時間:2023-03-13 11:05:19
序論:好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程,我們為您推薦十篇電阻測量論文范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
1.1測量方法
測量直流電阻是變壓器試驗中的一個重要項目。通過測量,可以檢查出設備的導電回路有無接觸不良、焊接不良、線圈故障及接線錯誤等缺陷。在中、小型變壓器的實際測量中,大多采用直流電橋法,當被試線圈的電阻值在1歐以上的一般用單臂電橋測量,1歐以下的則用雙臂電橋測量。在使用雙臂電橋接線時,電橋的電位樁頭要靠近被測電阻,電流樁頭要接在電位樁頭的上面。測量前,應先估計被測線圈的電阻值,將電橋倍率選鈕置于適當位置,將非被測線圈短路并接地,然后打開電源開關充電,待充足電后按下檢流計開關,迅速調節測量臂,使檢流計指針向檢流計刻度中間的零位線方向移動,進行微調,待指針平穩停在零位上時記錄電阻值,此時,被測線圈電阻值=倍率數×測量臂電阻值。測量完畢,先開放檢流計按鈕,再放開電源開關。
1.2注意事項
在測量過程中,除要嚴格遵守電氣安全規程和設備試驗規程外,還要特別注意:
1)在線圈溫度穩定的情況下進行測量,要求變壓器油箱上、下部的溫度之差不超過3℃;
2)由于變壓器線圈存有電感,測量時的充電電流不太穩定,一定要在電流穩定后再計數,必要時需采取縮短充電時間的措施;
3)盡量減少試驗回路中的導線接觸電阻,運行中的變壓器分接頭常受油膜等污物的影響使其接觸不良,一般需切換數次后再測量,以免造成判別錯誤。
2測量結果分析
2.1規范要求
根據規范要求,三相變壓器應測出線間電阻,有中性點引出的變壓器,要測出相電阻;帶有分接頭的線圈,在大修和交接試驗時,要測出所有分接頭位置的線圈電阻,在小修和預試時,只需測出使用位置上的線圈電阻。由于變壓器制造質量、運行單位維修水平、試驗人員使用的儀器精度及測量接線方式的不同,測出的三相電阻值也不相同,通常引入如下誤差公式進行判別
R%=[(Rmax-Rmin)/RP]×100%
RP=(Rab+Rbc+Rac)/3
式中R%――――誤差百分數
Rmax――――實測中的最大值(Ω)
Rmin――――實測中的最小值(Ω)
RP――――三相中實測的平均值(Ω)
規范要求,1600KVA以上的變壓器,各相線圈的直流電阻值相互間的差別不應大于三相平均值的2%,1600KVA以下的變壓器,各相線圈的直流電阻值相互間的差別不應大于三相平均值的4%,線間差別不應大于三相平均值的2%;本次測量值與上次測量值相比較,其變化也不應大于上次測量值的2%。
2.2有關換算
在進行比較分析時,一定要在相同溫度下進行,如果溫度不同,則要按下式換算至20℃時的電阻值
R20℃=RtK,K=(T+20))/(T+t)
式中R20℃――――20℃時的直流電阻值(Ω)
Rt――――t℃時的直流電阻值(Ω)
T――――常數(銅導線為234.5,鋁導線為225)
t――――測量時的溫度
為了確定缺陷所在的相別,對于無中性點引出的三相變壓器,還需將測得的線間電阻換算成每相電阻。設三相變壓器的可測線間電阻為Rab、Rbc、Rac,每相電阻為Ra、Rb、Rc,當變壓器線圈為Y型聯接時,相電阻為
Ra=(Rab+Rac-Rbc)/2
Rb=(Rab+Rbc-Rac)/2
Rc=(Rac+Rbc-Rab)/2,如果三相平衡,相電阻等
于0.5倍線電阻;當變壓器線圈為型聯接,且a連y、b連z、c連x時,Ra=(Rac-RP)-RabRbc/(Rac-RP)
Rb=(Rab-RP)-RacRbc/(Rab-RP)
Rc=(Rbc-RP)-RabRac/(Rbc-RP)
當變壓器線圈為型聯接,且a連z、b連x、c連y時,
Ra=(Rab-RP)-RacRbc/(Rab-RP)
電表的反常規用法是近幾年高考的熱點問題,相對學生來講也恰恰是一個難點問題。電表的反常規用法一般有這么兩種設計方案,其一就是用電流表來測電壓,題目里往往把已知確定阻值的電流表當作電壓表使用或把一個電流表和一個定值電阻改裝為電壓表適用;其二就是用電壓表來測電流,解題時需要把確定阻值的電壓表當作電流表使用。
例1、現有一塊靈敏電流表 ,量程為200,內阻約為1000,要精確測出其內阻R1教育學論文教育論文,提供的器材有:
電流表 (量程為1mA,內阻R2=50);電壓表(量程為3V,內阻RV約為3k);
滑動變阻器R(阻值范圍為0~20);定值電阻R0(阻值R0=100);
電源E(電動勢約為4.5V,內阻很小);單刀單擲開關S一個,導線若干。
