新型小信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換表的研制

1研究背景

在實(shí)際的工作生產(chǎn)中,變電站內(nèi)對(duì)非電量(如主變油溫、繞組溫度)的測(cè)量,是將非電量轉(zhuǎn)化為小信號(hào)量(即4~20mA電流模擬量或0~5V、0~10V電壓模擬量),將轉(zhuǎn)化后的小信號(hào)[1]模擬量上送至測(cè)控裝置,測(cè)控裝置將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際測(cè)量值,最后上傳至站端后臺(tái)監(jiān)控機(jī)及調(diào)度端,達(dá)到對(duì)變電站重要信號(hào)遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)的目的。因此,小信號(hào)回路的正確性十分重要,小信號(hào)回路存在缺陷時(shí)將導(dǎo)致主變油溫、繞溫的顯示錯(cuò)誤。

目前對(duì)小信號(hào)回路缺陷的查找無(wú)專(zhuān)用工具,使用現(xiàn)有鉗表對(duì)回路進(jìn)行測(cè)量時(shí)僅能顯示測(cè)量值,無(wú)法顯示測(cè)量值的對(duì)應(yīng)量(如主變油溫、繞組溫度等),需測(cè)量后再手動(dòng)計(jì)算其在后臺(tái)或調(diào)度端的對(duì)應(yīng)量,這樣查找過(guò)程麻煩且效率低下。

為解決以上問(wèn)題,我們研制了一種新型小信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換表,使其可手動(dòng)輸入調(diào)整小信號(hào)模擬量的對(duì)應(yīng)量范圍,同時(shí)在測(cè)量時(shí),新型小信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換表在顯示測(cè)到的小信號(hào)模擬量的同時(shí),可自動(dòng)在相應(yīng)的屏幕上數(shù)字顯示對(duì)應(yīng)溫度值,避免手動(dòng)計(jì)算的繁瑣和失誤,便于快速查找缺陷。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1算法實(shí)現(xiàn)

我們認(rèn)為轉(zhuǎn)換表的溫度值和檢測(cè)到的電流、電壓值之間存在著一定的關(guān)系,經(jīng)過(guò)不斷的測(cè)試和試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此關(guān)系為一次函數(shù),確定以下電流/電壓檢測(cè)溫度。

2.1.1電流檔檢測(cè)溫度原理:

式中,Ia、Ib為上下限設(shè)置范圍內(nèi)的任意取值:Ta、Tb為與Ia、Ib相對(duì)應(yīng)的溫度值。

2.1.2電壓檔檢測(cè)溫度原理:

式中,va、vb為上下限設(shè)置范圍內(nèi)的任意取值:Ta、Tb為與va、vb相對(duì)應(yīng)的溫度值。

2.2軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)編程環(huán)境采用的是200+年9月A2R公司發(fā)布MKeiμVeseon4版本。小信號(hào)轉(zhuǎn)換表采用C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),其主要功能檔可分為:電流溫度檔測(cè)量、電壓溫度檔測(cè)量。

2.3系統(tǒng)電路整體設(shè)計(jì)

新型小信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換表硬件主要可分為7個(gè)部分,如圖1所示,包括:(1)電壓信號(hào)輸入模塊,用于測(cè)量電壓時(shí)外部輸入。(9)電流信號(hào)輸入模塊,用于測(cè)量電流時(shí)外部輸入。(3)信號(hào)調(diào)理電路。(4)94位ADC。(5)9.5V基準(zhǔn)電壓模塊。(6)RCU模塊,新型小信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換表的大腦,對(duì)94位ADC模塊過(guò)來(lái)的數(shù)字量進(jìn)行分析處理,并將電壓或電流量轉(zhuǎn)換為其對(duì)應(yīng)量,并數(shù)字輸出給顯示模塊,這里我們選擇的是sTR39F103芯片。(7)電源管理電路。

3功能測(cè)試

模數(shù)轉(zhuǎn)換表主要功能為根據(jù)檢測(cè)到的電流值/電壓值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度值。它可以分為兩個(gè)功能子項(xiàng):電流檔檢測(cè)溫度、電壓檔檢測(cè)溫度。

3.1電流檔檢測(cè)溫度

接線如圖2所示,將蓄電池、負(fù)載(電阻)、電流表串聯(lián)成一回路,將鉗形直流電流傳感器鉗口部分穿過(guò)回路導(dǎo)線,與模數(shù)轉(zhuǎn)換表相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換表調(diào)節(jié)到電流溫度檔即可觀察到數(shù)據(jù)輸出。

注意:將鉗形直流電流傳感器固定在鉗形中央,減小對(duì)測(cè)試的影響。

測(cè)試開(kāi)始,調(diào)節(jié)電阻檔位,記錄電流數(shù)據(jù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換表(電流、溫度)數(shù)據(jù),據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)制作溫度與電流對(duì)比圖,如圖3所示。

由圖3可知,溫度隨著電流的減小而降低,可大致視為溫度與電流成正比。

3.2電壓檔檢測(cè)溫度

接線如圖4所示,將電源與模數(shù)轉(zhuǎn)換表連接后,并聯(lián)一高精度電壓表對(duì)比觀察。

測(cè)試開(kāi)始,調(diào)節(jié)電壓輸出檔位,記錄電壓數(shù)據(jù)和模數(shù)轉(zhuǎn)換表(電壓、溫度)數(shù)據(jù),得出電壓與溫度對(duì)比圖,如圖5所示。

由圖5可知,電壓和溫度之間屬于線性關(guān)系,滿足設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)語(yǔ)

本次研制的新型小信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換表在功能上實(shí)現(xiàn)了根據(jù)檢測(cè)電流或電壓計(jì)算溫度值,在給定范圍內(nèi),測(cè)得的溫度值滿足設(shè)計(jì)要求,通過(guò)測(cè)量電流/電壓值可自動(dòng)顯示對(duì)應(yīng)模擬量,并在相應(yīng)的屏幕上數(shù)字顯示,避免了手動(dòng)計(jì)算的繁瑣和失誤,便于快速查找缺陷。