新型小信号模数转换表的研制

1研究背景

在实际的工作生产中,变电站内对非电量(如主变油温、绕组温度)的测量,是将非电量转化为小信号量(即4~20mA电流模拟量或0~5V、0~10V电压模拟量),将转化后的小信号[1]模拟量上送至测控装置,测控装置将其转化为实际测量值,最后上传至站端后台监控机及调度端,达到对变电站重要信号远方监测的目的。因此,小信号回路的正确性十分重要,小信号回路存在缺陷时将导致主变油温、绕温的显示错误。

目前对小信号回路缺陷的查找无专用工具,使用现有钳表对回路进行测量时仅能显示测量值,无法显示测量值的对应量(如主变油温、绕组温度等),需测量后再手动计算其在后台或调度端的对应量,这样查找过程麻烦且效率低下。

为解决以上问题,我们研制了一种新型小信号模数转换表,使其可手动输入调整小信号模拟量的对应量范围,同时在测量时,新型小信号模数转换表在显示测到的小信号模拟量的同时,可自动在相应的屏幕上数字显示对应温度值,避免手动计算的繁琐和失误,便于快速查找缺陷。

2系统设计与实现

2.1算法实现

我们认为转换表的温度值和检测到的电流、电压值之间存在着一定的关系,经过不断的测试和试验,发现此关系为一次函数,确定以下电流/电压检测温度。

2.1.1电流档检测温度原理:

式中,Ia、Ib为上下限设置范围内的任意取值:Ta、Tb为与Ia、Ib相对应的温度值。

2.1.2电压档检测温度原理:

式中,va、vb为上下限设置范围内的任意取值:Ta、Tb为与va、vb相对应的温度值。

2.2软件设计

系统编程环境采用的是200+年9月A2R公司发布MKeiμVeseon4版本。小信号转换表采用C程序设计语言来实现,其主要功能档可分为:电流温度档测量、电压温度档测量。

2.3系统电路整体设计

新型小信号模数转换表硬件主要可分为7个部分,如图1所示,包括:(1)电压信号输入模块,用于测量电压时外部输入。(9)电流信号输入模块,用于测量电流时外部输入。(3)信号调理电路。(4)94位ADC。(5)9.5V基准电压模块。(6)RCU模块,新型小信号模数转换表的大脑,对94位ADC模块过来的数字量进行分析处理,并将电压或电流量转换为其对应量,并数字输出给显示模块,这里我们选择的是sTR39F103芯片。(7)电源管理电路。

3功能测试

模数转换表主要功能为根据检测到的电流值/电压值计算出对应的温度值。它可以分为两个功能子项:电流档检测温度、电压档检测温度。

3.1电流档检测温度

接线如图2所示,将蓄电池、负载(电阻)、电流表串联成一回路,将钳形直流电流传感器钳口部分穿过回路导线,与模数转换表相连。模数转换表调节到电流温度档即可观察到数据输出。

注意:将钳形直流电流传感器固定在钳形中央,减小对测试的影响。

测试开始,调节电阻档位,记录电流数据和模数转换表(电流、温度)数据,据所测数据制作温度与电流对比图,如图3所示。

由图3可知,温度随着电流的减小而降低,可大致视为温度与电流成正比。

3.2电压档检测温度

接线如图4所示,将电源与模数转换表连接后,并联一高精度电压表对比观察。

测试开始,调节电压输出档位,记录电压数据和模数转换表(电压、温度)数据,得出电压与温度对比图,如图5所示。

由图5可知,电压和温度之间属于线性关系,满足设计要求。

4结语

本次研制的新型小信号模数转换表在功能上实现了根据检测电流或电压计算温度值,在给定范围内,测得的温度值满足设计要求,通过测量电流/电压值可自动显示对应模拟量,并在相应的屏幕上数字显示,避免了手动计算的繁琐和失误,便于快速查找缺陷。