(1)請將上述器材全部用上,設計出合理的便于多次測量的實驗電路圖,并保證各電表的示數超過其量程的1/3,將電路圖畫在圖示的虛框內。
(2)在所測量的數據中選一組,用測量量和已知量來計算 表的內阻,表達式為R1=I2(R0+R2)/I1,表達式中各符號表示的意義是I1表示 表的示數,I2表示表的示數,R2表示 表的內阻,R0表示定值電阻的阻值畢業論文開題報告。
解析:此題目的本意是要考查學生對伏安法測電阻原理的掌握情況,但是該題目中所給出的電壓表量程過大,只能用于保護電路使用。因此沒有合適的電壓表可以直接利用教育學論文教育論文,這時候我們必須依照伏安法測電阻的基本原理做出適當的改進,將電流表 和定值電阻R0改裝成電壓表,題目就迎刃而解了。
例2、從下面所給出的器材中選出適當的實驗器材,設計一電路來測量電流表A1的內阻r1。要求方法簡捷,有盡可能高的測量精度,并能測得多組數據。
電流表A1(量程100mA,內阻r1約40,待測)
電流表A2(量程50,內阻r2=750); 電壓表V(量程10V,內阻r3=10k);
電阻R1(阻值約100,作保護電阻用); 滑動變阻器R2(總阻值約50)
電源E(電動勢1.5V,內阻很小);電鍵S,導線若干
(1)在虛線方框中畫出電路圖,標明所用器材的代號。
(2)若選測量數據中的一組來計算r1,寫出所用的表達式并注明式中各符號的意義。
r1=r2I2/ I1 其中I1和I2分別表示A1和 A2的電流。
解析:本題給出了電壓表和電流表,若采用下圖所示的電路進行測量時教育學論文教育論文,電壓表的示數不到滿量程的1/20,測量值不準確,因為電表的示數沒有接近量程的一半或一半以上。
因此,用上圖所示的電路不能較準確的測量A1的內阻。這時候我們可以把已知電阻的電流表A2當做電壓表來使用,電流表A2兩端的電壓可以由其示數和內阻推算出來,A2兩端的電壓也就是A1兩端的電壓,這樣就可以較準確的測量出A1的內阻了畢業論文開題報告。
例3、使用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(900-1000)。電源E,具有一定內阻,電動勢約為9.0V;電壓表V1,量程為1.5V,內阻r1=750;電壓表V2,量程為5V,內阻r2=2500;滑動變阻器R,最大阻值約為100;單刀單擲開關K,導線若干。
(1)測量中要求電壓表的讀數不小于其量程的1/3,試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖。
或
(2)若電壓表V1的讀數用U1表示,電壓表V2的讀數用U2表示教育學論文教育論文,則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx= U1r1 r2/( U2 r1—U1 r2)或(U2—U1 )r1/U1
解析:該題目還是測未知電阻Rx的阻值的,顯然本題目并沒有給出電流表,我們不難發現本題里面已知兩個電壓表,而且電壓表的內阻都是已知的,用電壓表的讀數除以本身的內阻就可得到通過自身的電流了,因此,我們完全可以把電壓表當電流表來使用。
總而言之,類似的實驗都是考查伏安法測電阻的基本原理,只要實驗目的明確,充分利用題目所給出的器材,不難找出解題思路。
引言
HMP45D溫濕度傳感器是芬蘭VAISALA公司開發的具有HUMICAP技術的新一代聚合物薄膜電容傳感器,目前大連周水子國際機場空管氣象部門已投入業務運行的自動氣象站[1],均采用該傳感器。論文范文,。由于該傳感器的測量部分總是要和空氣中的灰塵和化學物質接觸,從而使傳感器在某些環境中產生漂移。論文范文,。而儀器的電氣參數會隨時間的推移、溫度變化及機械沖擊產生變化,因此傳感器需要進行定期維護和校準。
1.HMP45D溫濕度傳感器的結構
HMP45D溫濕度傳感器應安裝在其中心點離地面1.5米處。其中,溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器,濕度傳感器是濕敏電容濕度傳感器[2],即HMP45D是將鉑電阻溫度傳感器與濕敏電容濕度傳感器制作成為一體的溫濕度傳感器,如圖1所示。
圖1 HMP45D溫濕度傳感器外型圖
2.HMP45D溫濕度傳感器的工作原理
2.1 溫度傳感器工作原理
HMP45D溫濕度傳感器的測溫元件是鉑電阻傳感器Pt100,其結構如圖2。鉑電阻溫度傳
感器是利用其電阻隨溫度變化的原理制成的。標準鉑電阻的復現可達萬分之幾攝氏度的精確度,在-259.34~+630.74范圍內可作為標準儀器。鉑電阻材料具有如下特點:溫度系數較大,即靈敏度較大;電阻率交大,易于繞制高阻值的元件;性能穩定,材料易于提純;測溫精度高,復現性好[3]。
