澳门新葡萄京官网首页PT100温度采集电路设计

澳门新葡萄京官网首页 4

发布时间:17-02-17 16:42分类:技术文章
标签:多芯电缆测试仪,多芯电缆测试仪是如何研制的
多芯电缆测试仪的研制成功给人们提供了很大的帮助,因为这关系着电器的运作,如果电器设备在工作的时候因为电缆的问题导致工作无法完成,这直接影响着公司的收益,电线电缆检测设备无疑帮助人们摆脱了这一难题,它测量误差小,大大提高了工作效率。1
引言种类繁多的通讯电缆、控制电缆在各种仪器和控制设备中大量使用。电缆线是否良好导通、线间绝缘电阻是否满足要求,直接影响到电器设备的正常运行。耐压绝缘电阻是衡量电气绝缘材料性能的一个重要指标。传统的摇表测量绝缘电阻的方法主要缺点有:测量误差大,不能保证耐压测试用高电压电源的准确性;
测量结果无法自动保存和打印输出;对多芯电缆芯线间绝缘电阻测量中,换接线繁琐、易接错、人工劳动量大。本文介绍的多芯电缆测试仪,能实现对*大为48芯电缆通断和耐压绝缘阻值的自动测量,既保证了测试结果的准确性,又能将测试结果从液晶显示屏和打印机输出。避免了人工测量的误差。2
系统简介2.1
系统实现功能该系统具有较完备的功能,具体的功能如下:(1)检测电缆通断和绝缘电阻的功能;(2)开机自诊断功能;(3)测试结果实时显示功能;(4)电缆芯线的自动切换功能,检测启动后,自动切换检测电缆每根芯线的通断和各芯线之间的绝缘电阻及绝缘阻值是否满足要求的自动判断;(5)设定待检电缆芯线芯数的功能;(6)绝缘电阻超限值设定功能,可以用于不同等级的绝缘阻值合格与否的判断。2.2
系统组成多芯电缆测试仪的工作原理如图1所示。系统主要由以下三部分组成:输入电路:包括键盘电路、绝缘测试电路、A/D转换电路和通断测试电路;输出电路:由CPLD系统电路、LCD液晶显示模块、打印机、继电器组和500V直流高压电路组成;控制电路:由8051单片机系统电路构成。本系统由高压电路产生500V的直流电源作为绝缘电阻的测试电压源。绝缘电阻的测量采用*规定的衡压法。测试时,首*通过键盘设定待测试电缆的芯数值。单片机通过CPLD系统实现对继电器组的闭合与断开的控制,然后由A/D转换或通断测试电路将信号转换为数字信号,单片机对信号进行采集、运算处理后的结果通过LCD液晶屏、打印机、数据存储器对测量结果进行显示、输出和保存。3
系统电路设计3.1 电缆绝缘电阻检测设计绝缘电阻检测原理如图2
所示。测试电路由采样、运放和AD7705三部分组成。绝缘电阻测试的核心器件是AD7705,它是AD公司推出的16
位Σ-△A/D
转换器,可用于测量低频模拟信号。AD7705带有增益可编程放大器,可通过软件编程来直接测量传感器输出的各种微小信号。AD7705具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点,因而非常适合于高精度的检测和测量。AD7705具有两个全差分输入通道,其主要特点如下:具有16位无丢失代码;非线性度为0.0003%;
可进行自校准和系统校准;带有三线SPI串行接口;功耗低等。绝缘电阻的具体测试过程如下:在图2中,Rx为被测电缆的绝缘阻值。测试时*把500V
DC送上,然后闭合继电器S1和S2。500V DC
通过R2与R3分压后送到运放,经过运放调理后再送到AD7705的AD
ref端,作为AD7705的测试参考电压,以便消除500V
DC电源波动对测试结果的影响。经过Rx与R1分压后的电压作为绝缘测试采样电压送到运放进行调理后送到AD7705的AD
in端。AD
in端的电压即为实际采样得到的电压,其范围是0~2.5V,绝缘电阻的阻值越小,相对应的采样电压越高。3.2
电缆通断检测设计电缆通断检测的原理如图3所示。开始通断检测前,应*用短路环将电缆一端的所有芯线短接,另一端接到继电器阵列上。继电器阵列用来对电缆的芯线进行接入切换,所有的芯线通过相对应继电器的常闭触点经电阻R1和R2接地。当检测1#芯线时,闭合S1继电器,使继电器S1的常开触点闭合,+15V通过芯线加到电阻R1和R2上,经过R1和R2分压后送到单片机。如果所测芯线断路,则Vo为0V,否则Vo为+5V。3.3
