应用LabVIEW环境评估交流电压测量的精度

1、应用LabVIEW环境评估交流电压测量的精度P Otomahskii, Z Krawiecki, A Odon波兹南工业大学，电气工程和电子研究所Piotrowo 3A, 60-965 Poznah,波兰E-mail: HYPERLINK mailto:otomanet.put.poznan.pl otomanet.put.poznan.pl1、摘要：文章提出了应用完整Labview环境来最终评估交流电压测量精度。该文章说 明的是选定交流电压表在一个被设计的测量位置上获得测量结果。所设计的测量 位置有研究以及教学的价值和优势。由于这种仪器，我们可以识别那些在手册中 查不到的交流电压表的特征，或

2、者验证由制造商提供的参数。所获得的测量结果 的分析应该考虑处理测量方法精确度的限制，尤其是所测波形和仪表频带带来的 影响，这些问题常常被忽略或难以引起重视。笔者对如何使测量结果以方便和用 户容易接受的形式显示给大家进行了思考。本文讨论的主题是分析选定的LabVIEW 应用的用途。2、正文:2.1、简介：发现一个测量的真实值是每次测量的目标。因为无论是测量设备还是测量方 法都是不完善的，所以我们永远无法准确地测出这个量。从测量所得的结果是真 实值的某一评估，评估越好则测量精度越高。从测量得到的值和实际值之间的差 异是测量误差。根据文献1，测量误差是测量结果与测定量的真实值之间的差异。 因为我们从

3、来未准确的知道真实值，在实践中我们经常利用一个常规的真实值， 这个值被认为是确定的，有时按照惯例，认为该值在特定的应用中通常被看作是 一种不确定性的值1。2.2、交流电压量描述：描述交流电压的基本参数为：瞬时值U（t），均方根值U，修正值Ur，峰值 。山，形状系数F和峰值系数PF。一个具体电压测量值的选择取决于它的应用的目 标和测量系统的应用潜力。最经常使用的电压值是RMS值，公式计算（1）：U=，-Iu 2 （t ）dt（1）TL 0目前使用的交流电压表是按正弦波波形的RMS值显示的。根据其工作原理， 它们可以响应均方根值，修正值，或很少见，响应峰值。电压表响应的修正值是 根据公式（2）：叫

4、-F其中：uw的值是由仪表显示，虬是正弦信号形状系数值。电压表响应的峰值 是根据公式（3）：眺其中：PF是正弦信号的峰值系数值。对于distontion信号，利用公式（2）或（3）有错误，从被调查研究的波形 来看，错误是正弦波形越大波形越失真。失真信号的测量的可靠性由电压表的频率特性而定。仪表和机电传感器通常 用来测量频率不超过几赫兹的信号，但市场上现有的电子转换器和测量仪表已经 能测量几或几十KHz的上限频率。因此，应用仪表和转换器显示RMS值并不是显 示交流电压特征值的充分条件。例如，含有400Hz频段的电磁表并不能确保含有 高次谐波的失真波形的正确的测量。2.3、LabVIEW编程环境L

5、abVIEW （实验室虚拟仪器工程平台）是一个图形化编程软件，被用来对开发 程序进行模拟，数据采集，控制和通信。在LabVIEW环境中相互关联的图标创建 一个程序通常被称为一个VI （虚拟仪器）234。所有VI的必须有两个部分: 前面板和方框图。前面板包含各种控制和显示，而方框图包括了多种功能。功能 （图标）是有线内部框图，其中电线代表了数据流。VI的执行依赖于数据，这意 味着一个框图内的节点将只执行数据可在该节点通过的每个输入端。相比之下， 像C程序这种传统的程序的执行须遵循其中5的指示编写的顺序。VI构成了新一 代的测量设备。在这些新的设备中，硬件某些函数功能的实现可以用适当的PC机 可执

6、行程序实现6。它主要涉及的是设备处理和信号处理算法的执行。正是由于 这些设备，才很容易修改设备和执行信号处理算法。特别是LabVIEW环境一般常 用在大学的教学过程中以实现具体方案提出的各种问题。2.4、测量位置该测量结果来自于一个设计的测量位置，如图1所示。测量结果由一个测试 信号的电压u（t，）仪表显示的常规真实值，被研究的交流电压表，和计算机源的控 制软件组成。所讨论的测量系统的功能发生器33120A被用来作为测试信号源。依 靠被研究的电压表的类型，当为平均测量而设计的电压表，电压表测量的参考电压是用万用表34401A，当我们研究仪表的高精确度时，用3458A。IEEE-488.2EXA

