3電氣智能化第3章

1、.：.；第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.13.23.33.43.53.6智能電器現(xiàn)場(chǎng)參量類型及數(shù)字化丈量方法電量信號(hào)檢測(cè)方法非電量信號(hào)檢測(cè)方法被丈量輸入通道設(shè)計(jì)原理丈量通道的誤差分析本章小結(jié)第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.1 智能電器現(xiàn)場(chǎng)參量類型及數(shù)字化丈量方法現(xiàn)場(chǎng)參量分類：第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)智能電器現(xiàn)場(chǎng)參量的采集、調(diào)理和轉(zhuǎn)換過(guò)程表示圖：第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.2 電量信號(hào)檢測(cè)方法1以法拉第電磁感應(yīng)定律為根底的互感器，包括鐵心電磁式電壓、電流互感器和空心電流互感器。2按霍爾效應(yīng)原理任務(wù)的互感器，主要包括霍爾電流和霍爾電壓傳感器。3基于磁光效應(yīng)和光電效應(yīng)的互感器,主要有

2、光學(xué)電流互感器和光學(xué)電壓互感器。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.2.1 基于電磁感應(yīng)定律的電壓、電流互感器1.電壓互感器：電磁式和電容式1電磁式電壓互感器：電力系統(tǒng)中運(yùn)用最多。2電容式電壓互感器：簡(jiǎn)稱RYH，廣泛用于110KV及以上超高壓電力系統(tǒng)中。電磁式電壓互感器電容式電壓互感器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1電磁式電壓互感器I0U1W112W2U 20變壓器空載運(yùn)轉(zhuǎn)原理圖U1 E1 4.44 fW1U 20 E2 4.44 fW2 K uU 1U 20E1 W1E 2 W2第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2電容式電壓互感器U xC1C2JP2LP1U x U C1 U C 2 Q C1 Q C2C1 C2a

3、 C1 C2xa fx f U C 2 C1 U x C1 C2RYH原理接線圖U C 2C0C2U xC1C1 C2U x K fyU xC0C0U x C1U C1 C2U C 2 QK fy第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)電容式電壓互感器有以下優(yōu)點(diǎn)：絕緣可靠性高：RYH的電容分壓器多由數(shù)個(gè)瓷件堆疊而成，每個(gè)瓷件內(nèi)裝有假設(shè)干個(gè)串聯(lián)電容元件，而且瓷件內(nèi)充溢絕緣油，因此其耐壓高，缺點(diǎn)少。價(jià)錢低：線路電壓等級(jí)愈高，運(yùn)用RYH的經(jīng)濟(jì)效果愈明顯?？梢约孀鬏d波通訊或線路高頻維護(hù)的耦合電容。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.2.1 基于電磁感應(yīng)定律的電壓、電流互感器2.電流互感器：鐵心式和空心式1鐵心電流互感器：電力

4、系統(tǒng)中主要的電流檢測(cè)工具，其根本任務(wù)原理與鐵心電磁式電壓互感器類似。2空心電流互感器：目前在智能電器中運(yùn)用比較多的一種電流傳感器，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、輸入電流變化范圍寬、線性度好、性能價(jià)錢比好。電流互感器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1 鐵心電流互感器L1I1I2K1L2W1W2K 2電流互感器原理圖F1 I1W1F2 I 2W2F1 F2I1W1 I 2W2I1I 2W2W1K i 第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)鐵心電流互感器缺陷：體積、分量隨電流等級(jí)升高而添加，價(jià)錢上升也很快。在高壓輸電線路中鐵心式互感器必需充油，防爆困難，平安系數(shù)下降。傳統(tǒng)的電器設(shè)備二次丈量和維護(hù)電路中，采用了具有線圈的各種儀表及電磁式繼電

5、器，需求從互感器中汲取能量，所以鐵心電磁式互感器必需有相應(yīng)負(fù)載才干。互感器鐵心磁化曲線線性范圍有限，影響丈量范圍和保護(hù)精度。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2空心電流互感器Rogowski線圈i(t)B(t)i2(t)R0UoutRogowski線圈丈量電流原理圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)di2(t)e(t ) L Rhi2 (t ) d tL d i2 (t) / d t Rhi2 (t )或wL RhL i2 e(t ) 丈量回路等效電路圖 u0與i(t )之間存在 / 2的相位差RL0R 0u第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)處理相位差問(wèn)題積分環(huán)節(jié)：常用的有兩種，一是RC積分電路，另一個(gè)是經(jīng)過(guò)電壓頻率變換實(shí)

