Перетворювач СКЗ змінної напруги (стр. 1 из 4)
Зміст
1) Вступ ______________________________________________________
2) Вихідні дані _________________________________________________
3) Огляд можливих технічних рішень ______________________________
пов’язаних з проектуванням перетворювача.
Питання вимірювання змінної напруги та струму.
4) Прецизійний мікропроцесорний вольтметр ________________________
5) Опис структурної схеми проектованого пристрою __________________
6) Алгоритм роботи проектованого пристрою________________________
7) Розробка апаратної частини_____________________________________
8) Розрахунок неінвертуючого вхідного підсилювача напруги __________
9) Оцінка похибки пристрою ______________________________________
10) Програмна частина ____________________________________________
11) Короткий опис конструкції _____________________________________
12) Додатки _____________________________________________________
13) Список літератури ____________________________________________
Вступ
Відмінними властивостями мікропроцесора (МП),які виділяються серед інших різновидів великих інтегральних схем (ВІС) , являються широкі функціональні можливості та універсальність їх примінення.
Це визначає значний діапазон використання МП. Поряд з такими характерними областями застосування засобів обчислювальної техніки ,як калькулятори , спеціальні обчислювачі, контролери, міні- і мікро ЄОМ, мікропроцесори успішно використовуються в пристроях управління технологічними процесами, в системах зв”язку , в побутовій радіо- і електроапаратурі.
Широкою областю застосування мікропроцесорів є вимірювальна техніка. Поява перших мікропроцесорнихвимірювальних приладів, так званих “інтелектуальних” приладів , визначило нове направлення розвитку приладобудування. По мірі вдосконалення мікропроцесорної техніки складність таких приладів зростає і у ще більшій мірі реалізуються можливості мікропроцесорів. Примінення МП визначило новий підхід як до проектуваня, так і до експлуатації вимірювальних приладів.
Основним завданням при проектуванні вимірювальних приладів було і залишається досягнення певних метрологічних характеристик . На різних етапах розвитку обчислювальної техніки ця задача вирішувалась різними методами. Ці і технологічні методи, які зводились до вдосконалення технології, і конструктивні, і структурні. Структурні методи отримали особливий розвиток при створенні цифрових вимірювальних вимірювальних приладів. Покращення метрологічних характеристик і розширення функціональних можливостей приладів досягалось реалізацією певних структур, які знаходяться у більшості випадків евристичним шляхом. Вдосконалення елементної бази і велика інтеграція цифрових схем привели до розробки структурно-алгоритмічних методів , в яких вдосконалені вдосконалені структури сполучаються з реалізацією обчислювальних операцій. Приміненя зазначених методів дозволило виконувати автоматичну корекцію низки похідних вимрювань , сполучити різні методи перетворення форми інформації і забеспечувати при цьому високу швидкодію і розширення функціональних можливостей приладів.
Прикладами реалізації структурно-алгоритмічних методів виявляються конвеєрний аналого-цифровий перетворювач (АЦП), інтегруючий перетворювач двохтактного інтегрування з корекцією похідних, інтегруючий функціональний АЦП з кусково-лінійною апроксімацією, логарифмічний АЦП.
Примінення МП змінює не тільки структуру цифррової частини приладів. Значні обчислювальні можливості МП дозволяють використовувати більш складні алгоритми роботи. При цьому знижуються вимоги до аналогової частини вимірювального приладу і забеспечуються високі метрологічні та експлуатаційні характеристики.
Вихідні дані
Вхідні сигнали
0.01 … 0.1 B
f = 1 ... 30 кГц
Вихідні сигнали
0.2....5 В
t < 0.20
Похибка (основна)
0.5 %
Вимоги
Maxзначення до 20 знаків
1 Огляд можливих технічних рішень повя”заних
з проектуванням перетворювача.
1.1 Питання вимірювання змінної напруги та струму.
Застосування приладів прямого перетворення.
Для вимірювання діючого значення змінних струму і напруги промислової частоти найчастіше користуються електромагнітними , електро- та феродинамічними приладами, а на підвищених частотах – термоелектричними , електростатичними, випрямними, електронними і цифровими. Середнє та амплітудне значення вимірюють відповідними випрямними і електронними приладами.
Схеми вимірювання однофазних струму і напруги при безпосередньому ввімкненні амперметрів або вольтметрів у досліджуване коло аналогічні відповідним схемам на постійному струмі (рис 1.1.1 а,б).
Рис. 1.1.1 Схеми вимірювання постійногоструму і напруги.
Єлектромагнітними амперметрами можна безпосередньо вимірювати струми до 300 А (прилади інших систем випускають на струми до 10 А). Для розширення меж вимірювання амперметрів зміного струму використовують вимірювальні трансформатори струму
Похибка вимірювання складається з похибок амперметра і коефіцієнта трансформації. Щоб зменшити вплив останньої , клас точності вимірювального трансформатора беруть завжди вищим, ніж у амперметра.
