LV25-P电压传感器的应用.doc

1、1LV25-P 电压传感器的应用来 源 ： 半 导 体 器 件 应 用 网摘 要 ： 空 调 设 备 应 用 广 泛 、 分 布 范 围 宽 ， 需 要 定 期 对 其 运 行 状 态 进 行 检 测 和 故 障诊 断 。 传 统 的 检 测 和 诊 断 方 式 是 采 用 专 门 的 仪 器 进 行 测 试 ， 工 作 人 员 凭 经 验 进 行 诊 断 。存 在 的 问 题 是 需 要 的 仪 器 种 类 多 ， 价 格 昂 贵 ， 且 不 能 满 足 便 携 性 的 要 求 ;诊 断精 度 差 ， 误 判 的 几 率 大 。因 此 开 发 便 携 性 好 、 功 能 强 大 且 可 以

2、广 泛 应 用 的 空 间 设 备 自 动 检 测 与 故 障诊 断 系 统 是 亟 需 解 决 的 问 题 。 构 建 空 间 设 备 自 动 检 测 与 故 障 诊 断 系 统 ， 在 多 点 多 通 道信 号 同 时 测 量 、 自 动 工 况 模 拟 、 测 试 数 据 的 分 析 、 处 理 和 综 合 三 个 方 面 遇 到 较 大 的 挑战 。TheSolution:基 于 PXI 总 线 ， 以 NI 公 司 的 PXI-1042Q 机 箱 、 PXI-8106控 制 器 、 PXI-6123同 步 采 集 卡 “数 据 采 集 卡 、 PXI-6259数 据 采 集 卡 、

3、SCXI-1000信 号 调 理 机 箱 、SCXI-1102信 号 调 理 卡 、 SCXI-1581电 流 激 励 卡 、 SCXI-1124电 流 输 出 卡 为 硬 件 设备 ， 以 NI 公 司 的 LabVIEW8.5加 上 数 据 库 工 具 包 为 软 件 开 发 平 台 ， 设 计 开 发 一 套 基于 PXI 总 线 的 空 间 设 备 自 动 检 测 与 故 障 诊 断 系 统 ， 用 户 可 根 据 测 试 需 要 ， 自 定 义 采集 (或 输 出 )测 试 任 务 ， 从 而 实 现 对 电 压 、 电 流 、 温 度 、 压 力 和 湿 度 等 信 号 的 采 集

4、 与处 理 。“空 调 设 备 自 动 检 测 与 故 障 诊 断 系 统 主 要 是 通 过 虚 拟 仪 器 技 术 对 设 备 运 行 参 数 进行 监 测 ， 给 出 故 障 信 号 及 测 试 数 据 ， 通 过 故 障 诊 断 系 统 推 理 进 行 故 障 诊 断 ， 给 出 故 障模 式 。 该 系 统 功 能 强 大 ， 可 以 实 现 对 多 种 信 号 (温 度 、 压 力 、 高 电 压 、 大 电 流 )的 控 制 和 测 量 ， 对 测 试 数 据 可 进 行 实 时 和 离 线 分 析 。 “介 绍 ：本 文 基 于 PXI 总 线 ， 以 NI 公 司 的 PXI

5、-1042Q 机 箱 、 PXI-8106控 制 器 、 PXI-6123同 步 数 据 采 集 卡 、 PXI-6259数 据 采 集 卡 、 SCXI-1000信 号 调 理 机 箱 、 SCXI-1102信 号 调 理 卡 、 SCXI-1581电 流 激 励 卡 、 SCXI-1124电 流 输 出 卡 为 硬 件 设 备 ， 以NI 公 司 的 LabVIEW8.5加 上 数 据 库 工 具 包 为 软 件 开 发 平 台 ， 设 计 开 发 一 套 基 于PXI 总 线 的 空 间 设 备 自 动 检 测 与 故 障 诊 断 系 统 ， 其 包 含 硬 件 自 检 、 校 准 、

6、测 试 参 数 阈值 设 置 、 通 道 配 置 、 信 号 采 集 、 信 号 输 出 、 数 据 分 析 、 数 据 同 步 存 储 、 数 据 传 输 、 故障 诊 断 等 一 系 列 功 能 ， 可 实 现 对 电 压 、 电 流 、 温 度 、 压 力 和 湿 度 等 信 号 的 采 集 、 处 理2与 诊 断 ， 为 相 关 人 员 提 供 参 考 。 该 平 台 通 用 性 强 ， 携 带 方 便 ， 操 作 简 单 ， 提 高 了 测 试人 员 的 工 作 效 率 。 更 重 要 的 是 ： 利 用 LabVIEW 软 件 ， 配 合 NI 的 硬 件 产 品 实 现 了开 发

