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本質(zhì)安全柵穩(wěn)壓特性微機測試裝置

文檔作者：孟慶海朱金龍張剛文檔來源： (1．煤炭科學(xué)研究總院撫順分院 2．中國礦業(yè)大學(xué) 3．南陽防爆電氣研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月12日
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2OO7，3
則是根據(jù)最大開路電壓和最大短路電流查對應(yīng)曲
線得到的。因此，安全柵的防爆參數(shù)中需要被檢
測的參數(shù)有：安全柵的最高輸入電壓、最高開路電
壓和最大短路電流。
微機測試裝置通過對安全柵的輸出電壓和電
流進行測量，可以直接得到安全柵的實際最高開
路電壓和最高短路電流。以實際測量得到的數(shù)據(jù)
作為判斷安全柵安全性能的必要補充才是合理
的。
l 微機測試裝置的硬件設(shè)計
微機測試裝置主要用于測量安全柵輸出端的
電壓和電流，并將測量值實時顯示。裝置的硬件
框圖如圖1所示。
電源模塊 時問
模塊
l屯壓羽曩單元 A／D 單片機
I屯流潮量單元lc=≯ 轉(zhuǎn)換器 89C52
鍵盤 E=0
圖1 微機謝試裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖
時鐘采用DS12887日歷時鐘芯片。ADC采用
MAX197，MAX197是12位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，選擇0～
5 v的模擬量輸入量程，那么它的測量精度可以
達到0．12％，那么利用安全柵的開路電壓計算安
全柵的最大外接電容時電壓只能精確到0．1 V，
所以NAX197在精度上完全可以滿足測量要求。
而且MAX197的轉(zhuǎn)換時間非常短，只有6bts，有利
于捕捉到安全柵輸出時的電壓突變值，對提高微
機測試裝置的性能至關(guān)重要。顯示模塊使用的是
OC咐(奧可拉中文集成模塊)c系列液晶顯示模
塊。
1．1電壓、電流測量
安全柵微機測試裝置是要得到安全柵的最高
開路電壓和最大短路電流參數(shù)，因此，裝置中必須
有可靠、準(zhǔn)確的電壓和電流測試通道。系統(tǒng)中電
壓和電流測量通道的電路如圖2所示。
開路電壓經(jīng)R8、R9分壓后再經(jīng)過一個高頻
濾波電路輸人電壓跟隨電路。R8、R9分別是
9MI')和1MI')的精密金屬膜電阻(誤差為0．5％ 一
l％)，組成準(zhǔn)確的1110分壓電路。系統(tǒng)中選用的
ADC的模擬量輸入范圍是0—5 V，所以圖2(a)所
示的電壓測量通道理論上可以測量的開路電壓范
圍是0—50 V。通常的安全柵輸出電壓是24 V或
者更低，有些輸出電壓可達30 V左右，因此將開
路電壓的測量范圍設(shè)置在0—50 V是能夠滿足測
量要求的，而且留有裕量。
A
A
(a) 開路電壓測量通道
(b) 短路電流測量通道
圖2電壓和電流測試通道電路圖
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
主程序流程圖如圖3所示。
Co
DC
圖3 主程序流程圖
維普資訊 http://www.cqvip.com
《電氣防爆》2OO7，3 本質(zhì)安全柵穩(wěn)壓特性微機測試裝置 9
3 微機測試裝置檢測安全柵的方法
在使用微機測試裝置檢測安全柵之前，首先
要啟動裝置并進行功能選擇，使系統(tǒng)處于測試功
能，同時系統(tǒng)界面為電壓、電流測量界面。由于裝
置是對電壓和電流信號循環(huán)采樣，所以不論是測
量電壓或電流，系統(tǒng)都會實時顯示測量值，因為短
路電流和開路電壓不可能同時測量，所以顯示界
面上一次只有至多一個有效測量數(shù)據(jù)顯示，而另
一個數(shù)值在理論上應(yīng)為0。
圖4 微機測試裝置檢測安全柵連接圖
在檢測安全柵時，先將電壓測量通道或電流
測量通道的兩個輸入端連接到安全柵的輸出端
(即本安端)，要確保極性接法正確。然后在安全
柵的輸入端(即非本安端)施加最高允許輸入電壓
Um，通過顯示界面觀察安全柵本安端的最高開路
電壓和短路電流。若被檢安全柵是電阻保護式
的，則在施加最高允許電壓時仍能正常工作，而且
輸出開路電壓和短路電流均不應(yīng)該超過安全柵銘
牌上的規(guī)定值；若安全柵是熔斷器保護的，則熔斷
器會燒斷，但是在熔斷器燒斷前，安全柵的輸出電
壓應(yīng)該被限制在穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)壓值以內(nèi)，否則
說明名牌上標(biāo)注的安全柵最高允許電壓偏高，應(yīng)
適當(dāng)降低，或者說明安全柵不合格。
在驗證了安全柵能夠承受銘牌上標(biāo)注的最高
允許電壓后，在安全柵的輸入端施加工作電壓或
干擾電壓(其值在最高允許電壓值以內(nèi))，觀察安
全柵的開路電壓及短路電流。通過對安全柵開路
電壓和短路電流的測量，來檢驗安全柵銘牌上的
標(biāo)定值是否符合實際情況。若檢測的開路電壓與
短路電流和銘牌上的最高輸出電壓和最高輸出電
流一致，則銘牌上的Co和 o應(yīng)該是合格的，即
安全柵的穩(wěn)壓特性或安全性能是合格的；若檢測
的開路電壓、短路電流和銘牌上的最高輸出電壓
和最高輸出電流不一致，則Co和Lo就不準(zhǔn)確，
即安全柵不合格。
4 抗干擾設(shè)計
為了使安全柵微機測試裝置能夠可靠工作，
系統(tǒng)中也采用了一些抗干擾措施。電壓、電流測
量電路使用了高輸入阻抗運算放大器CA3140，大
大提高了電路的輸入阻抗，提高了測量的準(zhǔn)確度
和靈敏度。在所有IC的工作電壓輸入端都對地
接了0．1 的濾波電容，減小了高頻信號對Ic
的影響。使用了看門狗芯片MAX813L，使單片機
程序“跑飛”時能夠自動復(fù)位，同時還有欠壓保護
功能，使系統(tǒng)在欠壓時等待，防止系統(tǒng)在欠壓時運
行程序出錯或采集數(shù)據(jù)誤差太大。因為系統(tǒng)中存
在模擬信號，所以系統(tǒng)有兩個接地。布線時，兩個
接地分開走線，最后在一點相連，盡量減小數(shù)字接
地和模擬接地之間的干擾。
軟件抗干擾方面，單片機在采集電壓、電流值
時，采用均值濾波算法，使采集的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定和
準(zhǔn)確。
參考文獻
[1]張燕美，李維堅．本質(zhì)安全電路設(shè)計[M]．北京：煤炭
工業(yè)出版社，1992．
[2]汪淳，俞哲．穩(wěn)壓管作過壓保護對本安電路安全性能
的影響[J]．煤礦機電，1999，5：15～16．
[3]張俊濤，王長安．12b MD轉(zhuǎn)換器MAX197及其應(yīng)用
[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2OO4，27，(19)：76—77．
[4]朱金龍．安全柵穩(wěn)壓特性及其微機測試裝置研究[D]．
江蘇：中國礦業(yè)大學(xué)，2OO7．

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