CPLD系统电路测试系统*大检测电缆芯数是48。51单片机有24个IO口,如果直接用单片机来控制继电器组,则单片机必须利用扩展芯片进行IO口的扩展才能满足系统要求,如8255等,这将增加系统的复杂性,于是决定采用CPLD来控制继电器组。CPLD(Complex
Programmable Logic
Device)是一种复杂的用户可编程逻辑器件。CPLD是标准的大规模集成电路产品,
可用于各种数字逻辑系统的设计。近年来,由于采用*进的集成工艺和大批量生产,CPLD器件成本不断下降,集成密度、速度和性能大幅度提高,一个芯片*可以实现一个复杂的数字电路系统,再加上使用方便的开发工具,使用CPLD器件可以极大地缩短产品开发周期,给设计修改带来很大方便。本文采用ALTERA公司的MAX7000s,它是基于第二代MAX结构的高精度、高性能、在系统中可编程的CPLD芯片,采用高级CMOS技术加工而成,内含电可擦除只读存储器EPROM,可提供600~5000个可用选通引脚、ISP、速度仅有5ns的延迟以及频率可达175.4MHz的高速计数器。继电器的通断程序编好后,通过专用的下载线将程序烧写到CPLD中。CPLD与单片机采用模拟串行方式连接,这*大大简化了系统电路。系统采用CPLD进行IO口扩展后,单片机只需要将待测电缆的芯线号送给CPLD,继电器组的选通则由CPLD来完成。这样*大大方便了编程,使得主程序结构紧凑,控制灵活。3.4
其它电路除上述电路外,系统还有电源、键盘和系统复位等电路。电源电路除了给直流高压电路提供电源之外,还要给单片机、LCD液晶显示模块、继电器组、检测电路等提供电源。键盘电路的工作电压为+5V,共有7个按键,通过这7个按键可以完成系统的参数设置,如待测试电缆的芯数,绝缘电阻超限值的设定,以及测试结果的查看等功能。4
系统程序设计本系统的软件部分采用汇编语言编写,汇编语言生成的可执行代码快速、紧凑,在运行效率上优于C语言程序得到的代码。该系统的主程序流程如图4所示,系统软件主要包括系统自检程序,电缆参数设置程序,查看上次测试结果程序,电缆通断测试程序,通断测试结果显示程序,电缆绝缘测试程序,绝缘测试结果显示程序等。自检程序在系统上电时进行初始化,对仪器进行自检,以保证仪器工作状态的正确性。参数设置程序用来设定电缆绝缘电阻超限值,范围为1~20M,以及电缆总芯数和电缆各分支芯数,其范围为2~48芯。查看测试结果程序用来查阅上次电缆通断和绝缘阻值测试结果。通断测试和绝缘测试程序分别用来对电缆进行通断测试和绝缘测试,测试的结果分别由通断测试结果显示程序和绝缘测试结果显示程序进行显示。5
测试结果分析首*对系统的精度进行检验,选取1MΩ、2MΩ、5MΩ、10MΩ、20MΩ高精度电阻进行测试,所得结果的单位均为MΩ,测得数据如表1所示:由表1可以看出,所得测试结果的相对误差都在3.5%以内,达到了较高的精度,符合设计的要求。另外对测试仪的测试速度进行了测试。以48芯的电缆为例,用兆欧表对电缆插头芯线之间的绝缘电阻进行测试,所用时间为30分钟,使用本测试仪所用时间为1分20秒;通断测试的时间在30秒内。用本系统进行一次通断和绝缘电阻的测试在2分钟内即可完成。所以该仪器的测试速度是较高的。本文作者创新点:测试仪用51单片机和CPLD芯片的有机结合,设计了一种具有测试速度快、控制灵活、可适应不同芯数电缆的通断测试和绝缘测试要求、智能化和自动化程度比较高的测试系统。该产品由于采取了抗干扰措施,具有很强的环境适应性。仪器可以应用于电力、通信、铁路和国防等工业的各类电缆测试。看到这里,我们知道多芯电缆的研制是相对复杂的,可是它的测量是精准的,如果您对本产品感兴趣的话,可拨打爱仪器仪表网的客服热线010-68940148,我们很乐意为您服务!