7、MINED VOLTMETERSPRINTERCONTROL SOFTWAREIEEE-488.2 产WAVEFORM qutGENERATOR 0REFERENCEVOLTMETER o 一图1、测量位置示意图，研究交流电压表的精度在系统中使用的参考电压表和函数发生器，配有通讯接口 IEEE-488.2，基于 SCPI命令的标准，使得它可以远程控制计算机应用水平和研究在LabVIEW环境下 编写的应用。2.5、虚拟仪器的设计确定了测量结果的误差基于虚拟仪器的开发程序的设计用来确定测量结果误差值。开发好的应用使 可能实现许多功能，例如：-实现一个被监测信号的任意形式，-存储测量结果，-测定测量

8、结果的相对值和绝对值的错误以及他们的形象化，-在文本文件中记录测量结果和计算。在测量环中，用选定的万用表分四个阶段对交流电压测量精度进行评价，-测试50Hz频率的正弦曲线波形，测试正弦、三角形和矩形标准波形，-测试任意失真的波形，检查测试信号频率对电压表指示的影响。图2给出了应用程序的框图，显示了交流电压测量精度评估方法的框图。对于每一个阶段的研究实现了一个单独的应用程序面板准备，设计一个给定 类型的测量。在应用程序运行时，GPIB总线总是在测试，以检测测试信号和参考电压表的 来源，并且在面板适当的区域显示它们的身份和通信参数相应的字段。在数据被 批准后，研究应采用测量装置的标签。这些操作结束

9、了配置阶段，这是测量前需 要的阶段。图2、应用程序的框图在图3中，是一个面板的例子，指的是检测失真交流电压精度的功能TRIALWAVEFORM PARAMETERSGENERATED WAVEFORMRMSALUEFREQUENT/IGNITION ANGLEGENERATE WAVEFORMMEASUREMENTSREFERENCE VOLTMETERLTI比山抵三1_|0LTEND CF MEASUREMENTS图3、虚拟设备面板的变形功能检查作为一个失真的电压，我们使用了一种在一个双向可控控制系统获得的仿真 模拟。这个面板分为两部分。在上层的一部分，我们设置所生成的波形，如RMS值， 频

10、率和可控硅点火角度以百分比表示。按钮“生成信号”运行中的设置被转换成 的SCPI语言，然后传送到发电机。这些操作正确执行后，会显示程序中生成的波 形和信号也会发送到参考电压表，从而引发了交流电压测量。然后，作为这次操作的结果，在面板下部，在“参考表”区域，从设备得到 的测量结果被显示。被检查过的仪表显示的值应该是刻在他们的名字安置的领域。 基于引进的测量结果和形象的图表解释，测量值的错误是一定的，形状系数和峰 值系数的值也一样。虽然它们涉及不同的任务，但剩下的面板中准备一个类似的 平面布局，并以类似的方式操作。测量完毕后，测量报告自动生成，然后在连接 的打印机上打印。图4显示了旨在对失真交流电

11、压测量精度的检测功能的应用程序片段。图4、设计的应用程序片段决心的交流电压测量精度检查3、结论：与基于Labview开发的应用一起，本文的测量位置使运用计算机援助的先进 方法来验证测量交流电压的通用设备的计量性能的过程成为可能。设计的测量位 置有研究和教学的好处。由于这种仪器，我们可以识别那些在手册中查不到的交 流电压表的特征，或者验证由制造商提供的参数。这些问题频繁地被忽略或几乎 不被强调。讨论了测量结果错误以方便和用户容易接受的形式形象化地显示给大家的可 能性。通过使用LabVIEW环境，它以开发的应用的例子来说明，我们可以支持或 增加种类到学生教学的计量学和测量理论领域。作者的当前经验显

12、示出，开发软件是协助教学的过程的一台非常有用的仪器。 计算机模拟的应用在教学是现代教育的要求。4、参考文献：International Vocabulary of Metrology - basic and general conceptsand associated terms, 2008 VIM 3rd edition, JCGM 200:2008LabVIEW User Manual 1999 National Instruments CorporationTravis J Kring J 2006 LabVIEW for everyone New York Prentice HallLabVIEW - Measurement Manual 2000 National Instrument CorporationSokoloff L 2004 Applications in LabVIEW New Jerse