摘要：在依據(jù)相關(guān)標(biāo)準和規(guī)范進行鋁電解電容器測試過程中，高頻次的設(shè)備操作和龐大的測試數(shù)據(jù)記錄使得測試人員疲于應(yīng)對。本文作者利用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)測試儀器，設(shè)計出了一套鋁電解電容器自動測試和記錄系統(tǒng)，在保障測試質(zhì)量的同時極大地提高了測試效率。

關(guān)鍵詞：電容器;LabVIEW;虛擬儀器

鋁電解電容器在進行“初始測量”和各類環(huán)境適應(yīng)性試驗后的“最后測量”中都必須要測試電容量、損耗角正切和阻抗。使用傳統(tǒng)儀器測試時需進行參數(shù)調(diào)整、檔位轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)記錄等一系列操作，對于項目繁雜、數(shù)量龐大的電容器樣品，工作量無疑是巨大的。所以，如何利用好現(xiàn)有儀器設(shè)備，高效高質(zhì)地完成數(shù)量龐大的鋁電解電容器測試成為當(dāng)務(wù)之急。本文利用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)進行軟件編程，結(jié)合USB-GPIB卡，與HP-4274A進行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、交換和存儲，從而實現(xiàn)鋁電解電容器的快速自動測試和記錄。

1 鋁電解電容器測試標(biāo)準要求

依據(jù)標(biāo)準《GB/T5993-2003電子設(shè)備用固定電容器 第4部分：分規(guī)范 固體和非固體電解質(zhì)鋁電容器》[1]的要求，鋁電解電容器基本性能參數(shù)測試條件及各項目所需測試的樣品數(shù)量如表1。

從表中可以看出，單批次的鋁電解電容器三項性能需要進行近700次測試，每次測試均需要對儀器設(shè)備進行基本參數(shù)調(diào)整和測試數(shù)據(jù)記錄，工作量巨大且此過程中容易出現(xiàn)人為操作誤差。

2 電容器性能測試儀器介紹

HP4274A LCR電橋是美國惠普公司的產(chǎn)品，該儀表能快速測量電感L、電容C、電阻R、損耗因素D、矢量阻抗|Z|等，其頻率范圍從100Hz到100kHz，測試電壓范圍從1mV～5Vrms，該儀表電容測試范圍為0.01fF～1999.0mF，測量精度為0.1%，完全滿足GB/T 5993-2003對鋁電解電容器各項性能指標(biāo)所需測試儀器的要求。除“Local”人工操作模式外，儀器自帶GPIB通訊端口，可實現(xiàn)“Remote”操控模式，為遠程測試控制提供了硬件支持。其GPIB命令為LV（電壓）、F11（電容量測試頻率）、F12（損耗角正切測試頻率）、F18（阻抗測試頻率）、A（X）對應(yīng)各頻率值等，此命令將作為后續(xù)測試程序設(shè)計時控制命令輸入。

3 虛擬儀器技術(shù)和LabVIEW

“軟件就是儀器”[2]，虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件（本文的HP4274A、USB-GPIB），結(jié)合高效軟件來完成各種測試和自動化的應(yīng)用。作為虛擬儀器技術(shù)中應(yīng)用最廣的開發(fā)環(huán)境，LabVIEW采用框圖的形式進行編程，是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的最理想選擇。該開發(fā)環(huán)境集成了滿足 GPIB、RS-232和 RS-485等協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。

4 系統(tǒng)設(shè)計

4.1 通訊部分設(shè)計

本系統(tǒng)通訊部分硬件采用USB3488A USB-GPIB卡實現(xiàn)PC端和HP4274A的即時命令交互和數(shù)據(jù)傳輸，軟件程序框圖見圖1。通過“VISA Open”以及GPIB卡地址建立通訊鏈路、“VISA Write”將地址寫入、“VISA Read”讀取其值作為下次通訊建立的輸入值、“VISA Close”關(guān)閉GPIB口釋放資源。執(zhí)行此段程序，HP4274A面板remote燈將被點亮，表示儀器控制通訊鏈路已配置完成。