7、 平 台 的 软 硬 件 统 一 ， 使 得 开 发 更 规 范 化 和 标 准 化 。 系 统 开 发 周 期 短 ， 有 效 地 降 低了 成 本 ， 并 且 具 有 良 好 的 可 扩 展 性 和 可 移 植 性 。正 文 ：一 、 系 统 概 述本 系 统 主 要 用 于 对 空 调 设 备 的 关 键 器 件 进 行 自 动 检 测 和 故 障 诊 断 。 该 系 统 由 自动 检 测 系 统 和 故 障 诊 断 系 统 两 个 分 系 统 组 成 。 自 动 检 测 系 统 可 以 进 行 温 度 、 湿 度 、 制冷 剂 压 力 、 强 电 电 压 /电 流 、 标 准 电 流

8、信 号 等 多 个 信 号 的 测 量 和 数 据 采 集 处 理 ， 并将 检 测 结 果 传 输 到 便 携 式 计 算 机 中 ;故 障 诊 断 系 统 通 过 故 障 诊 断 系 统 对 自 动 检 测 系统 传 入 的 数 据 进 行 分 析 ， 对 空 调 设 备 所 出 现 的 故 障 进 行 定 位 并 给 出 具 体 的 解 决 方 法 。二 、 系 统 设 计 与 实 现1.系 统 硬 件 设 备本 系 统 主 要 基 于 NI 公 司 的 信 号 采 集 和 调 理 设 备 搭 建 硬 件 平 台 ， 它 主 要 由 一 系 列PXI 和 SCXI 板 卡 组 成 ;同

9、时 ， 为 了 方 便 连 接 传 感 器 ， 自 制 了 集 成 接 线 箱 。 该 系 统 的工 作 原 理 如 图 1所 示 ， 机 箱 PXI-1042Q 和 SCXI-1000的 电 源 为 市 电AC/220V;SCXI-1581对 RTD 温 度 传 感 器 提 供 电 流 激 励 ;其 余 传 感 器 分 别 由 集 成 接 线箱 中 的 15V 和 24V 直 流 电 源 供 电 ;自 动 工 况 模 拟 由 SCXI-1124提 供 电 流 输 出 。 对 各传 感 器 采 集 到 的 物 理 参 数 ， 使 用 PXI-6123同 步 采 集 卡 对 380V 三 相 交

10、 流 运 行 电 参数 信 号 进 行 采 样 ， 可 获 得 各 相 电 压 与 相 应 电 流 初 始 相 角 相 同 的 数 据 ;使 用 具 有32通 道 、 每 一 个 输 入 通 道 都 具 有 信 号 放 大 及 低 通 滤 波 功 能 的 SCXI-1102板 卡 完成 6路 24V 直 流 电 源 运 行 参 数 信 号 、 2路 压 力 信 号 、 9路 RTD 温 度 信 号 、 1路 环 境湿 度 、 1路 大 气 压 力 和 5路 标 准 电 流 信 号 ， 共 24路 电 压 信 号 的 调 理 工 作 ;SCXI-1102通 过 背 部 接 线 端 将 所 有 信

11、 号 送 到 PXI-6251采 集 卡 的 第 一 个 通 道 CH0。 PXI-6123和 PXI-6251采 集 到 的 信 号 由 PXI 总 线 送 入 PXI-8106控 制 器 进 行 分 析 处 理 。3图 1： 系 统 工 作 原 理 图1.1信 号 采 集 和 调 理 硬 件信 号 采 集 和 调 理 硬 件 主 要 由 一 系 列 PXI 和 SCXI 板 卡 组 成 ， 其 中 PXI-6123同 步 采 集 卡 用 于 采 集 三 相 交 流 电 的 电 压 和 电 流 ;PXI-6251数 据 采 集 卡 用 于 控 制SCXI 板 卡 ， 同 时 采 集 经 SC

