保险丝熔断时间测试系统的研制

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摘要： 熔断器（Fuse）具有体积小、重量轻、成本低的优点以及精准控制等方面的明显优势，所以被广泛应用在通信设备、精密仪器仪表等产品中，文章介绍了基于LabWindows/CVI的多路并行熔断器测试系统设计过程。

Abstract： Fuse has many strong points in small volume, less weight, low cost as well as the distinct advantage of precision control, which are widely used in communications equipment, precision instruments and meters and other products. This paper describes the design of multichannel parallel fuse testing system.

关键词： 虚拟仪器；熔断器；串行通讯；电子负载

Key words： virtual instrument；fuse；serial communication；electronic load

中图分类号：TP315 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）04-0173-02

0引言

虚拟仪器是以工控机或普通PC机为平台，充分利用现有资源，实现普通仪器的全部功能及一些在普通仪器上无法实现的功能。虚拟仪器的出现使测试测量技术的发展进入了一个新的阶段。熔断器俗称保险丝，IEC127标准将它定义为“熔断体（fuse-link）”。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。熔断器在电流异常升高到一定的高度或者异常电流持续了某一段时间的时候，自身熔断，切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。

1熔断器测试要求简介

本系统是应苏州工业园区某制造熔断器的跨国公司要求，设计一个高精度系统，测试该公司生产的40mA-200A范围内指定型号的熔断器，通过调节参数，实现不同规格产品使用相同测试工位、远端控制、批量测试及记录实时测试数据。硬件测试的参数要求如表1所示，该参数是软件系统设计的重要指标。

2系统设计方案

根据熔断器的测试要求，研制的测试系统应具备如下功能：手动测试，单独完成某一种型号的熔断器测试；参数设置，对熔断器测试结果的合格范围及各种仪表的参数进行设置（地址、波特率）；数据处理，提供熔断器测试结果查询、统计、报表打印等。根据熔断器测试系统需要完成的功能，系统分为小电流测试部分和大电流测试部分。小电流部分对被测熔断器同时加载电流，方案为“恒压源+电子负载，熔断器并联测试”。大电流部分采用时序测量，逐个工位测试。系统采用小电流同时测量测试工位，大电流分时测量测试工位。测试系统中使用数目较多的交流接触器和继电器等开关器件，以确保控制可靠性。整个系统由以下几个部分组成：被测熔断器、大电流电源、小电流电源、设备电源、电子负载、RS232和工控PC机，以下作简单介绍。

2.1 工业计算机（IPC）IPC是整个控制系统的核心，主要有如下作用：①信号采集与处理、指令输出。IPC负责采集和处理电机编码器的输出脉冲信号、工件基准位置检测开关的输出开关信号、电流传感器的输出电压信号等，在设定的控制逻辑下IPC同时负责向变频器以及液压系统输出控制信号和指令。②数据计算和存储。IPC上以虚拟仪器技术所实现的主控制程序应准确调用数据库中熔断器的型号，添加新型号，记录和存储相应型号的测试数据，测试时间，精确电压、电流和电阻值。③人机界面。IPC上运行的主控程序提供友好丰富的人机界面，完成各种工艺参数的设置。

2.2 A/D卡（带DIO功能）采集的核心，A/D卡主要完成如下功能采集活动门、工人操作区域安全罩盖、电气柜门等安全开关的信号输入IPC，采取相应操作，确保人员与设备的安全。接收电流传感器采样检测电流变换，反馈给工控机采集板卡（GPIB接口），为计算检测时间提供数据。

2.3 电源与电子负载系统测试过程中需使用小电流电流源（提供40mA-30A电流）和大电流电流源（提供30-200A电流），本设计采用电流源和恒压源加可编程电子负载模式，通过电路连接实现系统所需电源。电子负载提供定电流、定电压、定电阻和定功率四种模式。本设计使用的定电压，然后提供测试所需的0-30安培和30-80安培电流。电子负载通过后面板上的DB9插头经电平转换接到工控机RS-232接口上进行通信。

2.4 大电流互感检测电路由于计算机的模拟量板卡只能接受-10到+10伏的电压，同时大电流电源的输出信号没有电压采样，所以只能通过电流互感器来采样转换成电压信号，但是在这过程中会受到大电流的电磁波干扰，因此通过以下的电路进行采样和滤波，去掉受干扰的毛刺信号，得到的最终效果比较好。

2.5 程序测试流程图（如图2）

3关键技术难点及解决方法

3.1 时序测量时序数据反映了数据内部的依赖性和相关性，是系统运动状态的反映，使用时序数据可以保证测量的精确度。本系统中采用相似时序数据描述，可测量点是测试工位可物理连接的位置，每个点都有一个ID作为唯一标识，计算机控制工位连接与断开，连接时，计算机或仪器仪表有精确的时间和信号记录。大电流测试时，对工位采取逐个测试，每工位加载两个测试量，时间间隔为Δt时间，获取充分数据，保证测量结果的精度。

3.2 串口通信问题测试系统中IPC与电流源（电子负载）采用串行通讯，需要4个串口，而IPC只有两个串口，需要进行串口扩展，目前市场上有很多串口扩展卡可供选用，这些板卡使用虽然方便，但是价格价高。本设计采用的解决方案是用IPC的一个串口（COM2）扩展为4路RS232串口。因IPC机RS232电平是±12V电平，须经电平转换变成TTL电平，然后通过两个4选1译码分别将串行发送、接受信号分成4路，译码占用IPC机的两个外设地址，最后经电平转换将TTL电平变为RS232电平，实现串口的扩展。软件编程时只要控制不同的地址进行译码选择，对COM2进行读写就可与不同的仪表或设备完成通讯功能。虚拟仪器软件LabWindows/CVI完全支持底层的端口读写操作，串口通讯也有较方便的函数可调用。

3.3 信号干扰问题本测试系统主要测试各种型号的熔断器在不同电流情况下的技术参数。分为小电流（0~30A）和强电流（30~200A）情况。系统电源在提供大电流时，产生比较丰富的谐波淹没DAQ采集到的弱小信号，造成数据采集和输出的不正常。为此增加一个220/50的隔离变压器使IPC、大电流电源隔离。

参考文献：

[1]王建新，杨世凤，隋美丽.Labwindows/CVI测试技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]郑珊珊等.保险丝延时特性计算机辅助工程分析[J].厦门大学学报（自然科学版），2004，（8）.

[3]National Instruments Corporation. LabWindows/CVI User Manual [Z]. Texas: National Instruments Corporation, 2005.