6、現(xiàn)。假設(shè)將已求導(dǎo)出的 u 0與i(t )關(guān)系等式改寫為復(fù)數(shù)方式，那么有：RLLRU 0 jKIi2e(t )R0u0i0ucCU cU c11 jRCjK1 jRCU0 I 參與RC積分電路后的等效電路圖U c K I/RCjRC 1第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)空心電流互感器具有以下5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：丈量范圍寬、線性精度高。由于不用鐵心進(jìn)展磁耦合，從而消除了磁飽和、鐵磁諧振景象，使其運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性好，保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。頻率呼應(yīng)范圍寬。普通可設(shè)計(jì)到01MHz。分量輕、本錢較低、性能價(jià)錢比高，更符合環(huán)保要求。易實(shí)現(xiàn)互感器數(shù)字化輸出。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)鐵心電流互感器的輸入輸出特性第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)空

7、心電流互感器在大電流時(shí)的輸入輸出特性第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.2.2 霍爾電流、電壓傳感器霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)電流、電壓變換和被測(cè)電路與控制電路間的電氣隔離。它的中心元件是霍爾元件，一種對(duì)磁場(chǎng)敏感的元件，利用磁場(chǎng)作為介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)多種物理量，如位置、速度、加速度、流量、電流、電功率等的非接觸式丈量?；魻栯娏鱾鞲衅骰魻栯妷簜鞲衅鞯?章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1.霍爾效應(yīng)根本原理對(duì)于垂直置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中的霍爾元件H，當(dāng)按圖示方向輸入電BI C流IC 時(shí)，將引起H內(nèi)部載流子數(shù)量的變化，從而有電HEHd勢(shì)EH ：E RH I C B / d令 K H RH / d那么 E H K H

8、I C B霍爾效應(yīng)原理圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2.根本霍爾電流傳感器傳感器由帶有氣隙I1R1I CR6R7R11C2R12W1的環(huán)形鐵心、霍爾元件、產(chǎn)生控制電流IC 的電源組成。如左圖所示，霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)B R3R8經(jīng)差分放大、滯后頻率EHR2R4C1R5A1R10R9R13A 2U 2補(bǔ)償、可調(diào)零的相放大與超前頻率補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)后，可得到輸出電壓：霍爾電流傳感器任務(wù)原理圖U 2 KI 1第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.零磁通霍爾電流傳感器該傳感器的鐵心上繞有一匝數(shù)為Ns的補(bǔ)償二次繞R124V組，作為反響環(huán)節(jié)形成簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系I1ICR5C統(tǒng)，對(duì)霍爾元件輸出ISRSN SB R3R2 R4A

9、R6T1T2電壓調(diào)理。最終有關(guān)系式：N1I1 N S I S24V零磁通霍爾電流傳感器原理圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.零磁通霍爾電流傳感器根據(jù) N1I1 N S I S ，只需求出RS 兩端電壓即可求得被測(cè)電流I1 。霍爾電流傳感器特點(diǎn)：1任務(wù)頻率范圍寬，可從DC到幾百KHz2抗干擾才干強(qiáng)3構(gòu)造簡(jiǎn)單、鞏固、耐沖擊、體積小4沒(méi)有因充油等要素而產(chǎn)生的易燃、易爆等危險(xiǎn)第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)4. 霍爾電壓傳感器概述由于電壓本身不能直接產(chǎn)生磁場(chǎng)，必需變成經(jīng)過(guò)導(dǎo)線或繞組的電流，才有相應(yīng)的磁場(chǎng)。為采用霍爾效應(yīng)制成霍爾電壓傳感器，首先應(yīng)將被測(cè)電壓變換成電流，以產(chǎn)生霍爾元件所需的磁場(chǎng)。霍爾電壓傳感器也分為根