12、XI-1102调 理 后 的 温 度 、 湿 度 、 压 力 和 24V 直 流 电 源运 行 参 数 。1.2集 成 接 线 箱集 成 接 线 箱 将 前 端 的 模 拟 信 号 和 采 集 /调 理 设 备 的 各 通 道 对 应 地 连 接 起 来 ， 是自 动 检 测 系 统 的 信 号 连 接 中 枢 。 它 主 要 实 现 以 下 四 个 功 能 ：1)更 好 的 电 气 连 接 性前 端 应 用 航 空 插 头 与 传 递 各 测 量 模 块 信 号 的 线 缆 连 接 ， 后 端 是 与 信 号 调 理 /采 集 设 备 连 接 的 总 线 接 口 ， 如 图 3所 示 。 它

13、 使 信 号 的 输 入 输 出 连 接 快 速 方 便 、 稳 定可 靠 。4图 2集 成 接 线 箱 外 形 图2)连 接 电 缆 的 一 致 性前 端 的 航 空 插 座 有 4芯 、 10芯 和 24芯 三 种 ， 每 根 连 接 电 缆 无 须 与 传 感 器 一 一 对应 ， 只 要 对 应 的 插 座 相 同 就 可 以 随 意 接 插 ， 而 且 无 法 接 插 不 同 的 插 座 ， 防 止 了 错 误 连接 。 由 于 传 感 器 种 类 较 多 、 数 量 较 大 ， 使 用 时 前 端 连 接 传 感 器 的 线 缆 很 纷 繁 ， 线 缆 长度 又 较 大 ， 因 此

14、 线 缆 的 一 致 性 使 得 每 次 使 用 时 不 必 针 对 不 同 的 传 感 器 寻 找 对 应 的 线 缆 ，既 保 证 了 连 接 传 感 器 的 方 便 快 捷 ， 又 保 证 了 一 定 的 冗 余 性 (在 线 缆 出 现 故 障 时 ，能 及 时 找 到 替 换 线 缆 )。3)传 感 器 直 流 供 电运 行 电 参 数 测 量 模 块 的 传 感 器 需 要 直 流 15V 供 电 ， 压 力 、 湿 度 、 大 气 压 力 以及 标 准 直 流 信 号 测 量 模 块 需 要 直 流 24V 供 电 ， 集 成 接 线 箱 内 安 放 了 直 流 电 源 ， 通过

15、 线 缆 给 不 同 的 传 感 器 供 电 。4)电 流 信 号 的 转 换由 于 连 接 线 缆 较 长 ， 为 了 增 强 抗 干 扰 能 力 ， 传 感 器 输 出 信 号 都 选 择 了4mA 20mA 的 标 准 电 流 信 号 ， 电 流 信 号 进 入 集 成 接 线 箱 后 ， 通 过 高 精 度 的 取 样 电 阻(阻 值 250 和 100 、 精 度 1、 功 率 1/4W)， 电 阻 上 的 压 降 供 给 调 理 /采 集 设 备进 行 A/D 转 换 。1.3信 号 调 理 附 件由 于 数 据 采 集 卡 PXI-6123的 电 压 输 入 范 围 是 10V，

16、 而 要 检 测 的 380V 三 相供 电 参 数 超 出 PXI-6123的 测 试 范 围 。 我 们 通 过 分 压 的 办 法 将 其 转 化 到 10V 的范 围 内 。 被 测 电 参 数 (A 相 N 相 间 电 压 、 B 相 N 相 间 电 压 、 C 相 N 相 间 电 压 、 A相 电 流 、 B 相 电 流 、 C 相 电 流 )通 过 电 压 互 感 器 和 电 流 互 感 器 ， 将 大 电 压 和 大 电 流 衰减 为 采 集 系 统 允 许 值 范 围 内 的 小 信 号 。 所 选 用 的 传 感 器 是 LEM(莱 姆 电 子 )生 产的 应 用 霍 尔

17、原 理 闭 环 补 偿 的 LV25-P/SP2电 压 传 感 器 和 LA55-P/SP50电 流 传 感 器 。为 便 于 使 用 ， 设 计 制 造 了 “交 流 380V 三 相 供 电 测 量 盒 ”， 测 量 盒 的 结 构 示 意图 如 图 3所 示 ， 盒 体 的 左 右 两 侧 装 配 的 是 用 于 与 被 测 系 统 相 连 接 的 航 空 插 座 ， 左 侧 为输 入 端 ， 连 接 系 统 的 380V 供 电 电 源 ， 测 量 电 缆 从 电 流 传 感 器 中 心 孔 穿 过 后 连 接 到右 侧 的 航 空 插 座 (输 出 端 )， 再 通 过 线 缆 连