圖2 鉑電阻溫度傳感器結構圖
由于鉑電阻具有阻值隨溫度改變的特性,所以自動氣象站中采集器是利用四線制恒流源供電方式及線性化電路,將傳感器電阻值的變化轉化為電壓值的變化對溫度進行測量[4]。鉑電阻在0℃時的電阻值R0是100Ω,以0℃作為基點溫度,在溫度t時的電阻值Rt為
(1)
式中:α,β為系數,經標定可以求出其值。由恒流源提供恒定電流I0流經鉑電阻Rt,電壓I0Rt通過電壓引線傳送給測量電路,只要測量電路的輸入阻抗足夠大,流經引線的電流將非常小,引線的電阻影響可忽略不計。所以,自動氣象站溫度傳感器電纜的長短與阻值大小對測量值的影響可忽略不計。論文范文,。測量電壓的電路采用A/D轉換器方式。
2.2 濕度傳感器工作原理
HMP45D溫濕度傳感器的測濕元件是HUMICIP180高分子薄膜型濕敏電容,濕敏電容具有感濕特性的電介質,其介電常數隨相對濕度的變化而變化,從而完成對濕度的測量。濕敏電容主要由濕敏電容和轉換電路兩部分組成,其結構如圖3所示。它由上電極(upper electrode)、濕敏材料即高分子薄膜(thin-film polymer)、下電極(lower electrode)、玻璃襯底(glass substrate)幾部分組成。
圖3 濕敏電容傳感器結構圖
濕敏電容傳感器上電極是一層多孔膜,能透過水汽;下電極為一對電極,引線由下電極引出;基板是玻璃。整個傳感器由兩個小電容器串聯組成。濕敏材料是一種高分子聚合物,它的介電常數隨著環境的相對濕度變化而變化。當環境濕度發生變化時,濕敏元件的電容量隨之發生改變,即當相對濕度增大時,濕敏電容量隨之增大,反之減小,電容量通常在48~56pF。傳感器的轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓量變化,對應于濕度0~100%RH的變化,傳感器的輸出呈0~1V的線性變化。由此,可以通過濕敏電容濕度傳感器測得相對濕度。
3.HMP45D溫濕度傳感器的校準和維護
對HMP45D 傳感器的維護,要注意定期清潔,對于溫度傳感器測量時要保證Pt100 鉑電阻表面及管腳的清潔干燥。論文范文,。在清洗鉑電阻時一定要將濕度傳感器取下,使用酒精或異丙酮進行清洗。其具體步湊如下:
1) 旋開探頭處黑色過濾器,過濾器內有一層薄薄的白色過濾網,旋出過濾網,用干凈的小毛刷刷去過濾網上的灰塵,然后用蒸餾水分別將它們清洗干凈。
2) 等保護罩和濾紙完全風干之后,將其安裝到傳感器上。然后再將傳感器通過外轉接盒連接到采集器上,再和濕度標準傳感器一起放入恒濕鹽濕度發生器進行對比。恒濕鹽容器的溫濕參數[4]如表1。
一、初中最基本的測電阻的方法
(1)伏安法測電阻
伏安法測電阻就是用一個電壓表和一個電流表來測待測電阻,因為電壓表也叫伏特表物理論文,電流表也叫安培表,因此,用電壓表和電流表測電阻的方法就叫伏安法測電阻。它的具體方法是:用電流表測量出通過待測電阻Rx的電流I,用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓U,則可以根據歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測電阻的阻值RX。最簡單的伏安法測電阻電路設計如圖1所示,
用圖1的方法雖然簡單,也能測出電阻,但是由于只能測一次,因此實驗誤差較大,為了使測量更準確,實驗時我們可以把圖1進行改進,在電路中加入滑動變阻器,增加滑動變阻器的目的是用滑動變阻器來調節待測電阻兩端的電壓,這樣我們就可以進行多次測量求出平均值以減小實驗誤差,改進后的電路設計如圖2所示。伏安法測電阻所遵循的測量原理是歐姆定律,在試驗中,滑動變阻器每改變一次位置,就要記一次對應的電壓表和電流表的示數,計算一次待測電阻Rx的值。多次測量取平均值,一般測三次。
(2)伏阻法測電阻
伏阻法測電阻是指用電壓表和已知電阻R0測未知電阻Rx的方法。其原理是歐姆定律和串聯電路中的電流關系,如圖3就是伏歐法測電阻的電路圖,在圖3中,先把電壓表并聯接在已知電阻R0的兩端,記下此時電壓表的示數U1;然后再把電壓表并聯接在未知電阻Rx的兩端,記下此時電壓表的示數U2。根據串聯電路中電流處處相等以及歐姆定律的知識有:
I1=I2
即:U1/R0=U2/RX
所以:
另外,如果將單刀雙擲開關引入試題,伏阻法測電阻的電路還有圖4、圖5的接法,和圖3比較,圖4、圖5的電路設計操作簡單物理論文,比如,我們可以采用如圖5的電路圖。當開關擲向1時,電壓表測量的是R0兩端的電壓U0;當開關擲向2時,電壓表測量的是RX兩端的電壓Ux。故有:。同學們可以試一試按圖4計算出Rx的值。
(3)安阻法測電阻
安阻法測電阻是指用電流表和已知電阻R0測未知電阻Rx的方法。其原理是歐姆定律和并聯電路中的電壓關系,如圖6是安阻法測電阻的電路圖,在圖6中,我們先把電流表跟已知電阻R0串聯,測出通過R0的電流I1;然后再把電流表跟未知電阻Rx串聯,測出通過Rx的電流I2。然后根據并聯電路中各支路兩端的電壓相等以及歐姆定律的知識有:
U0=UX
即:I1R0=I2RX
所以:
顯然,如果按圖6的方法試驗,我們就需要采用兩次接線,可能有的同學怕多次拆連麻煩的話,那我們還可以將單刀雙擲開關引入電路圖,這時我們可以采用如圖7的電路設計。當開關擲向1時,電壓表測量的是R0兩端的電流I0;當開關擲向2時,電壓表測量的是RX兩端的電流Ix。通過計算就有:。
以上三種測電阻的方法是最簡單的測電阻方法,也是必須掌握的方法,大家會嗎,除此以外,還有常用的易于學生理解的測電阻的常用方法嗎?當然還有:
二、特殊方法測電阻
(1)用電壓表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值
或者
用電壓表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值,我們也可以采取以下方法:
1.如圖8所示,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電壓表測量出Rx兩端的電壓Ux,當滑動變阻器的滑片滑至a端時,用電壓表測量出電源的電壓U,根據串聯電路的電流關系以及分壓原理我們可以得到:。
2.如圖9所示,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電壓表測量出電源的電壓U,當滑動變阻器的滑片滑至a端時物理論文,用電壓表測量出Rx兩端的電壓Ux,根據串聯電路的電流關系以及分壓原理我們可以得到:
(2)用電流表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值
如圖10所示,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電流表測量出Rx和R滑串聯時的電流I1,當滑動變阻器的滑片滑至a端時,用電流表測量出Rx單獨接入電路時的電流I2,因為電源電壓不變,可以得到:,故有:。
(3)用等效法測量電阻
隨著社會的發展,信息處理技術、微處理器和計算機技術的快速發展和廣泛應用,都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。現在非電物理量的測試與控制技術,已越來越廣泛地應用于航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量、稱重等技術領域[1],而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網。可以說測試技術與自動控制技術水平的高低,是衡量一個國家科學技術現代化程度的重要標志。傳感器是信息采集系統的感應單元,所以,它是自動化系統和控制設備的關鍵部件,作為系統中的一個結構組成,在科技、生產自動化領域中的作用越來越重要[2]。
傳感器亦稱換能器,是將各種非電量(包括物理量,化學量,生物學量等)按一定的規律轉換成便于處理和傳輸的另外一種物理量(一般為電量、磁量等)的裝置[3],它能把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成,有時還需加上輔助電源。免費論文參考網。其原理如圖1所示。
其中:①敏感元件直接感受被測物理量,如在應變式傳感器中為彈性元件;②傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量,是轉換元件,如固態壓阻式壓力傳感器;③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路,使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小,大多數的測量電路還包括放大電路,有的還包括顯示器,直接在傳感器上顯示出所測量的物理量;④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。