10、本型和零磁通型。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)5. 霍爾集成器件霍爾集成傳感器分為線性型和開關(guān)型。線性型霍爾集成器件：輸出電壓與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度即被測(cè)電流呈線性關(guān)系。根據(jù)輸出環(huán)節(jié)構(gòu)造，可分為單端輸出與雙端輸出差動(dòng)輸出兩種。開關(guān)型霍爾集成電路分為單穩(wěn)和雙穩(wěn)兩種。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)線性型霍爾傳感器UGN-3501T的特性曲線第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.2.3 光學(xué)電流、電壓互感器1.光學(xué)電流互感器法拉第磁光效應(yīng)：當(dāng)光波經(jīng)過(guò)置于被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)的磁光資料時(shí)，其偏振面在磁場(chǎng)作用下將發(fā)生旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)丈量旋轉(zhuǎn)的角度即可確定被測(cè)電流的大小。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1.光學(xué)電流互感器(OCT)法拉第磁光效應(yīng)原理

11、圖如下圖，線偏振光穿過(guò)介質(zhì)后因其兩個(gè)分量出現(xiàn)相位差而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角為： VHL：偏轉(zhuǎn)角；V ：光纖資料Verdet常數(shù)；H ：磁化強(qiáng)度；L ：光纖長(zhǎng)度。H第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)OCT的構(gòu)造表示圖：光源起偏器法拉第傳感頭檢偏器檢測(cè)電路磁場(chǎng) H光纖OCT傳感頭的原理圖：I第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)據(jù) VHL ，傳感器輸出的偏轉(zhuǎn)角與被測(cè)電流和光纖的常數(shù)V有關(guān)。由于所謂“線性雙折射景象的影響，常數(shù)V實(shí)踐是一個(gè)隨機(jī)變量，與光纖的形變、內(nèi)部應(yīng)力、光源光波長(zhǎng)、環(huán)境溫度、彎曲、改動(dòng)、振動(dòng)等許多要素有關(guān)，遭到這些量的影響，輸出補(bǔ)償相當(dāng)困難。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.2.3 光學(xué)電流、電壓互感器2. 光學(xué)電壓互感

12、器Pockels效應(yīng)：某些透明的光學(xué)介質(zhì),如BGO(鍺酸鉍Bi4Ge3O12)晶體,具有電光效應(yīng)，在電場(chǎng)的作用下會(huì)使其輸入光的折射率隨外加電場(chǎng)改動(dòng)線性地改動(dòng)。這種效應(yīng)也稱為線性電光效應(yīng)。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2. 光學(xué)電壓互感器當(dāng)輸入光傳播方向與電場(chǎng)方向垂直時(shí)，電場(chǎng)所引起的雙折射最大，使晶體中射出的兩束線偏振光產(chǎn)生相位差，其最大相位差為：2 n03 41 ElEn0l 41第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)橫向和縱向電光效應(yīng)表示圖：ab橫向電光效應(yīng)：光的傳播方向與電場(chǎng)相互垂直；縱向電光效應(yīng)：光的傳播方向平行于電場(chǎng)方向。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)偏振光干涉安裝表示圖：I 0I22假設(shè)在晶體和檢偏器之間添加

13、一個(gè)玻片，使兩束線偏振光間相位差添加/2: 2 12 4 22 2 UI0 ：經(jīng)過(guò)起偏器后的線偏振光的光強(qiáng)；I ：干涉光強(qiáng)。經(jīng)過(guò)檢偏器后，干涉光強(qiáng)為： I I 0SinI 0 (1 Sin )I I 0Sin ( )當(dāng) 很小時(shí)： 1 I 0 (1 ) 1 I 0 (1 U )第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.3 非電量信號(hào)檢測(cè)方法本節(jié)主要引見(jiàn)溫度、濕度、壓力、速度、加速度檢測(cè)用傳感器及丈量電路設(shè)計(jì)方法。溫度、濕度、壓力、速度、加速度等非電量信號(hào)輸入傳感器輸出電壓信號(hào)第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.3.1 溫度檢測(cè)傳感器及在智能電器中的運(yùn)用在輸配電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中，變壓器、開關(guān)柜、母線、電機(jī)等因發(fā)熱引起的缺點(diǎn)

14、是相當(dāng)多的，所以溫度是智能電器及開關(guān)設(shè)備任務(wù)時(shí)需求監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)。丈量溫度的傳感器有：1.熱敏電阻溫度傳感器；2.熱電偶；3.紅外溫度傳感器。熱敏電阻溫度傳感器熱電偶紅外溫度傳感器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1. 熱敏電阻溫度傳感器電阻式溫度傳感器利用熱敏元件資料本身電阻隨環(huán)境溫度變化而改動(dòng)的特性制成。根據(jù)熱敏元件所用資料，可分為兩個(gè)大類：熱電阻：利用金屬導(dǎo)體銅、鎳、鉑制成的測(cè)溫電阻；熱敏電阻：把金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)體資料或是碳化硅資料，經(jīng)成形、燒結(jié)等工藝制成的測(cè)溫元件。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1熱敏電阻的特性電阻溫度系數(shù)為正稱為PTCPositive TemperatureCoefficien

