感性負(fù)載直流電阻測(cè)試儀 說(shuō)明書(shū)

1、摘要在現(xiàn)實(shí)生活中直流電阻的測(cè)試具有很重要,例如,電力變壓器繞組直流電阻測(cè)量是變壓器出廠及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一,電力變壓器繞組具有大電感、小電阻的特點(diǎn),其固有的時(shí)間常數(shù)較大,測(cè)量所需時(shí)間很長(zhǎng),因此研究縮短電力變壓器直流電阻測(cè)量時(shí)間具有重要意義。本設(shè)計(jì)結(jié)合目前較常用的各種快速測(cè)量方法,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)用性,針對(duì)繞組直流電阻測(cè)量工作中存在的問(wèn)題,介紹一種利用恒流源實(shí)現(xiàn)感性繞組直流電阻快速測(cè)量的方法。利用恒壓源對(duì)繞組進(jìn)行充電,解決因電感而影響測(cè)量時(shí)間,充電結(jié)束利用恒流源進(jìn)行供電,保證被測(cè)繞組電流恒定,利用A/D轉(zhuǎn)換器將被測(cè)繞組的電壓值輸送到單片機(jī)中,由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將電壓值轉(zhuǎn)換成電阻的實(shí)際值,由

2、LED出來(lái)。實(shí)現(xiàn)直流電阻的快速、智能化測(cè)量。關(guān)鍵詞:恒流源感性繞組單片機(jī) A/D轉(zhuǎn)換器AbstractAccordance with the existing problems in measuring the DC Resistances of windings,the author introduces a method by means of constant voltage source to achieve fast measurement for the DC resistances of inductive coils. It is fast,reading stabilit y

3、,strong resistance to interference and acts well in practical application.The test of dc resistance is of great significance for the pra ctical work.For instance,Transformers DC resistance measurement is one of the primary prevent test before transformer leaving factory and precautionary,and the DC

4、resist ance must be measured in the course of manufacture,heavy repair ,connective test, testing average temperature rise and fault diagnoses,SO it is quite vital to measure DC resistance of windings nicel y.Because power transformers usuall y have big inductance but small resistance,they have big i

5、nherent time.The time of measuring DC resistance is very long.As time gose by,the temperature rise ,which causes the mistakes in the measure.So it is very important to study to shorten measuring time.In this dissertation.A new rapid measuring method is founded combining the constant voltage source a

6、nd constant-current source,make the control of microcontrolle,in order to fast measure transformerS DC resistance.Key words: constant current source; inductive coils; microcontroller; A/ Dconverter;目錄第1章設(shè)計(jì)任務(wù).1.1設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù) .1.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo) .1.3設(shè)計(jì)任務(wù) .1.4研究?jī)?nèi)容及主要工作.1.5章節(jié)安排. 第2章設(shè)計(jì)說(shuō)明.2.1研究本設(shè)計(jì)的意義.2.2直

7、流電阻測(cè)量現(xiàn)狀 .2.3設(shè)計(jì)要求及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 .2.4設(shè)計(jì)方案確定 .2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容闡述 . 第3章硬件設(shè)計(jì).3.1系統(tǒng)的整體框圖.3.2 恒流源的設(shè)計(jì).3.3測(cè)溫模塊的設(shè)計(jì) .3.4低通濾波環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) .3.5單片機(jī)智能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.6電壓采集電路的設(shè)計(jì) . 第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .4.1 主程序設(shè)計(jì).4.2鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) .4.3顯示程序的設(shè)計(jì) .4.4 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) . 第5章總結(jié)與體會(huì) .5.1 總結(jié).5.2 體會(huì). 參考文獻(xiàn) . 外文資料 .原文.譯文.附錄一:硬件接線圖.附錄二:程序清單.附錄三:器件清單.致謝. .第1章任務(wù)1.1設(shè)計(jì)的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)

8、依據(jù)在電力系統(tǒng)中, 快速、高準(zhǔn)確地測(cè)量感性負(fù)載的直流電阻將有利于對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、故障診斷和實(shí)時(shí)維護(hù)。例如測(cè)量變壓器繞組的直流電阻, 就是變壓器實(shí)驗(yàn)中既簡(jiǎn)便又重要的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。通過(guò)對(duì)繞組直流電阻的測(cè)量, 可以檢查出繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接質(zhì)量, 電壓分接開(kāi)關(guān)、引線與套管等載流部分的接觸是否良好, 三相繞組的電阻是否平衡, 繞組所采用的導(dǎo)線是否符合設(shè)計(jì)要求等等, 因此意義重大, 在這方面的研究與探討是值得的。測(cè)量方法不外乎以下三種:其一是:平衡電橋測(cè)量法;其二是:不平衡電橋測(cè)量法; 其三是:電阻一電壓變換測(cè)量法。若采用電橋測(cè)量法, 其輸出電壓U會(huì)隨被測(cè)電阻R 、的變化而變化。該方法具有使用簡(jiǎn)便

9、、可直接讀數(shù)、準(zhǔn)確度高、反映靈敏等優(yōu)點(diǎn); 但也有一些缺點(diǎn):由于變壓器繞組具有較大的電感和較小的電阻, 有的變壓器的電感可高達(dá)數(shù)百亨, 并且其電阻僅為0.0001一100數(shù)量級(jí), 如用平衡電橋測(cè)量直流電阻, 其電路相當(dāng)復(fù)雜, 并且耗時(shí)效率低; 若用不平衡電橋法測(cè)量, U與R成非線性關(guān)系。為便于實(shí)現(xiàn)智能化測(cè)量、顯示, 最簡(jiǎn)單的方法也就是采用的電阻一電壓變換方法.1.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)本任務(wù)中,要求完成感性負(fù)載的直流電阻的自動(dòng)和準(zhǔn)確測(cè)量,實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的全自動(dòng)化。具體指標(biāo)如下:(1恒流源電流的穩(wěn)定度:<0.3%(2量程:200m、2、20、200、2000、20000(3滿(mǎn)量程輸出

10、電壓:5v(4分辨率:A/D轉(zhuǎn)換器16位(5測(cè)量準(zhǔn)確度:+0.5%(6使用電源220V+10%,50HZ1.3設(shè)計(jì)的任務(wù)1、設(shè)計(jì)滿(mǎn)足上述要求的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案;2、選擇適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵎绞?完成測(cè)量信號(hào)的上傳;3、設(shè)計(jì)恒流源電路;4、設(shè)計(jì)電源開(kāi)關(guān)的控制電路和主電路;5、設(shè)計(jì)電壓、電流調(diào)理和采樣電路;6、設(shè)計(jì)上述要求的系統(tǒng)硬件和軟件;7、完成系統(tǒng)中元器件參數(shù)的計(jì)算和選擇;1.4 研究?jī)?nèi)容及主要工作結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外感性負(fù)載直流電阻測(cè)量的現(xiàn)狀,針對(duì)現(xiàn)有的電力變壓器繞組直流電阻測(cè)試裝置存在的問(wèn)題,全面分析和綜合常用的直流電阻快速測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn),借鑒各方面可取的經(jīng)驗(yàn),尋找一種更好更準(zhǔn)確測(cè)量直流電阻的解決方案。主要

