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漏電流保護測試儀的電路設計



1、引言
    傳統(tǒng)的不漏電流保護測試儀的電路設計、鉑熱電阻'>熱電阻等)的測量電路,在溫度測量和控制中起著極其重要的作用。這種電路也經(jīng)常作為單片機的一種前向通道接口使用,進而構成智能化測量控制儀表,但是,不平衡電橋中存在的非線性特性一直是人們需要徹底解決的問題。除此之外,在設計中,還要考慮自熱溫升、引線電阻、零點遷移等因素。對于熱電阻'>熱電阻的測量,人們進行了大量的研究,也發(fā)表了很多的文章,在對這些成果進行借鑒的基礎上,本文提出了一種新型的熱電阻'>熱電阻測量電路,具有通用性強、測量精度高、電路簡單等特點。
  2、電橋非線性分析
  電橋是在工業(yè)測量過程中進行電阻—電壓轉換的常用電路,漏電流保護測試儀的電路設計,具有結構簡單及良好的動態(tài)品質。但存在的問題是橋臂電阻和電橋輸出電壓之間的非線性。
 
  如圖2—1所示,在橋臂電阻R2產(chǎn)生ΔR的變化時,電橋輸出電壓變化為:
  顯然,上式的分母項是產(chǎn)生非線性的根本原因。而該分母項的產(chǎn)生,其原因是當R2發(fā)生變化時,該側橋臂上的電流也相應的發(fā)生變化。如果保證該側電流恒定,那么,電壓與電阻的關系就是線性的?;谶@種思路,作者利用恒流源設計了熱電阻'>熱電阻測量電路,下一部分將進行重點說明。
  3、熱電'>熱電阻'>熱電阻測量電路設計與分析
  通過反饋網(wǎng)絡對取樣電阻上的電壓取樣,然后,與基準電壓比較,得到一個誤差,將此誤差用放大器放大后去控制調整管,改變調整管c-e之間的電壓降,達到恒流的目的。
RS為取樣電阻,當電流I流過RS時,RS上壓降為VRS,有:
VRS=I×RS(3—1)
 VRS與I成正比。當I變化時VRS一定朝著相同的方向變化。有:
  VP=VREF(3-2)
  VN=VRS(3—3)
  其中,VP為比較放大器的同相輸入端電壓,VN為反相端輸入電壓。
  在理想的情況下,對于運算放大器來說,
  VP=VN(3—4)
  VRS=VREF(3-5)
  即:VRS=VREF(3—5)因此,從理論上說,
  I=VRS/RS(3—6)
  實際上,由于比較器的放大倍數(shù)非常大,輸入阻抗也非常高,電流源電路是根據(jù)VRS來調整調整管的導通狀態(tài),從而得到恒流的目的:當I變大時,VRS增大,由于VREF不變,因此比較器的輸出下降,調整管基極的電流會變小,從而I下降;I變小時,調整過程正好相反。
  下面是對恒流源的特性進行的分析。漏電流保護測試儀的電路設計,設比較器的輸出電壓為VO,比較器的開環(huán)放大倍數(shù)為A,調整管基極電流為Ib,集電極電流為Ic,發(fā)射極電流為Ie。因此有:
 
  整理后可得:
 
  由式(3—14)可得出恒流I可以近似的看作只是VREF和RS和函數(shù),而與其他參數(shù)無關。在使用過程中,即使某些器件的參數(shù)有所變化,如運算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)A發(fā)生變化,也不會影響到恒定電流I的數(shù)值。
  在圖3—1中,R1,R2半橋的電流I1是由串聯(lián)調整恒流源提供的穩(wěn)定電流。通過使用電壓跟隨器IC1B,使R1,R2半橋與R3,R4半橋相互隔離,即電流I1與R3,R4半橋的電流I2無關;而兩半橋的電壓相等。 信息來源:36
  熱電'>熱電阻'>熱電阻R1采用了三線制接線方式連接,3條引線的電阻均為r,其中兩個引線電阻分別包括在R1支路和R2支路中,另外一個引線電阻與電橋的輸出端相連接,因為該輸出端與輸入阻抗極高的放大器相連接,所以,這個引線電阻可以忽略不計。
  電橋的各部分電壓差分別為:
 
 
  當熱電阻'>熱電阻R1的阻值因被測溫度的改變而改變時,即R1=R0+ΔR,電橋偏了原來的平衡狀態(tài),此時,電橋的輸出電壓為:
 
  式中I1為前述恒流源提供的恒定電流,可見ΔU與ΔR成線性關系,克服了不平衡電橋橋臂電阻與輸出電壓的非線性。IC1C和IC1D組成兩個電壓跟隨器,輸入阻抗極高,以保證在測量過程中不影響兩個半橋的電壓和電流。
  電橋的輸出為差壓,IC2構成的減法器,將電橋輸出進行放大:
  這樣,通過測量UO就可知熱電阻'>熱電阻的阻值變化,而且,UO與ΔR具有線性關系,完全消除了傳統(tǒng)的不平衡電橋的非線性誤差。同時電橋輸出電壓UO的表達式中不包括引線電阻r,只要使相鄰橋臂中連接的兩條長導線的材料、截面積、長度以及工作環(huán)境相同,在電橋的任何工作狀態(tài)下,都能完全消除引線電阻及其溫漂對電橋輸出電壓的影響。
  在圖3—1中通過改變R2的阻值可以改變電橋的平衡點,參看式(3—22)的條件R2=R0,將R2調整到熱電阻'>熱電阻零點溫度對應的阻值,就可以改變熱電阻'>熱電阻測量的零點溫度,從而,提高了實際應用的靈活性,解決了零點遷移問題。另外,對于不同分度號的熱電阻'>熱電阻,通過改變R2的阻值,該電路都可以使用。這就使這個電路具有很強的通用性。
  4、實驗數(shù)據(jù)
  使用電位器代替熱電'>熱電阻'>熱電阻,將R2調整到100Ω,調整恒流源電流,使I1為1mA,令K=100,則式(3—25)變?yōu)椋?/div>
  UO=0.05×ΔR(4—1)
  從表4—1中的數(shù)據(jù)可以看出,ΔR與輸出電壓UO呈線性關系。
  
  5、結束語   
本文提出的熱電阻'>熱電阻測量電路,克服了不平衡電橋非線性及引線電阻問題,可以改變測量的零點溫度,而且,適用于不同分度號的熱電阻'>熱電阻,具有很強的通用性和靈活性。
  該電路已經(jīng)被應用在流量測量儀表中進行溫度補償,取得了很好的效果。
主營產(chǎn)品:

無局放試驗變壓器廠家,超低頻直流高壓發(fā)生器,變壓器油介質損耗測試儀,感應式軸承加熱器,直流泄漏測試儀,變壓器空負載測試儀,雷電計數(shù)器校驗儀,萬寶電力設備


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