澳门新葡萄京官网首页 1

  • **
    PT100是热敏电阻,使用中通过热敏电阻阻值变化来测算出被测温度;**


要:随着电力电子技术的发展,将电力电子技术与自动测量技术相结合,便可以使程控电源的设计变得简单可行。介绍了一种用于自动测量的低压程控电源,实现了对电源的实时控制。关键词:程控电源;单片机;引言在某些自动测量领域,为了满足特殊的测试条件或测量过程,常要求在测量过程中能控制电源倒换极性或者使电源接入或脱离测量系统,即能够根据测量的需要来随时控制电源的状态。随着电力电子技术的发展,全控型器件的开关速度、容量及可靠性有了很大的提高,使得利用全控型器件实现在程序上可控的电源变得十分容易。本文结合一种测量过程的实例,给出了一种低压可控电源的设计。在应用直流叠加法检测XLPE电缆绝缘电阻的方法中[1],为了抵消测量中干扰的影响,要求在测试过程中能变换电源的极性,而且在某段过程中,要求能完全切断电源。我们利用电力电子器件,实现了一种在测量过程中可控的低压电源,为实现测量的全面自动化铺平了道路。
1测量电路对电源的要求直流叠加法检测电缆绝缘的实验室主接线图如图1所示。在图1中,电缆用一个电阻与一个电容的并联电路来建立模型,1MΩ的电阻为保护水电阻,变压器将220V的电压升到110kV后,加到电缆上。在测量试验中,主要的要求是将一个50V的直流电压叠加到电缆上,以测量出电缆的绝缘电阻R,为了减小测量误差,需要倒换电源极性,进行正反向两次测量。此外,在现场由于变压器中性点常通过一小电阻接地,此电阻的阻值仅为几Ω到十几Ω,为了能将直流电源叠加到电缆上,直流电源必须能提供足够大的电流。在应用直流叠加法检测电缆绝缘中,通常需要的直流电压为50V,这样,设定中性点的接地电阻最小值为5Ω,通过欧姆定律我们可以得出,直流电源至少要能够提供10A的电流;此外,考虑到在测量过程中需要的开关速度,就可以选择合适的电力电子器件了。经过对常用全控型电力电子器件的考察,我们决定采用MOSFET来作为开关器件,选用IR公司的IRFP460。IRFP460是IR公司生产的高速器件,它的安全工作区如图2所示,在图2中我们可以看出,在50V的情况下,10A是它可以安全关断的电流[3]。2主电路设计由于在测量过程中不仅要求能倒换电源的极性,而且要求能将电源完全脱离测量系统,因此,在设计中利用一全桥电路来实现电源的极性控制及全关断[2]。主电路如图3所示。从图3可以看出,主电路实际上是一个整流电路及一个全桥逆变电路的组合,电源极性的倒换是通过逆变器实现的。这样,就能轻松地实现程控电源。
3驱动电路设计在设计中,我们没有采用常用的DC/DC模块作驱动电路电源,而是采用简单而便宜的三端稳压器件7824作驱动电路电源。通过实验说明,它在可靠性下降不大的情况下使成本下降了3/4。一路驱动电源电路图如图4所示。在图4中,我们模仿驱动集成电路EXB841的内部电路,利用电阻R1及稳压管D2来制造一个参考地,使得相对于参考地来说,输出电压分别为+15V及-9V,参照IRFP460的器件手册,这两种电压已经能够可靠地触发及关断MOSFET。驱动控制电路采用TLP250作为驱动信号的控制电路[4]。TLP250的逻辑表及内部电路分别如表1及图5所示。从表1及图5可以看出,在提供了驱动电源后,利用TLP250就可以很容易地实现驱动电路与主电路的接口,当光耦导通时,V1导通,VCC近似等于Vo,此时输出到MOSFET上的栅漏电压近似为15V;当光耦截止时,V2导通,Vo近似等于GND,此时输出到MOSFET上的栅漏电压近似为-9V。