11、工作包括以下幾個(gè)方面:(1參考各種資料,在分析、比較、綜合現(xiàn)有的各種感性負(fù)載直流電阻測(cè)量方法基礎(chǔ)上,找出一種實(shí)用可行的改進(jìn)方法。(2根據(jù)改進(jìn)測(cè)量方法的要求,對(duì)測(cè)試裝置其主要硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作與試驗(yàn)。(3完成測(cè)量裝置系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。1.5章節(jié)的安排在第二章中描述本設(shè)計(jì)的作用,進(jìn)行方案的選擇,確定本設(shè)計(jì)最終采用的方案。第三章是硬件的設(shè)計(jì),包括恒流源的設(shè)計(jì),電源切換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì),濾波器,溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),單片機(jī)硬件接線的方案。在第四章中設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),包括主程序,模數(shù)轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì),顯示、鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)。第2章設(shè)計(jì)方案2.1研究本設(shè)計(jì)的意義電力變壓器繞組直流電阻的測(cè)量是變壓器產(chǎn)品出廠和用戶(hù)

12、維護(hù)、檢修及預(yù)防性試驗(yàn)的主要項(xiàng)目之一。變壓器在制造過(guò)程中、大修后、交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)以及繞組平均溫升的測(cè)定和故障診斷等都必須進(jìn)行上述測(cè)量與試驗(yàn)。通過(guò)該項(xiàng)試驗(yàn),可以獲得以下信息和判斷依據(jù),1檢查繞組焊接質(zhì)量;2檢查分接開(kāi)關(guān)各個(gè)位置接觸是否良好;3檢查繞組或引出線有無(wú)斷折處;4確定繞組平均溫升;5檢查并絞導(dǎo)線和并聯(lián)支路的正確性,是否存在并聯(lián)導(dǎo)線繞組發(fā)生一處或多處斷線的情況;6檢查三相繞組是否平衡。通過(guò)繞組電阻的測(cè)量。可以檢查出繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接質(zhì)量:引線和繞組的焊接質(zhì)量;繞組所用導(dǎo)線的規(guī)格是否符合設(shè)計(jì);分接開(kāi)關(guān)、引線與套管等載流部分的接觸是否良好;三相電阻是否平衡等。在電力變壓器的負(fù)載試驗(yàn)中,對(duì)

13、于附加損耗較大的變壓器,要提供測(cè)量較準(zhǔn)確的繞組電阻,以便計(jì)算電阻損耗用。在變壓器溫升試驗(yàn)中,用電阻法測(cè)量繞組平均溫度時(shí),繞組電阻的測(cè)量誤差最好不超過(guò)±0.2%,以便達(dá)到溫升試驗(yàn)的要求?；谝陨锨闆r,確定正確的測(cè)量方法,選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量設(shè)備,是保證測(cè)量繞組電阻準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。電力變壓器的繞組有它固有的特點(diǎn),電力變壓器繞組的電感很大,約為數(shù)百至數(shù)千亨,而直流電阻很小,約為0.001IQ,并且變壓器的容量越大,電壓等級(jí)越高,電感與電阻的比值就越大,例如240000/330變壓器,高壓側(cè)的電感約為700H,電阻約為0.6,加上測(cè)量回路其他內(nèi)阻,回路的時(shí)間常數(shù)v=L /R*350s,然而充電基本結(jié)

14、束,一般至少需要大約30分鐘,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。這樣對(duì)于測(cè)量一個(gè)普通的三相變壓器全部待測(cè)繞組的直流電阻,至少長(zhǎng)達(dá)十幾個(gè)小時(shí),在現(xiàn)場(chǎng)工作中是不能接受的。另外時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致溫度上升,影響測(cè)量結(jié)果。因此,研究快速測(cè)量電力變壓器繞組直流電阻具有重要的意義。2.2直流電阻測(cè)量現(xiàn)狀目前測(cè)量電力變壓器繞組直流電阻的方法大致可分為三類(lèi):一類(lèi)是直接測(cè)量法,用歐姆表、萬(wàn)用表直接讀數(shù),或用電壓表、電流表測(cè)出未知電阻兩端的電壓與電流,再利用歐姆定理算出電阻值;直接測(cè)量方法雖然測(cè)量簡(jiǎn)單,但誤差很大、精度差、耗時(shí)長(zhǎng);第二類(lèi)是電橋測(cè)量法,如用慧斯登電橋14J、凱爾文電橋測(cè)電阻。通過(guò)電橋的平衡,利用磁電式檢流計(jì)電表指示電橋平衡來(lái)測(cè)量

15、電阻的。電橋法雖然準(zhǔn)確度較高、量程廣,但測(cè)量時(shí)平衡電橋需要時(shí)間長(zhǎng)、效率低,而且無(wú)法觀察通過(guò)被測(cè)電阻的電流變化過(guò)程。有時(shí),電橋只能近似的平衡,不能確切的測(cè)量電阻值。另一類(lèi)是快速測(cè)量方法,它包括很多種測(cè)量方法,按原理可分為靜態(tài)測(cè)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法。靜態(tài)測(cè)量法中的各種方法是通過(guò)改變影響測(cè)量時(shí)間的時(shí)間常數(shù),使電流盡快穩(wěn)定下來(lái),來(lái)達(dá)到快速測(cè)量的目的。動(dòng)態(tài)測(cè)量法是目前直流電阻快速測(cè)量方法研究的熱點(diǎn),是利用電感線圈充電過(guò)程中的電流、電壓數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)算直流電阻值的方法。在原理上不再要求等待電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)才能進(jìn)行測(cè)量,大大的縮短測(cè)量時(shí)間,在根本上實(shí)現(xiàn)了快速測(cè)量,是一種新型的測(cè)試方法。但在實(shí)際應(yīng)用中,由于在理論和技術(shù)上