15、t熱敏電阻，電阻溫度系數(shù)為負(fù)的稱為NTCnegative temperaturecoefficient熱敏電阻。其中，NTC阻值R 與溫度T 關(guān)系為：熱敏電阻的特性曲線R R0eB (1 / T1 / T0 )第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)熱敏電阻有下述優(yōu)點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)絕對(duì)值大，靈敏度高；丈量線路簡(jiǎn)單；體積小，分量輕，因此熱慣性比較?。粔勖L(zhǎng)；價(jià)錢低；本身電阻值大，適于遠(yuǎn)間隔 丈量。其缺陷主要是：非線性大，需求在電路上進(jìn)展線性化補(bǔ)償；穩(wěn)定性稍差；特性一致性差，互換時(shí)需挑選。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2丈量電路由于熱敏電阻的非線性，需求在丈量電路中進(jìn)展線性化處置。如下圖為一種簡(jiǎn)單的線性化丈量電R路，適

16、用于溫度丈量范圍不大的場(chǎng)所。U 先調(diào)整RB ，使電RA 橋平衡，U0 =0；當(dāng)溫度變化引起RT 變化，U 0 電橋平衡被破壞，測(cè)出RTRBUU0 ，即可求出改動(dòng)后的RT ，進(jìn)而測(cè)出溫度。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2.熱電偶同一金屬資料不同空間位置的兩點(diǎn)間溫度不同時(shí)，這兩點(diǎn)間將會(huì)出現(xiàn)電位差，這一景象就稱為熱電效應(yīng)。不同金屬資料在一樣的溫差下熱電勢(shì)不同。T0I參考端冷端T0電極電極I任務(wù)端熱端T1被測(cè)物體熱電效應(yīng)原理圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1電器溫度丈量中常用的熱電偶及性能電器產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用較多的是銅-康銅熱電偶。銅-康銅熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系可由式3.31近似決議：Et a btEt為自在端

17、溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)；a，b為常數(shù)。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2適用的熱電偶溫度丈量電路單點(diǎn)溫度丈量根本電路TABCCT 0T 0LD LMA、B：熱電偶電極；C、D：補(bǔ)償導(dǎo)線；T0：冷端溫度；L：銅導(dǎo)線；M：丈量用毫伏計(jì)。D第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2適用的熱電偶溫度丈量電路兩點(diǎn)間溫差丈量電路MT 0CDCT0A、B：熱電偶電極；C、D：補(bǔ)償導(dǎo)線；M：丈量用毫伏計(jì)。AT 1BBT2A第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.紅外溫度傳感器紅外測(cè)溫技術(shù)是一種非接觸、被動(dòng)式的設(shè)備診斷技術(shù)，智能電器可用它在不停電的形狀下，對(duì)高、低電壓電氣設(shè)備進(jìn)展實(shí)時(shí)、非接觸式溫度檢測(cè)。1紅外測(cè)溫的原理一切自然界物體均會(huì)向外輻射能量。

18、根據(jù)StefanBoltzmann定律，物體紅外輻射的能量與它本身的絕對(duì)溫度T的四次方成正比，并與比輻射率成正比，可表示為：ET4第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)黑體輻射的波譜圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2紅外溫度傳感器可以分為熱探測(cè)器和光子傳感器兩大類。1熱探測(cè)器:包括熱電堆探測(cè)器、熱敏電阻探測(cè)器、氣體探測(cè)器和熱釋電探測(cè)器；2光子傳感器：包括光電子發(fā)射器 (PE器件)、光電導(dǎo)探測(cè)器 (PC器件)、光生伏特器 (PV器件)和光電磁探測(cè)器 (PEM器件 )等。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)熱電堆探測(cè)器：熱電堆探測(cè)器在智能電器中運(yùn)用最多。它是一個(gè)熱端與一個(gè)紅外接納器相連的熱電偶。紅外接納器接納到被測(cè)物體輻射的紅外