Схему, наведену на рис 1.1.2,а можна застосовувати і для вимірювання струмів окремих фаз у трифазних колах. Якщо напруга досліджуваного кола перевищує 600В
то вторинну обмотку і корпус трансформатора заземляють.
Особливістю схеми поданої на рис 1.1.2б є можливість вимірювання струмів усіх трьох фаз трипровідної мережі при застосуванні лише двох вимірювальних трансформаторів струму. При рівності коєфіцієнтів трансвормації обох трансформаторів струм за показом амперметра А2 буде пропорційний геометричній сумі І1+І3 , яка для трипровідної трифазної мережі за модулем дорівнює І2 при будь– якому розподілі навантаження між фазами . Аналогічно в чотирипровідній трифазній мережі можна вимірювати чотири струми при застосуванні трьох трансформаторів струму (рис 1.1.2,в)
Напруги, значення яких перевищують 600В , вимірюють застосовуючи вимірювальні трансформатори напруги
Для схеми а)
Ux = Ku*Uv ,
Де Ku –коефіцієнт трансформації трансформатора напруги ;
Uv– напруга за показом вольтметра.
На похибку вимірювання впливає похибка коефіцієнта трансформації трансформатора напруги, тому треба , щоб його клас точності був завжди вищим ніж у вольтметра.
Для вимірювання напруги в трифазних колах найчастіше користуються схемою поданою на рис 1.1.3 б , у якої для вимірювань трьох лінійних напруг використано лише два трансформатора напруги.
Для вимірювання високих змінних напруг (до 300 кВ) можна також застосувати електростатичні вольтметри .
Компенсаційний метод вимірювань.
Компенсатори змінного струму застосовуються для вимірювань струму й напруги переважно тоді , коли крім модуля треба визначити і фазу вимірювальної величини.
Взагалі принципи їх застосування є такими самими, як і для компенсаторів постійного струму. Зокрема , для розширення меж вимірювання напруги застосовують подільники напруги ; вимірювання струму здійснюється через вимірювання спаду напруги на відомому опорі ; залишаються в силі і рекомендації щодо вибору значення зразкового опору та коефіцієнта ділення подільника напруги.
Проте застосування цих компенсаторів має ряд особливостей. Так , наприклад , у подільниках напруги, а також при вимірюванні струму застосовують безреактивні або частотно – скомпенсовані резистори. Можливе також використання індуктивних або ємнісних подільників напруги (особливо на підвищених частотах).
Умови компенсації виконуються лише при однакових частотах компенсуючої та вимірюваної напруги, тому живлення кола робочого струму компенсатора і досліджуваного об”єкта здійснюється від одного джерела (живлення від різних джерел можливе при умові жорсткої синхронізації , наприклад від двох генераторів, ротори яких з”єднані для спільного обертання ). Гальванічне розділення кіл компенсатора і досліджуючого об”єкта забеспечується застосуванням трансформатора Тр.
При визначенні кута зсуву фаз змінного струму або напруги слід памятати про необхідність встановлення початкового положення вектора , від якого ведеться відлік. При використані прямокутно-координатного компенсатора за початковий приймають вектор струму живлення компенсатора , який збігається вектором напруги координати Х. Використовуючи допоміжний фазорегулятор , фазу струму можна сумістити з фазою того вектора напруги (або струму) досліджуваного кола , від якого бажано проводити відлік.
Вимірювання змінного струму й напруги з високою точністюю.
Компенсатори зміного струму та прилади прямого претворення забеспечують вимірювання струму й напруги з похибкою , що не первищує 0.1% . Для точніших вимірювань застосовують компаратори – пристрої для порівняння змінного струму (напруги) з сталою напругою. Спрощені схеми вимірювання струму й напруги з допомогою термоелектричного компаратора , найбільш поширеного на практиці , подано на рис 1.1.5
Для порівняння діючих значень постійного і змінного струмів використовують термоелектричний перетворювач (ТП) , що складається з нагрівача і термопари , та мікровольтметр. Спочатку перемикач П ставлять в положення 1 (рис. 1.1.5,а) і через нагрівач ТП пропускають вимірюваний змінний струм Іx. Внаслідок нагрівання робочого спаю термопари струмом Іх на її вільних кінцях утворюється е.р.с. Етх , значення якої пропорційне квадрату діючого значенню струму Іх тобто
Етх= Ктп Іх2 ,
Де Ктп – коефіцієнт перетворення ТП.
Вимірявши з допомогою мілівольтметра Етх , перемикають П в положення 2 і регулюють значення постійного струму, щоб дістати е.р.с. Еtn, яка дорівнює Етх .
Враховуючи що Еtn=Ktп*Іn2 (значення Ктп для постійного і змінного струмів мають бути однаковими), маємо In2=Ix2 або In=Ix (для діючих значень). Таким чином , вимірявши компенсатором постійного струму значення Іn, визначаємо Іх .