16、都比較成熟,直流電阻的測(cè)試儀器廣泛應(yīng)用在電力行業(yè)的各個(gè)部門(mén)中,同時(shí)隨著電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展,國(guó)內(nèi)外將微處理機(jī)應(yīng)用到電力變壓器直流電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,出現(xiàn)各種靜態(tài)測(cè)量法與自動(dòng)測(cè)量結(jié)合在一起,使變壓器直流電阻測(cè)量提高到一個(gè)新的水平.電子測(cè)量裝置在直流電阻測(cè)量中得到應(yīng)用,人們已經(jīng)研究出一些提高測(cè)量速度的方法,力圖縮短繞組充電時(shí)間。但由于電力變壓器自身的特點(diǎn),特別是大型電力交壓器隨著容量的增大,繞組的電感與電阻的比值就越大.決定充電時(shí)間長(zhǎng)短的時(shí)間常數(shù)就越大,仍存在充電不夠快的問(wèn)題。且測(cè)量時(shí)接線較為復(fù)雜且耗費(fèi)工時(shí),需要人們多次換路,不便于操作,在精度和自動(dòng)測(cè)試等方面有時(shí)候還不能滿(mǎn)足要求。因此研制

17、精密,快速,自動(dòng)的直流電阻的測(cè)量裝置有重要的意義。2.3設(shè)計(jì)要求及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題電力變壓器繞組模型可等效為一個(gè)電感上和一個(gè)電阻R的串聯(lián),各種快速測(cè)量方法都以此模型為基礎(chǔ),通過(guò)各種手段來(lái)縮短測(cè)量時(shí)間,提高測(cè)量速度,雖各有優(yōu)缺點(diǎn),但實(shí)際試驗(yàn)中對(duì)測(cè)量方法的基本要求是一致的,如下:(1測(cè)量的結(jié)果能準(zhǔn)確反映繞組直流電阻的大小。電力變壓器的直流電阻值通常為0.001-1,要求測(cè)量精度為±2%左右,即測(cè)量方法能有效地分辨lOu左右的變化,即就是要求測(cè)量的準(zhǔn)確性。(2測(cè)量的快速性。測(cè)量一相繞組的時(shí)間一般應(yīng)該控制在幾分鐘以?xún)?nèi)。(3測(cè)量過(guò)程應(yīng)要求最好無(wú)人干預(yù),測(cè)量所用導(dǎo)線或測(cè)量回路所需串入的電阻、電容的大

18、小應(yīng)和被測(cè)繞組無(wú)關(guān),具有通用性,這樣才便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量,減少了人工干預(yù)的隨機(jī)性,大大提高測(cè)量結(jié)果的可信度。由于電力變壓器的繞組具有大電感、微電阻的特點(diǎn), 因而其固有的時(shí)間常數(shù)也很大, 而且電阻值的復(fù)蓋范圍較寬。變壓器繞組數(shù)多, 一般低壓側(cè)需測(cè)量六個(gè)繞組, 高壓側(cè)有多個(gè)分接位, 每個(gè)分接位需測(cè)量三個(gè)繞組。因此, 研制過(guò)程中必須解決下列問(wèn)題。1較寬的的測(cè)量范圍電力變壓器繞組的阻值從幾百微歐到幾歐姆不等, 研制的產(chǎn)品至少必須復(fù)蓋這一測(cè)量范圍, 特別是測(cè)量范圍的下限必須足夠低。2很高的測(cè)量精度為使測(cè)量結(jié)果能客觀地反映牽引變壓器的性能, 研究的精度目標(biāo)確定為測(cè)量誤差小于0. 5%。這對(duì)于幾百微歐的阻值而

19、言, 是一個(gè)相當(dāng)不易解決的問(wèn)題。3較快的測(cè)量速度牽引變壓器每個(gè)繞組的電感是數(shù)亨的量級(jí), 如上所述的阻值范圍, 其固有的時(shí)間常數(shù)一般在數(shù)十秒級(jí)。為提高測(cè)量速度, 必須采取特別的措施, 減小時(shí)間常數(shù)對(duì)測(cè)量速度的影響, 使電路盡快進(jìn)入穩(wěn)態(tài), 否則難以達(dá)到快速測(cè)量的要求。4減少繞組對(duì)測(cè)量精度的影響由于繞組的電感很大, 如果測(cè)量電路產(chǎn)生任何很小的紋波電流, 都將使被測(cè)電壓產(chǎn)生較大的波動(dòng), 對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生很大的影響。因此,必須采取有效措施, 減小電流的紋波以削弱電感對(duì)測(cè)量精度的影響。5測(cè)量結(jié)果自動(dòng)處理所有測(cè)量結(jié)果應(yīng)保存于測(cè)試儀中, 以便隨時(shí)查詢(xún)、分析、比較, 而且必須具備溫度換算、組間不平衡度計(jì)算、與標(biāo)準(zhǔn)

20、值比較等功能, 測(cè)量結(jié)果還必須能傳送到計(jì)算機(jī)中, 以便制表、打印和歸檔保存。2.4 設(shè)計(jì)方案確定采用電壓-電阻轉(zhuǎn)換的方法,由歐姆定律可知R=U/I , 只要電流I恒定,就很容易得到電阻與電壓的線性變換關(guān)系。這時(shí)可采用一個(gè)恒流源向被測(cè)電阻Rx供電, 再測(cè)出它兩端電壓Ux,便可換算出被測(cè)電阻Rx的值。圖2-1 是測(cè)量變壓器直流電阻的系統(tǒng)原理框圖。其工作原理是:測(cè)量時(shí), 先合上K1 , 變壓器繞組被U充電, 充電電流按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電流達(dá)到某預(yù)選值時(shí)儀器自動(dòng)接通K2、斷開(kāi)K1。流經(jīng)變壓器繞組的電流由In強(qiáng)制供給。所以有Ux=InRx, Un=InR .其中:Rn為標(biāo)準(zhǔn)電阻(;Rx為被測(cè)感性負(fù)載的直

21、流電阻(: Ux為變壓器繞組的端電壓(V . Un為標(biāo)準(zhǔn)電阻的端電壓(V。所以Rx=RnUx/Un。當(dāng)Un/Rn=1時(shí), 則認(rèn)的值就是被測(cè)電阻Rx 的值。先用直流電壓U對(duì)變壓器充電是為了提高測(cè)量速度。 注:In基準(zhǔn)恒流源;K1,K2開(kāi)關(guān);Lx,Rx,被測(cè)感性負(fù)載電感和電阻;Ux,Un被測(cè)感性負(fù)載的電壓和標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓;A1,A2儀用放大器(AD624;Ut溫度測(cè)試電壓;圖2-1感性負(fù)載直流電阻測(cè)試系統(tǒng)原理圖2.5設(shè)計(jì)內(nèi)容闡述本裝置以8051單片機(jī)為核心組成單片機(jī)控制單元,通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口完成測(cè)試與控制功能。電源部分是通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生單片機(jī)工作電源+5V,其中,繼電器工作電源+12V