4驱动电路与控制电路的接口由于在本设计中,采用单片机作为测量系统的核心,因此,控制电路的核心也采用单片机,为了节约单片机的IO口,采用一片74LS175作为控制信号的锁存器。驱动电路与控制电路的接口电路如图6所示。在图6中,AD0—AD3为低四位数据总线,CLK2为译码器与单片机读写信号配合给出的触发信号。在测量过程中,当需要改变电源的状态时,直接将数据写入到74LS175中并锁存,就可以据此控制各个桥臂的导通与关断。在此需要注意的是,在调试过程中一定不要给出错误的数据,造成桥臂直通,从而使得MOSFET永久损坏。
5保护电路设计5.1过电压保护电路设计在本设计中,由于电源容量仅为500W,因此,可以采用简单的RC吸收电路。电路图如图7所示。将图7所示的电路并联到MOSFET两端即可有效限制冲击过电压。电容的参数可以通过实测来计算,也可以简单地选取MOSFET极间电容的2倍,电阻的参数与开关频率有关。5.2过电流保护电路设计在本设计中,由于电源容量不大,因此,考虑采用晶体管过电流保护电路,如图8所示。
在图8中,R1—R10为1Ω的标准电阻,功率为2W,当电流超过预定值时,在并联电阻上的压降超过0.7V,三极管导通,此时,MOSFET将因栅源极间承受反向电压而截止,从而切断主电路;当电流值正常时,MOSFET正常导通,不会影响电路的正常工作。这种电路的缺点在于,如果电路中出现时断时续的过电流时,MOSFET将会不断地动作。为此,在图3中还加入了其他保护元器件。从图3可以看出,为了防止主电路整流侧过流损坏,在变压器副边设置了空气开关。在此需要说明的是,此开关不能设置在变压器原边,以避免因励磁涌流而误动作。在逆变部分还加入了小电感,以防止电流变化造成的损坏,串入快速熔断器作为晶体管过电流保护的后备保护。MOSFET管栅源极间的保护电路在很多文献中已经给出,在此不再多述[3]。
6结语将MOSFET应用于自动测量领域,采用单片机作为测量系统的核心,成功解决了自动测量过程中需要控制电源状态的问题。利用此电路不仅可以自动倒换电源极性及实现电源的程控关断,而且,MOSFET开关频率允许的前提下,还可以利用此电路编程实现任意的SPWM波形。此设计结构紧凑,可控性高,且成本较低,在测量试验中取得了满意的效果,体现了程序控制的优势。
参考文献
[1]郑晓泉,屠德民.补偿电势法用于在线检测XLPE电缆[J].高电压技术,1998,(3).[2]黄俊,王兆安.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社,1993.[3]IRFP460
Power MOSFET[Z].INTERNATIONAL RECTIFIER,1997.[4]TLP520
INFORMATION[Z].TOSHIBA,1998. (end)