19、光，使其溫度改動(dòng)，熱電偶將溫度差轉(zhuǎn)換為電勢(shì)信號(hào)輸出。熱電堆傳感器輸出電勢(shì)為：熱電堆傳感器構(gòu)造表示圖EOUT4 4ob senEout K(TT )第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.3.2 濕度檢測(cè)傳感器及其運(yùn)用1.Licl濕敏元件：利用潮解性鹽類受潮時(shí)電阻發(fā)生改動(dòng)的特點(diǎn)。2.高分子濕度傳感器：利用高分子資料濕敏元件的吸濕性和膨潤(rùn)性。常用的有電容式和電阻式。3.金屬氧化物濕敏元件：利用金屬氧化物較強(qiáng)的吸水、脫水性能。高分子濕度傳感器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.3.3 電器操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械特性丈量開關(guān)電器的合閘與分閘是由操作機(jī)構(gòu)完成的。隨著分合閘次數(shù)的添加，電器操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性會(huì)發(fā)生變化，到一定程度時(shí)會(huì)引

20、起電器操作機(jī)構(gòu)操作力下降，導(dǎo)致觸頭的分?jǐn)嗨俣群烷_斷才干降低，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)拒分或拒合缺點(diǎn)等諸多問(wèn)題。所以電器操作機(jī)構(gòu)機(jī)械特性的在線監(jiān)測(cè)，是未來(lái)智能電器元件監(jiān)控單元設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1. 壓力丈量傳感器及其任務(wù)原理壓阻式壓力傳感器：最常用的壓力傳感器，利用單晶硅壓阻效應(yīng)，在單晶硅的基片上用分散工藝或離子注入工藝及濺射工藝制成一定外形的應(yīng)變?cè)?。?dāng)遭到壓力作用時(shí)，其電阻發(fā)生變化，從而使輸出電壓變化。壓阻式壓力傳感器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)R1RR2R圖示4個(gè)電阻聯(lián)接成惠斯頓電橋，電阻受壓后，兩個(gè)電阻值添加，另外兩個(gè)阻值減小，該電橋輸出電R3RUR4RUO壓UO 為：RRRTR

21、：電阻受壓后的阻值變化；RT：溫度變化引起的阻值變化量。壓阻式壓力傳感器任務(wù)原理圖U O U第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2. 加速度丈量用傳感器某些物質(zhì)如石英、壓電陶瓷資料鋯鈦酸鉛等在機(jī)械力作用下發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極化景象，上下表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，撤除外力，電荷就立刻消逝。利器具有這種特性的物質(zhì)制做的壓電式加速度傳感器。壓電式加速度傳感器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4 被丈量輸入通道設(shè)計(jì)原理在智能監(jiān)控單元中，必需設(shè)置被丈量的輸入通道，把傳感器輸出的大小不同、種類不同的模擬量電信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，或者把接點(diǎn)形狀變成與中央控制單元輸入電平兼容的邏輯信號(hào)，以便監(jiān)控單元中的中央處置器接受和處置。第3章

22、 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.1 輸入通道的根本構(gòu)造1. 模擬量輸入通道的構(gòu)造1單模擬量輸入通道的構(gòu)造和組成單模擬量輸入通道電路包括傳感器、調(diào)理電路、采樣含采樣堅(jiān)持器S/H和A/D轉(zhuǎn)換器和隔離環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)模擬量傳感器調(diào)理電路采樣保持轉(zhuǎn)換隔離數(shù)字量輸出去中央處置與控制模塊采樣環(huán)節(jié)單模擬量輸入通道構(gòu)造圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1. 模擬量輸入通道的構(gòu)造2多模擬量輸入通道電路及其構(gòu)造組成多個(gè)單通道組成的多通道構(gòu)造：包含多個(gè)獨(dú)立通道，用于高速數(shù)據(jù)采集或各通道數(shù)據(jù)同步要求嚴(yán)厲的場(chǎng)所。獨(dú)立單通道組成的多模擬量輸入通道構(gòu)造第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1. 模擬量輸入通道的構(gòu)造2多模擬量輸入通道電路及其構(gòu)造組成多路模擬