22、由變壓器降壓,整流轎整流產(chǎn)生。鍵盤(pán)有七個(gè)按鍵,通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)量程的選擇,完成測(cè)試、通訊功能和測(cè)試的結(jié)束。測(cè)試的結(jié)果通過(guò)LED顯示輸出。單片機(jī)控制單元主要由8051單片機(jī)為核心,由于8051的內(nèi)部程序寄存器和數(shù)據(jù)寄存器的存儲(chǔ)空間夠用,因此不需要寄存器的擴(kuò)展,它用來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)上傳通訊的控制,輸出繼電器的控制,控制鍵盤(pán)的輸入和液晶顯示的控制。繼電器是用來(lái)切換測(cè)試的量程,通過(guò)鍵盤(pán)的輸入單片機(jī)輸出相應(yīng)的控制信號(hào),從而切換測(cè)試儀的量程,同時(shí)恒壓源、恒流源之間的切換也有繼電器實(shí)現(xiàn)切換。恒流源電路主要由恒流源的采樣電路,比較電路等,將交流電通過(guò)整流橋?qū)⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟?經(jīng)電流調(diào)整和電流反饋,最后實(shí)現(xiàn)

23、0.1mA 10A范圍的穩(wěn)流輸出。測(cè)量回路首先由恒壓源對(duì)回路進(jìn)行供電,等回路充電到一定程度,繞組電流達(dá)到預(yù)選值時(shí)由單片機(jī)控制切斷恒壓源閉合恒流源,有恒流源進(jìn)行供電,保證回路電流恒定,從而測(cè)試直流電阻。由于繞組電感的存在,且電感值一般比較大,殘余電流對(duì)使用者和測(cè)試設(shè)備將構(gòu)成威脅,因此必須有電流放電回路,電流放電回路由放電電阻和一個(gè)反向二極管構(gòu)成,充電時(shí)二極管關(guān)斷。電源對(duì)繞組充電,斷電時(shí)二極管導(dǎo)通,繞組通過(guò)二極管和放電電阻放電。測(cè)量結(jié)束時(shí),將繼電器斷開(kāi),切斷電源,因變壓器繞組具有大電感,電流不能立即降為零,這樣就會(huì)產(chǎn)生很大的電勢(shì),因此必須加有放電回路,在本放電回路中,當(dāng)繼電器斷開(kāi)后。二極管導(dǎo)通,繞

24、組中電流通過(guò)放電電阻和二極管形成回路,完成放電過(guò)程。放電電阻的選擇要適當(dāng),放電電阻越大。電阻上消耗的功率越,放電時(shí)間越短,放電回路兩端的電壓越高。因此放電電阻的選擇既要控制放電電壓值是安全的,又要使放電時(shí)間盡可能短。倍號(hào)采集是針對(duì)8051單片機(jī)而言的,為實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的顯示及保護(hù)等功能,必須有采樣計(jì)算電路,一方面可利用8051單片機(jī)4路16位A/D轉(zhuǎn)換器以及CPU的計(jì)算處理功能,另一方面可以使用單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換器件,故選取了ADS7825,但是,進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的信號(hào)必須是經(jīng)過(guò)調(diào)理的信號(hào),它要求符合以下條件:(1信號(hào)幅值不能超過(guò)±5V。(2進(jìn)入ADS7825和單片機(jī)輸入口的信號(hào)

25、是電壓信號(hào)。(3輸入信號(hào)不能干擾系統(tǒng)的正常工作。溫度過(guò)高會(huì)影響電阻值的測(cè)量結(jié)果,因此必須有溫度監(jiān)控電路,利用溫度傳感器對(duì)裝置的溫度進(jìn)行監(jiān)控,并將溫度值送入單片機(jī)進(jìn)行比較,溫度低于影響值時(shí)正常進(jìn)行測(cè)量,一旦溫度過(guò)高于影響值,單片機(jī)比較出數(shù)據(jù)高,輸出信號(hào)切斷電源,結(jié)束測(cè)量過(guò)程。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的整體框圖本裝置以8051單片機(jī)為核心組成單片機(jī)控制單元,完成測(cè)試與控制功能。本測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖31所示 圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)控制單元主要由8051單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試量程的切換,輸出繼電器的控制,鍵盤(pán)的輸入和液晶顯示的控制,數(shù)據(jù)的采集。恒流源電路主要由恒流源的采樣電路、比較

26、電路等,將交流電通過(guò)整流橋?qū)⒔浑娮優(yōu)橹绷麟?經(jīng)電流調(diào)整和電流反饋,最后實(shí)現(xiàn)O.m1A10A范圍的穩(wěn)流輸出。由于繞組電感的存在,殘余電流對(duì)使用者和測(cè)試設(shè)備將構(gòu)成威脅,因此必須有電流放電回路,電流放電回路由放電電阻和一個(gè)反向二極管構(gòu)成,充電時(shí)二極管關(guān)斷,電源對(duì)繞組充電,斷電時(shí)二極管導(dǎo)通,繞組通過(guò)二極管和放電電阻放電。3.2恒流源的設(shè)計(jì)目前恒流源在直流電阻的測(cè)量當(dāng)中廣泛應(yīng)用,雖然恒流源不能改變變壓器繞組的電感和電阻參數(shù),而是在測(cè)試時(shí)提高穩(wěn)定的電流值,則測(cè)試時(shí)間可以縮短。同時(shí)仿真表明:較大的直流電流有利于感性負(fù)載直流電阻測(cè)量的快速性;具有高穩(wěn)定度的直流電流有利于感性負(fù)載直流電阻測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此,恒流

27、源的設(shè)計(jì)是直流電阻測(cè)試儀設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的大環(huán)節(jié)。1.恒流源的分類(lèi)近年來(lái)電力變壓器直流電阻快速測(cè)試的研究中,恒流源器件被廣泛采用,這是由于經(jīng)仿真試驗(yàn)表明:直流電流關(guān)系到感性負(fù)載直流電阻測(cè)量的快速性和測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此,研究一種具有高穩(wěn)定性、較強(qiáng)帶負(fù)載能力的較大容量的恒流源直接決定感性負(fù)載直流電阻測(cè)量的準(zhǔn)確性、快速性和可靠性。因此本節(jié)介紹恒流源的基本原理和類(lèi)型。一般把能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源稱(chēng)為“恒流源”。所謂“恒流”是一種習(xí)慣叫法,并不是電流值絕對(duì)不變,而是在一個(gè)工作范圍內(nèi)保持足夠的穩(wěn)定性。恒流源的基本作用是消除或削弱負(fù)載電阻和環(huán)境溫度變化對(duì)輸出電流的影響。恒流源分類(lèi):按照所采用的調(diào)整元件