  • 通常使用惠斯通电桥法电路来测量需要测定的电阻值;
  • 由于之前未想到使用惠斯通电桥方法来测量,所以实际项目中采取的是一种普通方式。

一、使用惠斯通电桥测温方案

这中方案一个好处是MCU只需要采集一个量就可以计算出温度,显然采集的目标变量越少,所得结果显示会越稳定。

  • PT100是正温度系数的热敏电阻,随着温度的升高,电阻的阻值变大,在0度时其阻值为100欧姆。
  • PT100之所以应用很广泛,不仅仅是因为测温范围比较宽更因为它的线性度非常好,也就是温度每升高一度,其电阻升高的值基本一致,约0.38-0.39欧姆对应1度,基本上取0.3851Ω/℃。
  • 由于电桥出来的信号是差分信号且信号较小,所以要通过差分运放将其放大后再送入单片机进行AD采集,本方案选用AD623作为差分运放芯片,这是一颗轨到轨的运放,即能输出的最大电压为供电电压。

做方案时要考虑如下几个问题:

  • 测温范围是多少,这决定了其他三个电阻的阻值该如何选取;
  • 运放、单片机的供电电压是多少,这决定了运放的放大倍数如何设计即最大输出不能超过单片机的AD参考电压。

本方案的测温范围为0-200℃,单片机供电电压为3.3V,设计电路图如下:

澳门新葡萄京官网首页 2

通过电路图可以看出如下几个问题:

  • 运放的增益电阻R51为3.3K,即放大倍数为G=(1+100/3.3)=31.3
    具体详情可参考AD623的数据手册;
  • 电阻R2=82Ω,即当PT100也为82Ω时,电桥平衡,差分电压为0;
  • 运放能输出的最大电压为3.3V,放大倍数为31.3倍,所以最大的输入电压为3300/31.3=105.4mV,R5两端的电压为固定值V2=2.5×2000/2082=2401.5mV,那么R4两端能输出电压为(2401.5-105.4)mV=2296.1mV,即R1最大为(2500-2296)*2000/2296=177.7Ω;
  • 通过以上计算即可得出,R1的变化范围为(82-177.7)Ω,即测温范围为(-43~205)摄氏度,满足测温范围为(0-200)℃的要求。
  • 电路设计完成后,就可以变成写程序实现温度的采集了。

附温度-阻值对应表:

澳门新葡萄京官网首页 3

二、普通测量方法

澳门新葡萄京官网首页 4

PT100采样电路

  • P5端口为四线制的PT100接口,实际使用中,接的是三线制的PT100,也就是Drv+和SEN+接在一起;
  • AD623是一个轨到轨的放大器,R22=10K,放大倍数为G=(1+100/10)=11倍;也就是Vpin_in1的测量值是PT100两端电压放大11倍后的值;
  • 再使用一路ADC采样端口PIN_IN2,那么由Vpin_in2和R26=1K,即可算出流过PT100的电流;
  • PT100电阻温度系数k=0.385Ω/°C;当其阻值R=100°C时,表示温度值为0°C,每升高1°C其阻值增加0.385Ω;
  • 需要注意R17,R26电阻值的选取,具体选取方法见参考文档。

采样值计算过程

  • Ipt=Vpin_in2/1000;
  • Rpt=Vpin_in1/(Ipt*11);
  • T=(Rpt-100)/0.385;
  • 为了显示方便在实际项目中把T放大10倍得到的最后结果就是Ta=10T=((2361*Vpin_in1)/(Vpin_in2)-2597。

程序处理过程

  1. TMonitor[m]=(((2361*ADC_SmoothCount[2*m])/(ADC_SmoothCount[2*m+1])-2597)+TemperaSet[m+4])
  2. 具体程序实现代码见本人博客—-《ADC多路采样与稳定显示》。

参考文档

  • http://wenku.baidu.com/link?url=VIZvNI_ZxnsVkIemwPfFzvz9Y1GWZE7QF0B4wVOR-MUMJDzl8TScwQfzFKY2N7Xh3A-Zg-_7-FWqdIpajo4q3hPLuXsSR894W1uVoJmO1C3
  • http://www.jianshu.com/p/fd9406bbc9a7

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

相关文章

网站地图xml地图