國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統中的一種前置部件,它將輸入變量轉換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統的一個組成部分,是被測量信號輸入的第一道關口。對傳感器在技術方面有一定的要求,而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來,傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標準化方向發展的趨勢[6]。
電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉換成電阻值,通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類:電阻應變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數。
壓力傳感器是將壓力這個物理量轉換成電信號的一種電阻應變式傳感器。傳統的電阻應變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示,將應變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上,當彈性敏感元件受到外施壓力作用時,彈性敏感元件將產生應變,電阻應變片將它們轉換成電阻變化,再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應用較多的壓力傳感器之一,因具有結構簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫學等諸多領域。
傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上,而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上,由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同,彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵,而是要通過粘結劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵,從而產生較大的蠕變和滯后,影響傳感器的靈敏度、響應度、線性度等性能。另外,由于粘結劑不能在高溫條件下使用,這也使它的應用范圍受到限制。
為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響,可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術,在彈性元件上直接刻錄敏感柵,彈性元件與敏感柵直接接觸,以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。另外,如果彈性材料和結構選擇恰當,還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。
一、器件研制
采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜,用半導體光刻技術,在彈性基片上直接形成電阻敏感柵,最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑,將制作好的芯片封裝在工件中,組成壓力傳感器探頭。經過熱老化、電老化,待封裝應力趨于穩定后,進行電性能測試。
高考中有一個重要的考點,那就是實驗中的關于實物連接問題,而分壓器的實物連接則是最具有代表性的。所以,本文仍然以分壓器的實物連接來說事。
1.分壓器的電路分析
如圖1所示、如圖2所示分別為內接法和外接法的分壓器電路圖。他們都有兩個部分組成,其一為伏安法測量電阻的電路,其二為分壓器連接電路。
(1)伏安法測量電阻電路:此電路的中心部分是待測電阻與電流表的串聯,輔助部分則是電壓表,如圖3所示。
若為內接法,則電壓表并接在串聯電路的兩端,如圖4所示。
若為外接法,則電壓表并接在帶測電阻兩端,如圖5所示。
注意:①電壓表與電流表的量程;②電壓表與電流表的正負極。
(2)分壓器電路:此電路是一個閉合電路。即電源、電鍵、滑動變阻器的最大值串聯成一個閉合回路,如圖6所示。