28、不同,可分為電真空器件恒流源、雙極性晶體管恒流源、場(chǎng)效應(yīng)器件恒流源和集成電路恒流源。按照調(diào)整方式不同,恒流源可分為直接調(diào)整型恒流源和間接調(diào)整型恒流源。間接調(diào)整型恒流源根據(jù)調(diào)整元件的工作狀態(tài)不同,又分為連續(xù)調(diào)整型恒流源、開(kāi)關(guān)調(diào)整型恒流源和組合調(diào)整型恒流源等。文中先按調(diào)整方式分類(lèi)對(duì)各種恒流源電路的特點(diǎn)與性能作簡(jiǎn)要介紹。然后則根據(jù)采用的調(diào)整元件不同,對(duì)各類(lèi)恒流源電路進(jìn)行詳細(xì)討論。1直接調(diào)整型恒流源直接調(diào)整型恒流源由恒流器件和供電電源串聯(lián)組成,電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,主要是利用了恒流器件的非線性特性對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行直接調(diào)整并使之保持穩(wěn)定。作為恒流器件,早先采用鎮(zhèn)流管,目前則廣泛使用半導(dǎo)體恒流二極管。半導(dǎo)體恒流

29、二極管在電路中的連接方法及其恒流特性如圖3-2(a所示。半導(dǎo)體恒流二極管能在很寬的電壓范圍UsUb以?xún)?nèi)提供十分恒定的電流,如圖3-2(b,它在晶體管電路中得到了廣泛應(yīng)用。但是,目前恒流二極管的最大電流只是毫安級(jí),限制了它的應(yīng)用。 (a (b圖3-2 流二極管構(gòu)成的恒流源和伏安特性2間接調(diào)整型恒流源電子管、晶體管一般不能直接提供恒定電流,但可利用它們和其它電子元器件組合而成的恒流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流,所以稱(chēng)為間接調(diào)整。根據(jù)調(diào)整元件的工作狀態(tài)不同,又分為連續(xù)調(diào)整、開(kāi)關(guān)調(diào)整。(1連續(xù)調(diào)整型恒流源圖3-3是連續(xù)調(diào)整型恒流源的結(jié)構(gòu)示意圖,其中3-3(a是開(kāi)環(huán)電路, 3-3(b是閉環(huán)電路。在圖3-3(a中,由基

30、準(zhǔn)電壓Us,精密電阻Rs與射極跟隨器F構(gòu)成連續(xù)調(diào)整型恒流源開(kāi)環(huán)電路。由于跟隨器的輸出電壓和輸入電壓(即基準(zhǔn)電壓Us大致相等,因此串聯(lián)在輸出電流通路中的實(shí)際負(fù)載上流過(guò)近似恒定的電流,它等于基準(zhǔn)電壓Us與精密電阻Rs之比,即I=Us/Rs。圖3-3(b為連續(xù)調(diào)整型恒流源閉環(huán)電路,其中A為放大器,它是一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓Us,另一輸入端加上反饋電壓IRs,由于放大器的作用,使輸出電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs上的壓降和基準(zhǔn)電壓近似相等,得到=Us/Rs。由此可見(jiàn),連續(xù)調(diào)整型恒流源的輸出電流僅由基準(zhǔn)電壓和標(biāo)I準(zhǔn)電阻決定,而與電源電壓和負(fù)載變化無(wú)關(guān)。 (a 圖(b圖3-3 連續(xù)調(diào)整型恒流源電路(2開(kāi)關(guān)調(diào)整型恒流源圖

31、3-4是開(kāi)關(guān)調(diào)整型恒流源,這里的電源Us通過(guò)開(kāi)關(guān)s和濾波回路提供電流。由于這個(gè)電流也通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs而放大器A將Rs 向負(fù)載Rl上的電壓降IRs和基準(zhǔn)電壓Us比較,并對(duì)開(kāi)關(guān)s進(jìn)行控制以保持輸出電流I的穩(wěn)定。 圖3-4 開(kāi)關(guān)調(diào)整型恒流源圖3-4中S是一個(gè)電子開(kāi)關(guān),他的形式很多,在交流輸入的情況下,般采用單結(jié)晶體管觸發(fā)的可控硅相控開(kāi)關(guān)電路。而在直流輸入時(shí),則用多諧振蕩器控制的開(kāi)關(guān)電路。開(kāi)關(guān)型恒流源用于輸出容量大,但對(duì)恒流源性能要求不高的場(chǎng)合,例如用作蓄電池的恒流充電器。(3 組合調(diào)整型恒流源 圖3-5組合調(diào)整型恒流源在連續(xù)調(diào)整型恒流源閉環(huán)電路中,當(dāng)負(fù)載電阻很小甚至短路時(shí),輸入電源電壓全部加到調(diào)整管

32、的集-射極,耗散功率很大。所以,這種電路的恒流性能雖好,但輸出容量不能很大·對(duì)于開(kāi)關(guān)調(diào)整型恒流源,因其調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),效率明顯提高,但輸出紋波較大。為了克服上述矛盾,可以采用組合調(diào)整型恒流源,即在開(kāi)關(guān)調(diào)整穩(wěn)壓電路后緊接連續(xù)調(diào)整恒流電路。這樣一來(lái),開(kāi)關(guān)電路輸出的脈沖紋波經(jīng)后接豹連續(xù)調(diào)整電路的調(diào)整后,最終輸出的電流就十分穩(wěn)定,其結(jié)構(gòu)方框圖如圖3-5所示2、恒流源的設(shè)計(jì)方案的確定通過(guò)上述恒流源的原理分析和各類(lèi)恒流源的比較,根據(jù)實(shí)際情況,對(duì)應(yīng)電力變壓器直流電阻測(cè)試儀的要求,對(duì)恒流源進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在電源部分,把220V交流電,經(jīng)穩(wěn)壓器降壓、整流濾波,作為恒流源器件所用的電源。其基本原理如3

33、-6圖: 注:R1=10K+0.01%;RN標(biāo)準(zhǔn)電阻+0.01%;Rx被測(cè)直流電阻;圖3-6 恒流源原理圖恒流源的工作原理如下:基準(zhǔn)源U in分壓后,經(jīng)過(guò)加法器N1A、反饋放大器N2A 。由電流放大驅(qū)動(dòng)VTR電路輸出電流IX。為了使輸出電流穩(wěn)定,除各個(gè)環(huán)節(jié)引入深度負(fù)反饋外,還從輸出電流IX取樣經(jīng)電壓跟隨器N3A 反饋至加法器N1A。形成一個(gè)大反饋,進(jìn)一步增強(qiáng)了輸出電流的穩(wěn)定度,使恒流源在負(fù)載變化較大范圍內(nèi)輸出電流具有高穩(wěn)定度。恒流源電流的穩(wěn)定原理:運(yùn)放N1A 的輸出電壓U1為U1=-(U in+U4(1根據(jù)一般運(yùn)放分析方法 ,運(yùn)放N2A的輸出為U2=- U1= (U in+U4(2跟隨器N3A

