1、虚拟仪器的高电压测量探讨摘 要： 介绍虚拟仪器的基本概念，采用一种新的虚拟仪器电压测量不确定度评定方法，先对虚拟仪器的硬件平台进行不确定度评定，而后利用软件产生符合硬件平台技术指标的仿真采样数据，利用其软件平台处理算法对数据进行处理，对处理结果进行统计分析，得到其不确定度评定结果。这种方法也适用于虚拟仪器其他测量功能的不确定度评定。关键词：虚拟仪器 高压 测量 1、常规的测量高电压方法 我们所说的高电压是指从 1 千伏上百万千伏范围的电压等级。在实验室里常规的高电压测量方法很多，有电压互感器型（将高压通过互感器按一定比例转换成低压进行测量的方法） ，变压器变比折算型，高压静电型等。这些测量方法
2、都是模拟量的信号，模拟信号不能直接送计算机储存分析，要想送到计算机的虚拟仪器上必须先对信号处理方可。这些常规测量方法中精度高和安全性高的是静电电压表，因此我们选用静电型作为电压信号的获取方法再通过模数转换变为数字信号送到计算机上，从而实现用计算机的虚拟仪器来进行电压量的测量。 高电压下的测量方法与低电压的测量方法有很多不同，主要是因为高电压量不能将电压直接引入到测量仪器上进行测量。任何普通测量仪表的绝缘都不能承受这样高的电压，一旦测量时出现绝缘强度不够等问题时就会引发人身安全问题，这是决不允许的。测量人员也无法进行直接测量。由于这些因素高电压的测量才会用很多特殊的方法进行测量。 静电场力测量方
3、法是很安全的一种测量方法，它的基本结构和测量原理是这样的：静电电压表是由两个互不相连的空心鼓形铜球组成，一个铜球接在高电压端，另一个铜球悬空，两球处在同一水平线上且被两个绝缘支杆固定在一定的高度上，两球中间是可调节的空气间隙没有任何联系。在悬空球对应高压球一侧开一个 20mm 的方形窗口，在悬空球的里面有一个平板电极对应窗口，平板电极固定在一个支柱上并且以支柱为轴转动。测量时高压球有不同的电压，在高压球电压作用下产生电场力，电场力推动极板转动使极板以支柱为轴产生偏转。电压不同静电力也不同，对平板电极的作用力也就不同，在不同电场力的作用下平板电极偏转的角度不同，光束射到由平板电极带动的反光镜上，
4、因反光镜随平板电极偏转，再由反光镜反射到电压标尺上，光标指到哪里就表示当时的电压值是多少。这样就可以把电压测量出来了。 2、基于虚拟仪器思想的自动测试系统结构 （l）仪器模块：此层是直接面向测试对象的，在我们系统中主要是GPIB 卡，采集卡，标准源、数字示波器、数字万用表等，主要完成对测试设备电压参数的采集。 （2）仪器硬件接口：我们采用 GPIB 接口、BNC 接口来实现软硬件的数据通信。 （3）I/O 接口软件：存在于仪器与仪器驱动程序之间，是一个完成仪器内部寄存器单元进行直接存取数据操作，并提供信息传递的底层软件层。 （4）仪器驱动程序：这一级负责驱动硬件仪器模块，它通过 I/O 接口实
5、现与硬件的通信，对于不同的仪器，我们可以编写不同的仪器驱动程序。 （5）测试系统软件：通过仪器驱动程序 I/O 接口软件实现对硬件的操作，同时完成其他的功能：数据处理、数据存储等。系统软件部分直接面对操作人员，有良好的人机界面，操作简单方便。 3、基于虚拟仪器的测量方法 Labview 虚拟仪器技术是基于计算机的仪器及测量技术，虚拟仪器技术指在包含数据采集设备的通用计算机平台上，根据需求可以高效率地构建起形形色色的测量系统。它用各种图标或控件来虚拟传统仪器面板上的各种器件。由各种开关图标来实现仪器电源的通断；由各种按钮图标来设置被测信号的“放大倍数” “，通道”等参数；由各种显示控件以数值或波
6、形的方式显示测量或分析结果；由计算机的鼠标和键盘操作来模拟传统仪器面板上的实际操作；以对图形化软件流程图的编程来实现各信号测量和数据分析功能。 基于 Labview 虚拟仪器技术的高压红外式静电电压表是在常规式静电电压表的基础上加以改进而来。将普通电压指示光标改换为红外发射二极管，普通电压指示标尺改换为带有红外接收二极管的电压指示标尺。通过红外接收二极管将光信号转换为电信号并放大输出，经编码或模数转换后送到数据采集卡最终送到计算机。每一个电压值对应一个二极管和信号放大电路，然后将各个模拟量的电压值再变换成编码数字信号送到计算机上的虚拟仪器，计算机通过虚拟仪器软件把不同的电压值显示出来并加以保存
7、，以备随时分析之需。 对信号的处理，是将光信号转变为电信号后将电信号进行放大编码整理，每一个接收单元对应一个放大电路，其作用是将接收的微弱的电信号增大增强。再通过编码电路将每个电压量信号转换成数字信号。每个十进制数对应八位二进制数，并将这组二进制数经采集卡送到计算机和数字显示器（显示器以十进制数显示） 。通过计算机上已编好的虚拟仪器程序，就可以在计算机上读出相对应的电压值。用虚拟仪器显示电压值的程序是很简单的，在这里就不赘述了。 结语 随着科学技术的飞速发展，虚拟仪器技术在高压实验领域也会越来越多的得到应用。在不断开发虚拟仪器技术的推动下，对一些极高电压的实验甚至可以在计算机上模拟进行，而不需要进行真实的实验，因为在现实中我们根本就没有这个设备。虚拟仪器技术对高压实验和高电压设备的自动化也会产生巨大的推动作用，在电力系统中像电力系统参数测量等方面已经使用虚拟仪器技术了。还有像电工电子实验也都在朝着使用虚拟仪器的方向发展，因为它有这个优势。
