设定标准分压比为标准分压器所标注的标准分压比(>1)。除此之外还需要配置当前试验设备所在实验环境条件以及试验设备的铭牌信息。

参数配置完毕后点击下一步进入展示界面，展示采集与计算得到的A类不确定度数据。展示页面中展示的实时数据即为分别由两台Angilent34401A型高精度数字万用表采集到的分压器低压侧电压，用于计算平均误差以及A类不确定度。每测量三次电压值求作一次平均误差，并得到平均测量变比进行展示，展示出十次平均测量变比以及由此求得的A类不确定度，每次算出的不确定度都会显示在列表中，并且存储到设定好的Excel文件中

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种直流分压器分压比校准平台，其特征在于，包括第一数字万用表、第二数字万用表、工控一体机以及触发源；其中，所述工控一体机安装具有数据采集及处理功能的LabVIEW程序；所述第一数字万用表用于采集标准分压器的低压侧输出信号；第二数字万用表用于采集被测分压器的低压侧输出信号；第一数字万用表和第二数字万用表的输出端均和所述工控一体机相通讯连接，工控一体机的输出端连接触发源的输入端，触发源的输出端分别和第一数字万用表和第二数字万用表的外部触发输入端相连接，以使得第一数字万用表和第二数字万用表同步采集数据，工控一体机所安装的LabVIEW程序对所采集到的数据进行处理。

2.如权利要求1所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，所述第一数字万用表和第二数字万用表均为Agilent34401A数字万用表。

3.如权利要求1或2所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，所述第一数字万用表和第二数字万用表的输出端与工控一体机进行RS-232串口通讯。

4.如权利要求3所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，所述LabVIEW程序有初始化模块，通过同时配置两个Initialize控件使得工控一体机与第一数字万用表和第二数字万用表实现通讯。

5.如权利要求4所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，所述LabVIEW程序还设置有时间延迟控件，所述时间延迟控件用于使得第一数字万用表和第二数字万用表每次触发采集结束后都等待设定的时间才进行下一次采集。

6.如权利要求5所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，在所述触发源中设置有用于判定触发采集是否结束的触发判断单元。

7.如权利要求6所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，所述LabVIEW程序采用基本误差以及A类不确定度2个技术指标来表示被测分压器的测量结果。

8.如权利要求7所述的直流分压器分压比校准平台，其特征在于，所述基本误差以及A类不确定度由如下方法获得：

(1).提取第一数字万用表和第二数字万用表所采集到的数据；

(2).根据三个连续测得的电压值计算平均值：

其中，v_b1、v_b2、v_b3为第一数字万用表采集得到的标准分压器低压侧的连续的三个电压值，V_b为三个连续电压值的平均值；v_s1、v_s2、v_s3为第二数字万用表采集得到的被测分压器低压侧的连续的三个电压值，V_s则是三个连续电压值的平均值；

(3).结合标准分压器的标称分压比α求得被测分压器实际分压比：

(4).求被测分压器基本误差：

α_j为被测分压器实际分压比，γ为被测分压器的基本误差，基本误差是被测分压器的一个重要技术指标；

(5).求解A类不确定度：

先求出10个被测分压器实际变比的平均值：

A类不确定度的计算采用贝塞尔公式：

将具体试验值带入上述通用计算公式，得到求解A类不确定度具体公式：