34、 的輸出電壓U4為U4=U3(3標(biāo)準(zhǔn)電阻RN ,上的電流IN為IN= ( U2-U3/ RN(4聯(lián)立(1(4式可得U in= U2-U3(5因?yàn)檫\(yùn)放N3A構(gòu)成跟隨電路其輸人阻抗很高(1012,所以標(biāo)準(zhǔn)電阻RN 上的電流IN全部流向被測(cè)電阻Rx,即IX= IN= (U2-U3/ RN= U in/ RN(6由上式表明:(1輸出電流I,與被測(cè)感性負(fù)載無(wú)關(guān)(2輸入電壓U。的穩(wěn)定度、紋波大小、靜態(tài)電流大小和溫漂特性都會(huì)直接影響輸出電流I。(3改交標(biāo)準(zhǔn)電阻值焉和組成恒流源的電阻置會(huì)改變輸出電流的大小。為保證恒流源的技術(shù)指標(biāo)R1,一般選精度較高的電阻 ,如0.01%精密電阻,電阻值取10K即可。如果三個(gè)集

35、成運(yùn)算放大器的接地點(diǎn)布置不恰當(dāng)時(shí),有干擾信號(hào)會(huì)進(jìn)入恒流源的電路中,輸出電流就有一定的波動(dòng),導(dǎo)致恒流源工作不穩(wěn)定。把它們的各個(gè)接地點(diǎn)接在一起,再與電源的接地點(diǎn)相連,電流輸出穩(wěn)定,可以有效抑制了干擾。圖中N1A 為加法器 , N2A與VT1-VT2組成反相放大器 (其中VT1-VT2組成復(fù)合管,用于放大N2A的輸出電流,最大可以輸出10A的恒定電流 ,N3A是電壓跟隨器。該恒流源經(jīng)過(guò)多次濾去紋波 ,能確保輸出電流恒定。恒流源采用集成運(yùn)算放大器ICL7650, 它是Intersil公司于80年代初研制成功的高精度、低漂移、動(dòng)態(tài)校零CMOS 型斬波穩(wěn)零式單片集成運(yùn)放,其輸人失調(diào)電壓UOS=1.0u V

36、,只相當(dāng)于通用型運(yùn)放F007 的1/1000。 ,失調(diào)電壓溫漂為0.01u V/,每月漂移低于1u V,輸人偏置電流約為100pA ,且有極高共模抑制比(130dB,開(kāi)環(huán)增益A d>dB140,輸人電壓U in的波動(dòng)對(duì)放大器輸出影響很小 ,因而恒流源穩(wěn)定、可靠。R2為VTR的限流電阻。3、恒流源的分析被測(cè)感性負(fù)載的直流電阻為:RX =UX/IX= UXRN/Uin(7對(duì)式(7進(jìn)行全微分,則被測(cè)感性負(fù)載的直流電阻RX,的誤差可以表達(dá)為:RX = (RX/RNRN+ (RX/ UXUX- RX* RX/ (UXRNUin(8式(8表明:對(duì)于一定的被測(cè)感性負(fù)載的直流電阻RX ,當(dāng)RN固定不變時(shí)

37、UX 越大,RX的誤差越小;RX越大,RX的誤差也越大。由式(8可得系統(tǒng)測(cè)量的相對(duì)誤差為=RX / RX=RN/RN+UX/ UX-Uin/Uin(9由于加法器N1A 的共模信號(hào)不為零,故存在共模誤差。N1A的共模電壓為Uin,共模抑制比可引起的誤差,由于選用了 ICL7650集成運(yùn)算放大器,由共模抑制比引起的誤差是可以忽略的。(1恒流源特性分析可以將整個(gè)恒流源簡(jiǎn)化為圖3-7所示的閉環(huán)系統(tǒng)控制框圖(圖中U02為放大器 VT1、VT2的基極電壓。 圖3-7恒流源閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖圖中:K1= Ad /(Ad+2K2= Ad K3=/RbeK4= RN + RXK5= RX 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:T

38、(s= IX (s/ Uin(s=K1K2K3/(K1K2K3K5+K3K4+1式中為功放驅(qū)動(dòng)電路的放大倍數(shù),1000;Ad為3個(gè)運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Ad140Db; Rbe為放大器 VT1、VT2 的b-e結(jié)電阻。假設(shè)放大器VT的基極電流為I0,由于運(yùn)算放大器 N2A和功率管 VT1、VT2構(gòu)成了電流的深度負(fù)反饋,同時(shí)運(yùn)算放大器 N1A 和 N3A為電壓的深度負(fù)反饋,即:In /U2=1/( RN+ RX則輸出電流的近似表達(dá)式可簡(jiǎn)化為:In = IX= AdUin/(AdRN+ RX經(jīng)反復(fù)測(cè)試,恒流源性能指標(biāo)如下:a、12h內(nèi)穩(wěn)定度為0.01%(10A ;0.03%(5A ;0.05

39、%(0.05A; 0.07%(0.005A;溫漂0.05%/b、預(yù)熱時(shí)間3minc、環(huán)境溫度 0-60。用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的恒流源電路中,基準(zhǔn)電壓是外設(shè)的,常用的有標(biāo)準(zhǔn)電池、鋅汞電池或溫度補(bǔ)償型穩(wěn)壓管等,基準(zhǔn)電壓值的高低也可根據(jù)要求獨(dú)立的選擇。但是,對(duì)于集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源,它的基準(zhǔn)電壓內(nèi)含于穩(wěn)壓器之中,大部分是固定的,并不設(shè)外引線端。因此選擇了集成穩(wěn)壓器,它的基準(zhǔn)電壓值被同時(shí)確定了。常用的W317型三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓最低,只有1.25V,W7805型三端固定式穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源為UR =U=5V.多端可調(diào)式穩(wěn)壓器WA724、WB724型的基準(zhǔn)電壓約為34V;而W2、YZ03-06

40、型為6V:W723型為7v,但因其接有引出端,因而容易通過(guò)外接電阻分壓器使基準(zhǔn)電壓值連續(xù)可調(diào)。用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源時(shí),其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓高低的選擇應(yīng)該一分為二來(lái)分析。從提高調(diào)整率指標(biāo)出發(fā),基準(zhǔn)電壓值越高越好。但基準(zhǔn)電壓值越高,取得同樣恒流源輸出而采用的采樣電阻值就大,因而增加了內(nèi)部功耗,對(duì)于小電流恒流源問(wèn)題不大,但對(duì)于安培級(jí)的恒流源,這樣大的功耗就很難保證采樣電阻的穩(wěn)定性。據(jù)此考慮,基準(zhǔn)點(diǎn)壓低一些有利。但若基準(zhǔn)電壓太低,它和采樣電壓的差值就小,這對(duì)集成穩(wěn)壓器中放大器的增益、漂移和噪聲提出了更高的要求。總之,在選擇基準(zhǔn)電壓時(shí)要兼顧上述兩個(gè)方面。一般原則是,對(duì)小電流恒流源,基準(zhǔn)電壓值可適當(dāng)高一些。

