引言一種智能型高壓核相儀的設計
是電氣**檢測項目中的一項重要內容,而測得試品絕緣電阻60s的值R60與15s的值R15的比值K=R60/R15被稱為吸收比(對于大電容設備為lOmin之值與lmin之值的比值,稱為極化指數(shù)),是檢驗絕緣是否嚴重受潮或存在局部缺陷的重要依據(jù)。兆歐表是測量絕緣電阻的專用儀表,應用廣泛。而傳統(tǒng)的手搖指針式兆歐表,必須用手搖發(fā)電機保證有120r/s的轉速才能維持正常的輸出電壓,測量范圍小、誤差大、吸收比須在測量后另行計算,使用不便。
隨著電子技術的不斷進步,尤其是單片機(single-chlp microcontroller)的出現(xiàn)并不斷發(fā)展,引起了儀器儀表結構的根本性變革。以單片機為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)機械及電子線路,可以容易地將計算技術與測量控制技術結合在一起,形成智能化測量儀表。這種新型的智能化儀表在測量過程自動化、測量結果的數(shù)據(jù)處理、以及功能的多樣化方面都取得了巨大進展,并得到了廣泛應用。
基于ICL7135的智能型兆歐表采用MCS-51系列單片機875l和Harris公司生產的
位BCD碼精度A/D轉換芯片ICL7135,具有測量精度高、量程寬、測量方便、體積小、功耗低、功能全等特點。
1 ICL7135特性分析
TCT7l35是Harris公司采用先進的LinMOSTM技術生產的高準確度、通用型、 信息來
位BCD碼精度雙積分式A/D轉換器。它有許多優(yōu)良的特性,在本設計中能夠得到突出反映的有：
1)具有自動校零功能,自動較零的準確性僅受系統(tǒng)噪聲的影響,且偏差小于10μV; 信息來
2)有超量程(OR)和欠量程(UR)信號,容易實現(xiàn)量程的自動轉換;
3)設有6個控制信號端、同時進行字位輸出和BCD碼輸出,可與LCD譯碼/驅動器及單片機接口,進行數(shù)據(jù)處理,構成智能化儀器;
4)滿量程為2 0000在±20000汁數(shù)范圍內的準確度為±1個字。
2 硬件電路設計與實現(xiàn)
本設計主要由直流高壓產生電路、取樣電路、數(shù)據(jù)采集與控制器、譯碼/驅動LCD顯示4大部分組成。其原理框圖如圖l所示。
下面將分別介紹4部分組成及工作原理。
2.l 直流高壓產生電路
將6V直流電源經集成器件555和電阻R1及R2與電容C1接成的基本無穩(wěn)態(tài)振蕩模式,構成高頻多諧振蕩器,振蕩頻率f=1.44/[(R1+R2)C1],約為15 kHz左右,產生的交變電壓經脈沖變壓器升壓,次極的感應電壓經倍頻整流、濾波后,可得到約l000v的直流電壓作為測量用電壓。
2.2取樣電路
取樣電路的作用足取得與測量值相關的電信號,用以計算、控制和顯示。劉測量的具體要求決定了取樣電路具體形式。本設計中取樣電路與ICL7135連接,如圖3所示。
圖3中,Rx為被測絕緣電阻、R3為量程調節(jié)電阻、R1、R2為取樣分壓電阻。
U為直流高壓產生電路提供的測量電壓,經R1及R2分壓后(U2)加在7135的IN-,經Rx、R3分壓后(U3)加在ICL7135的Cref-。
根據(jù)雙積分A/D轉換器的工作原理,轉換結果由式(1)得到。
式(1)中常數(shù)10000由lCL7135的正向積分固定時間T1=10000TCP決定,TCP為時鐘脈沖周期。10000即為正向積分階段的時鐘脈沖數(shù)。VIN為VIN+VIN-之間的電勢差,在本設計中VI+接ANALOG COM,因此VIN=VIN+-VIN-=-U2。VREF在標準工作模式情況下為Cref+與Crdf-之間所接電容在自動調零階段充電所獲得的標準電壓值。在本設計中Cref+與Cref-之間不再接電容,將Cref+接ANALOG COM,同時將Cref-與ANALOG COM間電壓鉗制為U3,Cref+與Cref-之間電壓為一U3。因此式(1)可表示為
由于ICL7135的標準基準電壓值VREF=lV,而加在Rx與R3上的測量用電壓為1000V,所以Rx》R3,使得U3≤2V。由于ICL7135VIN-上允許加的*大電壓值為O.8V,而加在R1與R2上的測量用電壓為1000V,所以R1與R2取值應滿足R1》R2、U2≤O.8V。
式(2)可進一步表示為
可見,當R1、R2、R3取定時,Rx值與測量電壓U無關,故能消除U變化劉結果的影響。
2.3 數(shù)據(jù)采集與控制及顯示部分
實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制和LCD顯示一種智能型高壓核相儀的設計。圖中ICL71 35、8155、8751構成單片機*小系統(tǒng),ICM721l為LCD顯示驅動芯片,異或門CD4070配合ICM7211驅動顯示模塊ESD81lA。ESD81lA為大連東顯公司生產的
位LCD顯不器,足以滿足顯示需要。
具體工作原理為：取樣電路的電信號經ICL7135轉變?yōu)閿?shù)寧信號,但A/D轉換的結果是動態(tài)的。74LSl57為4位2選l數(shù)據(jù)多路開關,其作用足根據(jù)高位選通信號D5的輸出不同,將萬位數(shù)據(jù)、過量程、欠量程標志或是ICL7135的4個低位BCD碼送入8155。
ICL7135在發(fā)出選**沖時,將數(shù)據(jù)送入接口電路8155。而8751單片機則通過中斷查詢的方式讀取數(shù)據(jù),并進行存儲。通過單片機定時分別獲取15s和60s的絕緣電阻值(或lmin和10min),通過計算獲得吸收比(極化指數(shù))。將所得結果進行保存和適當?shù)拇a制轉換,響應鍵盤以顯示絕緣電阻值或吸收比(極化指數(shù))。
3 軟件部分設計與實現(xiàn)
單片機的主程序流程圖如圖5所示。
4 結語
智能型兆歐表的主要技術特點有：
1)是一種智能型儀表,采用555器件,直流電源經振蕩、整流、濾波后提供測量電壓,自動計算吸收比,較手搖式兆歐表具有質的進步;
2)具有自動校零和自動量程轉換功能,采用8155作為接口電路,既方便地為ICL7135提供了時鐘,又為進一步完善表的功能提供了接口;
3)取樣電路與ICL7135的連接設計,能消除測試電壓U的變化對真實讀數(shù)的影響。