18、接 到 被 测 系 统 用 电 设 备 。 衰 减 后 的 信 号 由信 号 输 出 接 口 经 线 缆 传 送 到 集 成 接 线 箱 ， 再 供 数 据 采 集 卡 采 集 。5图 3交 流 380V 三 相 供 电 测 量 盒 结 构 示 意 图2.系 统 软 件 设 计运 用 虚 拟 仪 器 的 思 想 ， 以 NILabVIEW8.5为 开 发 平 台 ， 设 计 开 发 自 动 检 测 与 故障 诊 断 软 件 (以 下 简 称 “检 测 诊 断 软 件 ”)， 该 软 件 与 系 统 硬 件 一 起 构 成 完 整 的 测试 诊 断 系 统 。检 测 诊 断 软 件 按 空 调

19、设 备 的 三 大 类 试 验 内 容 设 计 了 自 动 工 况 模 拟 、 调 温 特 性 和 电参 数 特 性 三 个 试 验 模 块 。 每 个 试 验 模 块 具 有 选 择 被 测 通 道 、 设 置 采 样 参 数 和 处 理 采 集数 据 的 功 能 ， 使 用 者 可 根 据 具 体 试 验 项 目 所 测 的 物 理 量 ， 选 择 采 集 卡 上 相 应 的 被 测 通道 ;通 过 改 变 采 样 参 数 (采 样 点 数 、 采 样 频 率 )来 改 善 试 验 效 果 ;通 过LabVIEW8.5中 自 带 的 信 号 分 析 、 数 学 运 算 、 统 计 分 析

20、等 子 VI 将 这 些 原 始 数 据 处理 转 换 成 实 际 工 程 量 数 据 ， 如 温 度 、 压 力 、 湿 度 、 电 压 和 电 流 等 ， 然 后 与 这 些 参 数 的设 计 值 进 行 比 较 ， 如 超 出 阈 值 界 限 ， 则 及 时 以 红 灯 闪 烁 的 报 警 形 式 通 知 用 户 。 同 时 ，报 警 结 果 可 自 动 保 存 到 数 据 库 ， 供 故 障 诊 断 系 统 分 析 。 为 了 完 成 上 述 功 能 ， 主 要 需 要如 下 功 能 模 块 ：6图 4检 测 诊 断 软 件 架 构 图1)硬 件 配 置 与 管 理 模 块 ： 主 要

21、 完 成 对 硬 件 的 配 置 与 管 理 ， 是 连 接 测 试 系 统 硬 件 与软 件 的 桥 梁 ，2)硬 件 自 检 模 块 ： 测 试 系 统 自 身 功 能 的 正 确 性 ， 确 保 不 会 因 为 测 试 设 备 的 故 障 导致 产 品 测 试 工 作 失 败 。3)校 准 模 块 ： 实 现 对 系 统 所 用 硬 件 的 校 准 。4)阈 值 设 置 模 块 ： 主 要 完 成 对 被 测 参 数 显 示 范 围 (显 示 下 限 和 显 示 上 限 )和报 警 阈 值 (报 警 下 限 和 报 警 上 限 )的 设 置 ， 为 数 据 显 示 和 故 障 判 断 提

22、 供 执 行 依 据 。5)信 号 控 制 和 采 集 模 块 ： 完 成 对 被 测 信 号 的 控 制 和 采 集 。6)数 据 保 存 模 块 ： 完 成 对 采 集 信 号 的 保 存 。7)数 据 库 模 块 ： 实 现 对 故 障 形 式 和 故 障 状 态 的 存 储 ， 并 在 故 障 存 在 的 情 况 下 ， 自动 启 动 故 障 诊 断 系 统 。8)数 据 回 放 模 块 ： 实 现 对 保 存 数 据 的 回 放 ， 方 便 用 户 观 察 数 据 的 变 化 趋 势 。9)帮 助 模 块 ： 对 整 个 测 试 软 件 进 行 说 明 ， 方 便 用 户 使 用 。