41、而對(duì)大電流恒流源,在滿(mǎn)足調(diào)整率指標(biāo)條件下,基準(zhǔn)電壓值低一些好。經(jīng)綜合分析考慮恒流源的基準(zhǔn)電壓用本設(shè)計(jì)的芯片供電電壓源。對(duì)于輸入基準(zhǔn)電壓Uin,特選用 PMI公司生產(chǎn)的REF02 芯片(由它產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Uin,它是+5V精密電壓基準(zhǔn)/溫度傳感器,在-55-125范圍內(nèi),輸出電壓最大紋波系數(shù)的典型值為 0.05%?？梢杂行Ц纳坪懔髟吹姆€(wěn)定性、可靠性、漂移和噪聲等指標(biāo)。在測(cè)量大型電力設(shè)備的直流電阻時(shí),為提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和快速性,要求測(cè)試儀表具有較大的恒流輸出能力(0.1-10A,很小的紋波和很高的穩(wěn)定度,才能用于如 110KV級(jí)以上的大型變壓器繞組等感性負(fù)載直流電阻的準(zhǔn)確、可靠測(cè)量。本文研究的恒流源

42、能夠穩(wěn)定輸出的最大電流為 10A,用于測(cè)量m級(jí)感性負(fù)載的直流電阻。由于一般的集成運(yùn)算放大器的輸出電流比較小,不能直接驅(qū)動(dòng)較大的功率管,因此,要獲得10A恒流源,就必須采取擴(kuò)流技術(shù)。本文采用了前級(jí)驅(qū)動(dòng)后級(jí)的辦法,以達(dá)到擴(kuò)流目的。 圖3-8擴(kuò)流電路原理圖圖 3-8表示恒流源的功率放大器環(huán)節(jié),代替圖3-5中的電流驅(qū)動(dòng)電路VT1、VT2。其中RX和LX為被測(cè)感性負(fù)載的直流電阻和電感,RN為標(biāo)準(zhǔn)電阻。VTR1 選用DB237( NPN型 100V,2A,VTR2選用BD238( PNP 型 100V,2A作為前級(jí)驅(qū)動(dòng)功率管。VTR3-VTR6選用MJ11032( NPN 型 120V,50A作為功率放大

43、管。下面簡(jiǎn)單介紹恒流源功率放大器的工作原理。當(dāng)來(lái)自N2A的輸入電壓為正時(shí),圖3-8就是一個(gè)輸出正電壓的功率放大器,此時(shí)。調(diào)整管 VTR1、VTR3、VTR4 導(dǎo)通,VTR2,VTR5,VTR6截止;當(dāng)來(lái)自 N2A的輸入電壓為負(fù)時(shí),圖 3-8就是一個(gè)輸出負(fù)電壓的功率放大器,此時(shí)調(diào)整管VTR2,VTR5,VTR6 導(dǎo)通,VTR1,VTR3,VTR4截止。由于功率管的耗散功率和輸出電流較大,一個(gè)功率管往往不夠用,為此采取了將參數(shù)相近的功率管并聯(lián)的方法。如果只是將它們各自的3個(gè)極簡(jiǎn)單地并聯(lián),將導(dǎo)致各個(gè)功率管流過(guò)電流的差別很大,從而造成其中某個(gè)功率管負(fù)擔(dān)過(guò)重而損壞。為避免因功率管的特性不完全相同所造成的

44、電流分配不均,需采取均流措施,即在各個(gè)功率管的發(fā)射極上接入一個(gè)平衡電阻 R5-R8,其上的電壓降與流過(guò)的電流成正比,構(gòu)成電流負(fù)反饋,從而使并聯(lián)的幾個(gè)功率管的電流比較接近。當(dāng)平衡電阻增大時(shí),其電流負(fù)反饋的作用愈強(qiáng),均流的效果也就愈好;但平衡電阻上消耗的功率也就愈大。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須兼顧這兩個(gè)方面。實(shí)踐表明,取平衡電阻上的電壓降在0.1-1.0 V之間比較合理。均衡電阻選用10K電阻。調(diào)整管,尤其是達(dá)林頓管 MJ11032是恒流源電路中承受功率損耗最大的功率管。晶體管的結(jié)溫隨著耗散功率的增大而升高,而晶體管的使用壽命隨著結(jié)溫的升高而呈指數(shù)下降。因此,調(diào)整管的散熱問(wèn)題是決定恒流源可靠性、穩(wěn)定性的一個(gè)

45、重要因素。1、標(biāo)準(zhǔn)電阻的選擇用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源時(shí),由于采樣電阻串聯(lián)在主回路內(nèi),因而采樣電阻自阻值的精度、功率容量、溫度系數(shù)、時(shí)效變化等,對(duì)恒流性能有至關(guān)重要的影響。因此,通常的碳膜電阻不宜采用,而應(yīng)選擇精密金屬膜電阻或精密線繞電阻。大電流輸出時(shí),最好采用溫度系數(shù)更小的錳銅絲線繞電阻。由于此時(shí)的采樣電阻值很小,只有零點(diǎn)幾歐到幾歐,因此必須用電流接頭和電壓接頭分開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)電阻。另外,連接線的長(zhǎng)短粗細(xì)、焊接的質(zhì)量、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的接觸電阻和穩(wěn)定性也將直接影響采樣值,應(yīng)予以充分注意。為了避免采樣電阻發(fā)熱造成的不穩(wěn)定,電阻功率要有一定的富裕量,必要時(shí)還應(yīng)采取散熱和恒溫措施。連續(xù)可調(diào)問(wèn)題:根據(jù)恒流源輸出電流的

46、一般表達(dá)式IH =UR/RS,可見(jiàn),為得到輸出電流可調(diào)的恒流源,或改變基準(zhǔn)電壓UR ,或改變采樣電阻RS。然而大多數(shù)集成穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓都是固定的,因此只有改變采樣電阻。對(duì)于電流可調(diào)范圍不大的恒流源,輸出微調(diào)可采用精密多圈電位器。調(diào)節(jié)范圍大時(shí),則用多個(gè)電阻經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)改變量程。需要注意的是,開(kāi)關(guān)的接觸電阻必須很小,最好采用同一批號(hào)的電阻。順便指出,上述通過(guò)改變采樣電阻調(diào)節(jié)輸出電流的方法有許多問(wèn)題:(1電阻串聯(lián)在主回路內(nèi),而采樣調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不可能十分穩(wěn)定,因而直接影響到輸出電流的穩(wěn)定性;(2為了減少功耗,RS足值取小一些好,所以調(diào)節(jié)范圍不可能很寬;(3除非設(shè)置負(fù)電源,否則不可能從零起調(diào);(4對(duì)于高精度

