论文总字数：22508字

摘 要

随着高压电器应用越来越多，对测试其高压电气安全性能的检测系统要求也越来越高，但如何在工业生产中快速有效评估这类高压监测设备的电压测量性能一直是设备制造企业面临的难题。在高压测试系统中，核心部件是高压传感器，其将高压信号转换为低压信号进行测试，应用最广的直流高压传感器是高压分压器装置。高压分压器在应用中，受温度、湿度、高电压、频率等因素影响较大，常常对使用环境和条件要求苛刻，这给许多应用带来诸多限制，为此，本学位论文研究高压检测系统中高压分压器误差模型，并进行补偿算法设计，以实现在宽使用环境和条件下均可高精度测量的目标。

本学位论文首先建立了高电压检测系统高压分压器性能评估系统架构、并设计了基于对CS9920B直流高压源自动控制，产生精密高压测试信号、在设计了基于3台Keysight34401A构成的数据自动采集系统实现多分压器的激励、响应信号数据采集，在此基础上进行了误差分析，建立误差模型及补偿算法

本学位论文包括六部分，第一部分对课题背景进行介绍，第二部分阐述系统的实现方案和误差补偿方案，第三部分介绍系统所用硬件设备及系统组成，第四部分介绍系统软件设计，第五部分对系统进行了运行调试和误差补偿方案，第六部分是对工作的总结以及对今后工作的展望。

本学位论文设计软件已实际运行，建立了测试高电压引起的分压器误差模型和补偿算法，实现不同电压下高精度检测目标。

关键词：LabVIEW，测量校准系统，误差补偿

Abstract

Nowadays, electrical safety has become a more and more important issue. Society is progressing, more and more electrical appliances, more and more danger of electric shock. In order to ensure "electrical safety", people began to use various electrical safety standards to ensure the safety and reliability of various instruments and equipment. In the voltage test, the phenomenon that the voltage is too high often leads to the change of the resistance, so it is very important to calculate the error and compensate the error. For this reason, through the construction of the automatic calibration system of the electrical safety tester, the error is measured under the condition of high voltage, the error model is constructed, and the error model is developed. Line algorithm compensation.

This thesis is divided into six chapters. The first chapter introduces the research background of the subject, the second chapter introduces the system design scheme and error compensation scheme, the third chapter introduces the hardware used in the system, the fourth chapter introduces the system software design. The fifth chapter is the system running debugging and error compensation, the sixth chapter is the summary of the previous work, and the outlook for future work.

After many data acquisition, the error compensation models under different voltages are summarized, and the error compensation can be realized.

KEY WORDS: LabVIEW，Measurement and calibration system，error compensation

目 录

摘 要 III

Abstract IV

第一章 绪论 3

1.1 选题背景及题目的现实意义 3

1.2 研究现状 4

1.2.1 发展历程 4

1.2.2 虚拟仪器相关成果以及对本课题的指导 4

1.3 研究内容及章节安排 6

1.4 本章小结 6

第二章 系统设计方案 7

2.1 直流耐压测试的简介 7

2.2 自动校准系统方案设计 7

2.2.1 本课题所需求的功能简介以及技术指标 7

2.2.2 系统总体架构 7

2.3 误差模型构建方案和补偿方案 8

2.3.1 误差的产生 8

2.3.2 误差的补偿 9

2.4 本章小结 10

第三章 自动校准系统各模块所用仪器介绍 11

3.1 CS9922S高压源介绍 11

3.1.1 概况 11

3.1.2 技术参数 11

3.1.3 通信协议 12

3.1.4 控制指令 13

3.2 Keysight34410A/34401A万用表介绍 13

3.2.1 概述 13

3.2.2 LabVIEW中的34401A驱动模块 15

3.3 系统实物连接图 17

3.4 本章小结 18

第四章 自动校准系统软件设计 19

4.1 系统平台LabVIEW简介 19

4.2 软件总体架构 19

4.3 LabVIEW中的I/O接口驱动VISA模块 20

4.4 程序设计 21

4.4.1 控制高压源电压输出 21

4.4.2 万用表读数 23

4.4.3 上位机的操作界面设计 24

4.5 本章总结 25

第五章 系统采集数据 26

5.1 系统运行情况 26

5.2 数据处理 29

5.2.1 1kV范围内分压器性能测试与分析 29

5.2.2 10kV范围内分压器性能测试与分析 34

5.3 遇到的难题与解决 37

5.4 本章小结 38

第六章 结束语 39

6.1 论文工作总结 39

6.2 课题研究展望 39

6.3 总结与收获 39

致 谢 40

参考文献 41

附录 42

绪论

选题背景及题目的现实意义

我们生活在一个科技日新月异的时代，随着科学技术的发展，科技的进步带给我们便利的同时，也在把一些问题带到我们的生活中，比如说“电气安全”就是其中一个非常重要的问题。那么什么是“电气安全”问题呢？我们生活中经常会遇见与“电气安全”相关的事情，“有电危险”的警告牌我们也司空见惯。在学术上“电气安全”通常的说法就是在电气设备运作过程中，确保那些操作电气设备的人员或在电气设备附近进行作业的人员远离危险，保证生命安全，放在生活上来说就是防电击（触电）和产生的火灾^[1]。正因为有这样的问题存在，世界范围内也想了很多的办法来应对这个问题。我们一般采用的方法是对电气设备进行电气安全性能测试以及制定一系列的安全规范标准（即通常所说的安规测试）。在设备的设计和制造阶段，就要按照这些标准来进行；在设备出厂前，也必须要严格按照安规标准来进行检验和测试，之后才可以使用。安规测试主要包括了四项传统的测试项目：交直流电耐压测试（电气强度测试）、绝缘电阻测试、泄漏电流测试、接地电阻测试。^[2]最常规的安规测试项目就是电气强度测试。它在每一项安全标准中都被引用。这项测试专门用来测试绝缘介质的耐受电气性能。现通用的方法为：在规定的一段时间内，向受测介质两端施加一个远超过通常工作时的电压值，这个高电压的波形和幅度都必须按照安全规范的标准来进行。如果介质没有发生击穿或者击穿产生的电流小于规定的电流值，那可以认为这个介质可以经受住高压的考验，在正常运作时是没有问题的。

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