23、其 中 硬 件 配 置 与 管 理 模 块 的 界 面 如 图 5所 示 。 它 由 四 个 部 分 组 成 ， 分 别 是 任 务管 理 、 配 置 管 理 、 SCALE 管 理 和 设 备 管 理 ， 其 中 任 务 管 理 的 功 能 是 显 示 已 配 置 好 的任 务 ， 以 及 实 现 对 任 务 的 选 定 、 改 名 和 删 除 等 操 作 ;配 置 管 理 的 功 能 是 添 加 或 修改 配 置 ， 使 之 满 足 测 试 需 求 ， 然 后 将 选 定 的 配 置 转 换 为 任 务 ， 是 实 现 硬 件 通 道 合 理 配置 的 主 战 场 ;SCALE 管 理 的

24、 功 能 是 实 现 对 测 试 信 号 的 标 定 ， 使 物 理 信 号 以 其 实 际 单 位(比 如 ： Mpa、 m/s 等 )存 储 和 显 示 ， 而 不 是 以 电 信 号 的 单 位 (比 如 ： V、 mA 等 )存储 和 显 示 ;设 备 管 理 的 功 能 是 显 示 所 有 插 入 的 板 卡 及 其 在 本 测 试 系 统 的 功 能 信 息 等 。7图 5硬 件 配 置 与 管 理 模 块图 6是 信 号 采 集 和 控 制 的 界 面 。 在 通 道 配 置 之 前 ， 对 相 应 的 硬 件 进 行 自 检 ， 可 确保 不 会 因 为 测 试 设 备 的 故

25、 障 导 致 产 品 测 试 工 作 失 败 。 在 进 行 通 道 配 置 时 ， 用 户 可 根 据测 试 需 要 ， 自 定 义 测 试 信 号 类 型 (温 度 、 湿 度 、 压 力 或 运 行 电 参 数 )和 通 道 数 量 ，具 有 很 强 的 通 用 性 和 灵 活 性 。图 6信 号 采 集 和 控 制 的 界 面3.试 验 测 试为 了 验 证 本 系 统 的 功 能 是 否 完 全 满 足 设 计 要 求 ， 开 展 了 功 能 测 试 试 验 、 平 均 无 故8障 时 间 试 验 等 。 在 报 警 和 数 据 存 储 及 回 放 的 功 能 试 验 中 ， 首 先

26、 通 过 软 件 阈 值 设 置 窗 口完 成 测 试 参 数 报 警 阈 值 的 设 置 ， 然 后 人 为 地 改 变 冷 凝 器 和 蒸 发 器 的 进 风 温 度 ， 当 温 度值 高 于 或 低 于 设 置 的 阈 值 时 ， 报 警 灯 变 亮 ， 温 度 的 变 化 曲 线 则 如 图 7所 示 。图 7冷 凝 器 和 蒸 发 器 温 度 变 化 曲 线通 过 各 项 测 试 ， 证 明 该 系 统 运 行 稳 定 ， 设 置 方 便 ， 功 能 齐 全 ， 完 全 满 足 项 目 的 技术 要 求 。三 、 总 结 与 展 望空 调 设 备 自 动 检 测 与 故 障 诊 断

27、系 统 主 要 是 通 过 虚 拟 仪 器 技 术 对 设 备 运 行 参 数 进 行监 测 ， 给 出 故 障 信 号 及 测 试 数 据 ， 通 过 故 障 诊 断 系 统 推 理 进 行 故 障 诊 断 ， 给 出 故 障 模式 。 该 系 统 功 能 强 大 ， 可 以 实 现 对 多 种 信 号 (温 度 、 压 力 、 高 电 压 、 大 电 流 )的控 制 和 测 量 ， 对 测 试 数 据 可 进 行 实 时 和 离 线 分 析 。本 套 系 统 已 经 在 实 际 工 业 使 用 ， 系 统 运 行 稳 定 ， 测 试 任 务 灵 活 方 便 ， 分 析 模 块 功能 强 大 ， 很 好 地 满 足 了 对 空 调 设 备 进 行 故 障 诊 断 的 需 求 ， 提 高 了 测 试 效 率 。相 关 文 章 推 荐 ：1、 LV25-P 电压传感器的应用 2、 传感器技术未来发展方向及战略目标解读3、 新型非接触式电流传感器4、 无线传感器网络的拓扑维护5、 振弦式传感器电子标签管理系统的设计与实现6、 2013年触控传感器发展趋势