23、信號(hào)共用S/H和A/D的多通道構(gòu)造該構(gòu)造電路元件少，構(gòu)造簡(jiǎn)化，價(jià)錢也較低，但每次只能采樣一路模擬量，各通道數(shù)據(jù)不能同步，采樣周期長(zhǎng)。多通道共享AD等器件的構(gòu)造第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.1 輸入通道的根本構(gòu)造2.開關(guān)量輸入電路的構(gòu)造作用：1將一次元件或系統(tǒng)中其他開關(guān)電器等接點(diǎn)形狀R1光電隔離R2輸出變成與中央控制模塊輸入電平兼容的邏輯信號(hào)；被測(cè)斷路器輔助接點(diǎn)至2實(shí)現(xiàn)電隔離。G1G 2開關(guān)量輸入電路構(gòu)造表示圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.2 模擬量輸入通道中的信號(hào)調(diào)理電路原理及常用芯片1.信號(hào)類型和幅值的調(diào)理信號(hào)類型和幅值調(diào)理：就是采用集成運(yùn)算放大器組成的電路，把傳感器輸出的不同類別、不同

24、大小的電信號(hào)變成幅值和極性符合A/D變換器模擬輸入的電壓。智能電器設(shè)備監(jiān)控單元中常用的調(diào)理電路有：1電流/電壓變換電路2被測(cè)參量極性變換電路3幅值調(diào)理電路第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1電流電壓變換電路R1uOUTiINRCa根本變換電路c帶同相放大器的變換電路iINR U TL 071 Ub帶射極跟隨器的變換電路uOUTiINR U TL 071uOUTR1 UR2第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)小信號(hào)電流/電壓變換電路RR U TL 071iIN32 U6 32 U6uOUTiIN UuOUT U UR1R2a根本變換電路b改良后的電路第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2 被測(cè)參量極性變換電路R3R2R5uINU

25、 Ru OUTuIN R1R6VD1A1VD2u1R4R7A 2uOUTa交流電壓串聯(lián)規(guī)范直流電壓的變換電路b絕對(duì)值電路第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3幅值調(diào)理電路幅值調(diào)理電路就是各種電壓放大器，最常用的有反相比例放大器、同相比例放大器和差動(dòng)放大器。反相比例放大器：輸出電壓與輸入反相，輸入阻抗較小，輸出阻抗較大；必需單信號(hào)源輸入。同相比例放大器：輸出電壓與輸入同相，輸入阻抗非常高，而輸出阻抗很低；必需單信號(hào)源輸入。差動(dòng)放大器：放大同相輸入端和反相輸入端信號(hào)的差，具有較強(qiáng)的抗共模干擾才干。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2.信號(hào)波形調(diào)理濾波智能電器設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)參量從傳感器輸出到監(jiān)控單元，波形往往由于干擾而出現(xiàn)失

26、真，對(duì)檢測(cè)精度帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)展類型和幅值的調(diào)理同時(shí)，必需進(jìn)展波形的調(diào)理，即經(jīng)過(guò)濾波器去除干擾。常用濾波器有：1無(wú)源濾波器2有源濾波器第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1無(wú)源濾波器由無(wú)源的電路元件，如電阻、電感和電容組成。在智能電器及開關(guān)設(shè)備監(jiān)控單元中，常用無(wú)源濾波器是RC一階濾波器，這種濾波器電路簡(jiǎn)單，但頻率特性較差，在干擾信號(hào)頻率比較接近被測(cè)參量頻率時(shí)，濾波效果不好。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2有源濾波器有源濾波器電路中一定包含有源器件，在信號(hào)濾波器中有源器件就是集成運(yùn)算放大器。根據(jù)頻率特性，有源濾波器可以分為低通、高通和帶通三種。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2有源濾波器右圖所示為一種

27、階低通有源濾波器，其傳送函數(shù)為：U OUTU IN1R2 R2CR1 s 1R2CR2CR1 sCU IN R1CR2式中，C 1 /(R2C ) ，用 j 替代 s 那么可得到該電路頻率特性：U OUTU OUTU INR2 1R1 1 jR2CR2 1R1 1 j ff C第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)U OUTU INdB由U OUTU INR2R111 jf 可得頻率特性波特圖：f C20 lgR2R13dBf C-20dB/10倍頻程1lg f2R2C第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)另一種一階低通有源濾波器電路原理圖及其頻率特性波特圖。U OUTU INRU OUTU INdB03dBf C1lg