47、恒流源,幾乎不可能改變作為標(biāo)準(zhǔn)的采樣電阻。因此,對(duì)于大電流精密恒流源,最好采用基準(zhǔn)電壓的采樣電阻。阻止的確定由公式(6IX = U in/ RN(6可知RN = U in/ IX(7由于測(cè)試儀設(shè)計(jì)了6個(gè)測(cè)量范圍,6個(gè)不同的電流值,需要6個(gè)阻值,由公式(7算出電阻值表 3.1表 3.1 2、繼電器開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)由于恒流源輸出的電流值要有六個(gè)不同的值,通過(guò)改變標(biāo)準(zhǔn)電阻的值去改變恒流源的輸出電流的值,因此要有六個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻作為恒流源的標(biāo)準(zhǔn)電阻,六個(gè)電阻間需要切換,所以需要有控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻間的切換,本設(shè)計(jì)利用電磁繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)它們之間的切換。繼電器是電氣控制中常用的控制器件,它實(shí)際上是用較小的電

48、流去控制較大的電流的一種“全自動(dòng)開(kāi)關(guān)”,因此在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器(EMR一般有通電線圈和觸點(diǎn)(常開(kāi)或常閉構(gòu)成。當(dāng)線圈通電時(shí),由于磁場(chǎng)的作用,使常開(kāi)觸點(diǎn)閉合以及常閉觸點(diǎn)斷開(kāi),而觸點(diǎn)輸出部分可以直接與高電壓連接,控制執(zhí)行機(jī)動(dòng)作。電路接線如圖3-9。圖3-9是電磁繼電器的常用的接口電路,適用于繼電器線圈工作電流小于300mA的場(chǎng)合繼電器由晶體管9013驅(qū)動(dòng),繼電器的動(dòng)作由8051單片機(jī)控制。當(dāng)有低電平輸出時(shí)繼電器J吸合;高電平時(shí)釋放;采用這種控制邏輯可以使單片機(jī)在復(fù)位時(shí),繼電器不吸合。 注:R1、R2為1K,VD為二極管;VT為晶體管圖3-9繼電器開(kāi)關(guān)原理圖二極

49、管VD的作用是保護(hù)晶體管VT。當(dāng)繼電器K吸合時(shí),二極管VD 截止,不影響電路工作。繼電器K釋放時(shí),由于繼電器線圈存在電感,這時(shí)晶體管VT已經(jīng)截止,所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓,這個(gè)感應(yīng)電壓的極性是上負(fù)下正,正端接在VT的集電極上,當(dāng)感應(yīng)電壓大于晶體管的集電結(jié)反向耐壓時(shí),晶體管VT就有可能損壞。加入二極管VD 后,繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管VD流過(guò),因此不會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓,晶體管VT得到保護(hù)。繼電器的選型: 圖3-10繼電器型號(hào)說(shuō)明繼電器是重要的電子基礎(chǔ)元件,它有自己的性能和工藝特點(diǎn),在使用中,這些性能和特點(diǎn)都能影響到控制系統(tǒng)的質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),因此對(duì)用戶(hù)來(lái)講首先是根據(jù)整機(jī)線

50、路要求正確選用合適的型號(hào),其次是正確使用繼電器,否則,一是不能充分發(fā)揮繼電器性能的作用和維持固有的穩(wěn)定性,甚至造成浪費(fèi)。二是不能保證控制系統(tǒng)正常工作,從而危機(jī)到設(shè)備、系統(tǒng)的可靠性。型號(hào)說(shuō)明如圖3-10正確選用繼電器的原則:a、繼電器的技術(shù)性能:如觸點(diǎn)負(fù)荷,動(dòng)作時(shí)間及電氣參數(shù),機(jī)械和電氣壽命等,應(yīng)完全滿(mǎn)足整機(jī)系統(tǒng)所提出的要求。b、繼電器的結(jié)構(gòu)形式(包括安裝方式外形尺寸應(yīng)符合使用條件的要求。c、根據(jù)工作條件合理選用繼電器,如環(huán)境溫度,使用濕度,振動(dòng)與沖擊,輻照及電磁干擾等,應(yīng)不影響繼電器的使用要求。本設(shè)計(jì)采用JQX-21F-2Z電磁繼電器,其各項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到要求,技術(shù)參數(shù)如下表表 3.2 繼電器與

51、單片機(jī)的連接:繼電器的閉合、斷開(kāi)由單片機(jī)進(jìn)行控制,由單片機(jī)的三個(gè)引腳通過(guò)控制3-8譯碼器74LS138選擇接通繼電器,由于繼電器電路是在有低電平時(shí)動(dòng)作,而74LS138輸出信號(hào)也是低電平有效,所以不在需要中間環(huán)節(jié)有取反電路。74LS138簡(jiǎn)介:74LS138 為 3 線-8 線譯碼器,共有 54/74S138和54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其工作原理如下:當(dāng)一個(gè)選通端(E1為高電平,另兩個(gè)選通端(/(E2和/(E3為低電平時(shí),可將地址端(A、B、C的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端低電平譯出。真值表如表 3.3,引腳圖如圖3-11。表 3.3: 圖3-11 74LS138引腳圖3.3溫度

52、監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)溫度過(guò)高將直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性,甚至?xí)菧y(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤,因此系統(tǒng)必須對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),為防止機(jī)箱溫度過(guò)高,特采用溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。因此特選用REF02P芯片。它是+5V精密電壓基準(zhǔn)/溫度傳感器 ,準(zhǔn)確度是士0.02% ,溫度輸出電壓10mv/。溫度穩(wěn)定性250ppm/,它的原理是將溫度轉(zhuǎn)換成電壓的輸出。輸出電壓值隨著溫度的升高而升高。溫度監(jiān)測(cè)模塊的工作原理是將溫度傳感器的輸出電壓通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器ADS7825的AIN2通道輸入到單片機(jī)中,由單片機(jī)進(jìn)行判斷,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),傳感器的輸出電壓就會(huì)高于一定的值,單片機(jī)就發(fā)出命令,中斷測(cè)量過(guò)程。由于REF02是精密電壓基準(zhǔn)/溫度傳感器,輸出的電壓比較穩(wěn)定,所以將REF02的輸出5V電壓作為恒流源的基準(zhǔn)電壓。電路接線如圖3-12所示 圖3-12 RE F