基于LABView的电压电流测试系统设计报告

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电压电流参数测试

系 统设计报告

姓名： XXXXX

XXXXXXXXX 学号：

班级：XXXXXXX

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目录

一、系统总体概述 (3)

二、主要功能 (3)

三、系统硬件设计..................................................................................................

3.1.信号调理模块的分析设计 (4)

电压的测量3.1.1 (4)

电流的测量3.1.2 (5)

抗混叠滤波3.1.3 (6)

3.2.A/D转换模块的分析设计 (7)

分辨率3.2.1 (7)

量化误差3.2.2 (7)

转换误差3.2.3 (7)

转换速率3.2.4 (7)

3.3.硬件设备的实现 (8)

电压测量板卡NI9255 3.3.1 (8)

电流测量板卡NI9227 3.3.2 (8)

四、软件的设计 (9)

4.1有效值、平均值的计算 (9)

4.2频率的测量原理 (10)

4.3软件设计的LABV实现 (10)

IEW测试系统的前面板设计4.3.1 (10)

测试系统的后面板设计 4.3.1 (11)

五、系统评估 (12)

六、总结 (13)

参考资料 (14)

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一、系统总体概述

电压和电流是最为常见也是最为基本的电气参数，本系统设计的目的是对电压和电流的基本参数的测试测量，包括幅值、频率、波形等基本的参数指标。

依据系统设计的目的和要求，将输入的电压电流模拟信号进行分析处理并显示结

果，该系统的结构需要模拟信号输入、信号调理、采样保持、A/D转换、数字信号分析、结果输出等几个部分组成。由于本系统的输入有电压和电流两个参量，所以设计采用多路采集多通道输入结构，系统工作的结构图如图1所示。其中信号调理、A/D转换、数字信号分析是三个主要的模块，下面将进行重点的分析和设计。

测试系统结构图图1

为了便于系统搭建和对信号的分析处理，本系统采用以计算机为核心的数字化测试系统。它在实现快速测试、高准确度测试、综合参数测试和自动化测量方面比一般装置具有突出的有点。同时，由于计算机具有较强的数据处理功能，所以在测量数据计算处理和最后显示测试结果方面表格、图形等多种形式的输出。二、主要功能，220V本系统要求测量外部输入的电压电流信号的相关参数（输入电压：，指标要求如下：50Hz） 显示电压波形； 显示输出有效值；进行频谱分析，并计算谐波含量。 由该指标可知，系统需要实现对外部输入信号的调理、转化使之成为计并能通过计算机实现对采集到的数字信算机测试系统允许输入的数字信号，号的分析计算的能力，并通过一定的输出设备显示出来。精品

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三、系统硬件设计

3.1.信号调理模块的分析设计

3.1.1电压的测量

系统要求输入的为220V的交流电压信号，其电压峰值311V，对测量者本身和测试系统都存在有危险，为了保证系统的安全性，本系统需要使用隔离测量设备，来实现测量系统和原电压端的隔离。因而需要先对电压信号进行降压处理。常用的降压方法有电路串电阻分压、变压器降压、霍尔传感器测量等方法。其工作原理如图2、图3、图5所示。

3 2 电阻分压电路原理图电压互感器工作原理图图图）电路串电阻。由于标准电阻的阻值范围非常广，串电阻的方法可以1（实现将输入电压分压到任意压值，而且用电阻测量电压不会引入多余的谐波分量，可以很好的保持电压原有的波形特点，同时电路简单、易于实现。）电压互感器降压方法。使用电压互感器降压也可以将实际输入的交2（流电压信号降压至可测量的电压范围之内，但是由于使用电压互感器要求工作在低磁通密度状态下，而且原副边不能出现短路，互感器副边的一端要求接地等诸多要求造成使用上的不便。同时也会增加电路体积，

设计方案也较为复杂。）霍尔传感器法。3（会使得半导体中的电子与空穴受在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场强度与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，这个现象称为霍尔效应。而产4生的内建电压称为霍尔电压。其原理如图所示。精品文档．

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图5 霍尔传感器原理图4 霍尔效应原理图图霍尔器件具有许多优

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。因此本设但是使用霍尔元件无疑增加了测试系统的成本和操作的复杂度，计只对该方法的可能性进行讨论。电压测量电路可采用串电阻降压的方法。的标准金属膜电阻，和4.7kΩ通过查询标准，可考虑选择使用阻值为357kΩ符合一般4.1V，1%其精度为。由分压规律可知，输入的峰值电压由分压降为数字处理系统的输入范围。电流的测量3.1.2应转化为相应对于电流，由于数字信号处理一般是针对电压信号的分析，的电压信号，作为计算机的输入信号。电流的测量一般按电流的强弱分为大、中、小三个范围，本设计只考虑中等电流的测量，常用的中等电流测量方法有：被测电路串电阻法和电流互感器法。

电流互感器原理图7 串电阻法测电流图6 图）被测电路串电阻法测电流。该方法取样电压一般要经过放大器放大（1再接到测量装置上，为了对测量电路带来影响，放大器常采用隔离放大器。精品文档．

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为达到一定的要求对电阻R有较高的要求，a.电阻R的阻值选择要合理，b.电阻R的热稳定性要好，c.交流电路中，R必须选择为无感电阻。使用串电阻测电流的方法易于实现，结构简单，电路总体成本低。工作原理如图6所示。