28、 f-20dB/10倍頻程C原理電路圖頻率特性波特圖2R2C第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3. 常用集成運(yùn)算放大器芯片1AD OP07AD公司消費(fèi)的一種高精度運(yùn)算放大器系列芯片，有EH，CH，DH和AH等4個(gè)等級(jí)。具有極低的失調(diào)電壓、偏置電流和溫漂系數(shù)。2AD517AD公司消費(fèi)的一種廉價(jià)、高精度系列運(yùn)算放大器芯片，有極小的偏置電流和低溫漂系數(shù)。AD OP-07第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.3 多路模擬參量信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換器接口當(dāng)被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)模擬量數(shù)量大于監(jiān)控單元中A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道數(shù)時(shí)，可以有兩種接口方法：1.添加A/D轉(zhuǎn)換器芯片數(shù)量2.采用模擬量多路轉(zhuǎn)換器模擬量多路轉(zhuǎn)換器也稱多項(xiàng)選擇1模擬開

29、關(guān))有CC405X系列，例如CC4051、CC4052，還有AD公司的AD7501等。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.4 模擬量采樣環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)原理及常用電路芯片1.采樣堅(jiān)持器采樣堅(jiān)持器平?？偸侨蝿?wù)在采樣形狀下，開關(guān)S接通，其輸出一直跟隨輸入模擬信號(hào)，當(dāng)有采樣控制信號(hào)輸入時(shí)變?yōu)閳?jiān)持形狀；開關(guān)S分?jǐn)啵娐返妮敵鰣?jiān)持采樣控制信號(hào)發(fā)出時(shí)辰輸入模擬信號(hào)的值。采樣堅(jiān)持器原理電路圖U INU CSCBAU OUT第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)采樣堅(jiān)持器主要參數(shù)有：1孔徑時(shí)間TAP2孔徑時(shí)間不確定性3捕捉時(shí)間4堅(jiān)持電壓下降5饋送6采樣堅(jiān)持電流比第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)兩種典型的采樣堅(jiān)持器芯片1AD5822LF398反

30、響型采樣堅(jiān)持放大器AD582和LF398引腳和接法：第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.4 模擬量采樣環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)原理及常用電路芯片2.A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)輸入通道的關(guān)鍵，用于將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便中央處置器接納和處置。AD574管腳圖第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)選擇A/D轉(zhuǎn)換的原那么主要有以下幾點(diǎn)：1丈量和維護(hù)的速度與精度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間與速率轉(zhuǎn)換器的分辨率轉(zhuǎn)換線性度2與監(jiān)控單元中的央處置器的接口方法影響接口設(shè)計(jì)的主要要素有：轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)方式轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸出斷能否有內(nèi)部三態(tài)緩沖功能轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)3.4.5 隔離概念及其措施1.通道入口與現(xiàn)場(chǎng)間的隔離

31、1模擬量輸入通道的隔離一次電路模擬電參量：最常用、最有效的隔離設(shè)備是各類電壓、電流互感器。非電模擬參量：由于其傳感器輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理后可直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器接口。2被丈量為開關(guān)量時(shí)的隔離光電隔離、繼電器隔離。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)2.輸入通道與中央處置器間的隔離隔離的目的主要有：1.把模擬通道供電電源與中央控制模塊電源分開，使中央控制模塊的電源地線“全浮空，提高中央處置器的抗干擾才干；2.在開關(guān)量輸入時(shí)，把從一次元件接點(diǎn)獲得的信號(hào)與監(jiān)控單元電路分開，以保證監(jiān)控單元的平安運(yùn)轉(zhuǎn)。常用的有光電隔離器和帶有內(nèi)部隔離器的線性運(yùn)算放大器。第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)1光電隔離光電隔離是以光為中間媒質(zhì)來(lái)傳送電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸入與輸出間的電氣隔離。以下圖所示為典型光電耦合器的構(gòu)造與特性。I f (mA)50bI C (mA)飽和區(qū)2I f 7 mA6線性區(qū)4c反向死區(qū)a正向死區(qū)U f (V)1048122U ce (V)正向任務(wù)區(qū)截止區(qū)耦合器構(gòu)造輸入特性輸出特性0第3章 現(xiàn)場(chǎng)參量及其檢測(cè)用開關(guān)型光電耦合器組成的線性隔離放大器：uINR1A1Ci 1GD1U D1 U D 2G 4i 3R5G1R2i 2GD2R4A 2uOUTG 2R3G 3第3章 現(xiàn)場(chǎng)參