4.2 登錄部分設(shè)計

作為第三方實驗室，質(zhì)量體系文件明確要求進行測試過程控制以及相應(yīng)的痕跡管理，這對測試操作人員和測試原始數(shù)據(jù)記錄做出了明確要求。因此，此部分設(shè)計主要目的在于嚴格控制系統(tǒng)使用人員并將測試人員、試驗時間等信息進行采集以便在測試原始記錄中自動填寫。

本部分采用LabSQL ADO-tool命令集進行編程。“測試人員”的登錄名和密碼通過Access進行加密存儲和授權(quán)。程序編寫時，通過對“登錄名”和“密碼”的采集，并使用“ADO Connection Create—>ADO Connection Open—>SQL Execute—>ADO Connection Close”各子VI的框圖編制以及在控制面板的控件調(diào)配，實現(xiàn)測試登錄、密碼修改、進入系統(tǒng)、退出系統(tǒng)等功能，如圖2。登錄完成后，點擊“進入系統(tǒng)”按鈕即可進入測試界面，也可以點擊“退出系統(tǒng)”按鈕退出整體系統(tǒng)，如圖3。

4.3 測試和數(shù)據(jù)保存部分設(shè)計

依據(jù)標(biāo)準要求進行相應(yīng)測試并做好結(jié)果記錄是實驗室質(zhì)量體系管理中最為關(guān)鍵的過程。因此本部分設(shè)計的實現(xiàn)，需兼顧測試結(jié)果的快速精確獲取和定位保存。

測試部分采用LabVIEW GPIB命令集[3]進行編程。HP4274A 的“電壓、頻率、電容”等測試命令通過“GPIB Write—>GPIB Read”命令控制儀器進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置、測試和結(jié)果返回，將結(jié)果進行緩存，并在后續(xù)數(shù)據(jù)保存中使用。測試界面如圖4，“Start”為單支電容器測試控制按鈕，“Complete”為測試完成按鈕。

數(shù)據(jù)保存部分采用“LabVIEW Office ToolKit”進行編程。通過“字符轉(zhuǎn)換—>Open Excel—>Open New Workbook—>Open New Worksheet—>Set Cell Value”各VI命令完成模板表格打開和數(shù)據(jù)存儲單元格定位程序編寫。在“數(shù)據(jù)保存”界面，手動錄入本批次電容器測試的相關(guān)信息，如任務(wù)編號、生產(chǎn)廠商信息、委托方信息、所檢電容器電容量限值范圍、損耗角正切偏差范圍、阻抗允差范圍等，點擊“保存數(shù)據(jù)”，測試部分緩存的結(jié)果數(shù)據(jù)和手動錄入的信息將自動保存至以“任務(wù)編號”為文件名的Excel模板表格對應(yīng)的單元格中;點擊“繼續(xù)測試”按鈕將跳至測試界面進行下一批次測試;點擊“測試結(jié)束”將退出系統(tǒng)程序，數(shù)據(jù)保存界面如圖5。因為數(shù)據(jù)保存完整，測試人員可通過測試電腦所連接的打印機完成“原始記錄”打印工作，作為測試的紙質(zhì)檔原始記錄進行保存。

4.4 系統(tǒng)整體實現(xiàn)

通過將各子程序框圖進行封裝，形成如圖6所示整體程序框圖。由測試筆記本、系統(tǒng)軟件、USB-GPIB卡和HP4274A構(gòu)成的系統(tǒng)整體如圖7所示。此系統(tǒng)提高了鋁電解電容器性能指標(biāo)測試效率，大幅度減少了測試工作量。良好的人機交互界面，使系統(tǒng)具有更高的實用價值。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提升了實驗室老舊設(shè)備的使用價值。從開發(fā)至今，此系統(tǒng)已經(jīng)測試了200多批次近萬個樣品，表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻：

[1]GB/T 5993-2003，電子設(shè)備用固定電容器 第4部分：分規(guī)范 固體和非固體電解質(zhì)鋁電容器[S].北京：中國電子技術(shù)標(biāo)準化研究院，2003.

[2]羅明.基于虛擬儀器技術(shù)的遠程儀器測控實驗系統(tǒng)的設(shè)計[D].中南大學(xué)，2009.

[3]胡鳳，明陸澤.基于LabVIEW和GPIB的數(shù)字示波器數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2016（03）： 289-290+295.