(3)兩部分電路的關系:將兩個部分連接在
一起形成一個分壓器電路。
注意:①兩部分連接在一起是時要注意電流的流向要與電壓表、電流表的正、負極相匹配;②開始時分壓器的輸出電壓要得以滿足。
2.實物連接程序
(1)伏安法測量電阻電路的實物連接
①先將待測電阻與電流表串聯成一路。注意電流表的量程和極性,標明此電路的高、低電勢。如圖7所示。
②再用導線將電壓表并接與如圖7所示的電路中。注意電壓表的極性和量程。若為內接電路,則
并接在圖7電路的總電路上,如圖8所示;
若為外接電路,則并接在圖7電路的待測電阻兩端,如圖9所示論文下載。
(2)分壓器電路的實物連接
將電源、電鍵,以及滑動變阻器的最大電阻串聯成一個閉合回路。即連接滑動變阻器的兩個導線應接在滑動變阻器的下面的兩個接線柱上。
注意:滑動變阻器的滑動觸頭的位置以及電源的正負極。如圖10所示。
(3)電路的兩個部分的連接
兩部分連接時,測電阻電路的兩個導線一定要與接在滑動變阻器的四個接線柱中的兩個接線柱上初中物理論文初中物理論文,以避免電鍵的連接不當。
其一、若滑動變阻器的滑動觸頭p不在滑動變阻器的兩端,電路的兩個部分的連接可以采用:
①測電阻電路的高電勢接在整個電路的最高電勢處,即高電勢點接在a接線柱上,則低電勢接在“中高”電勢上,即接在c、d兩個接線柱上的任意一個皆可。如圖11所示。
②測電阻電路的低電勢接在整個電路的最低電勢處,即低電勢點接在b接線柱上,則高電勢接在“中高”電勢上,即接在c、d兩個接線柱上的任意一個皆可。如圖12所示。
其二、若滑動變阻器的滑動觸頭p在滑動變阻器的某一端,則要求電路接通時分壓器的輸出電壓為零,則上述兩種連接只能由一種是合理的。
如滑動變阻器在右端,則只能接成:“測電阻電路的高電勢接在整個電路的最高電勢,即高電勢點接在a接線柱上,則低電勢接在“中高”電勢上,即接在c、d兩個接線柱上的任意一個皆可”。如圖13所示。反之,“測電阻電路的低電勢接在整個電路的最低電勢處,即低電勢點接在b接線柱上,則高電勢接在“中高”電勢上,即接在c、d兩個接線柱上的任意一個皆可”,這樣就不符合要求了。如圖14所示中的電鍵閉和時滑動變阻器的輸出電壓就是最大值。
中圖分類號:TB857+.3文獻標識碼:A
引言
定子繞組的單相接地,即定子繞組與鐵芯之間的絕緣破壞是發電機最常見的一種故障。
發電機機組容量越大,三相定子繞組對地的電容就越大,當定子繞組單相接地故障發生時,故障電流就越大,易將已損壞的絕緣擊穿,使接地電阻迅速減小,增加了發展成匝間短路、兩點接地或相間短路的速度。因此,對于100MW及以上的發電機組,不僅要求裝設100%的定子接地保護,還要求在定子繞組任意一點出現絕緣損壞時,保護能夠靈敏識別過渡電阻,切除故障[1]。
發電機定子單相接地保護根據原理不同可分為非注入式和注入式兩大類,目前應用最多的是非注入式保護[2]。此類保護一般由零序電流保護和三次諧波電壓保護共同構成雙頻式保護,其最大的一個不足之處是只能在發電機正常運行時工作,在啟停機階段如果定子繞組存在接地故障,保護無法起到作用;另外水輪發電機的三次諧波電壓分布無規律,使用三次諧波電壓保護難度很大且靈敏度不高。而注入式保護可以彌補非注入式保護的不足,它不論發電機正常運行還是啟停機都能檢測定子對地絕緣情況,且不會受到三次諧波電壓影響,適宜用作水輪發電機的保護[3][4][5]。本文針對注入式的定子接地保護的注入電源內阻對保護判據的影響,提出了合適的消除影響的判據,并使用Simulink進行了故障仿真,驗證了注入電源內阻的影響和判據的正確性。
注入式定子單相接地保護原理
注入式定子單相接地保護是根據發電機正常運行時整個三相定子回路對地是絕緣的,而發生單相接地故障時這種對地絕緣就被破壞這個最直接區分正常運行和故障的特征,在發電機定子回路與大地之間外加了一個信號電源。正常運行時,信號電源不產生電流或產生的電流很小。發生接地故障時,該電源產生相應頻率的較大接地電流,使保護動作。因為信號是外加的,不受接地位置的限制,能完成100%定子接地保護的目的。現有的外加電源型保護包括外加直流電源型,外加二次諧波分量型,外加12.5Hz或15Hz交流電源型及外加20Hz電源型。其中國內比較常用的是外加12.5Hz和外加20Hz電源型[6][7]。
注入式定子接地保護判據仿真研究
1.仿真目標
傳統的注入式定子接地保護認為正常時注入電流很小,而故障發生時注入電流增大[8],并隨著過渡電阻的減小而增大,實際上由于注入電源內阻的存在,注入電流和過渡電阻的對應關系并非線性的[9],只采用電流判據的傳統注入式保護的靈敏度不會很高[10],因為注入源的內阻會同時影響測量電壓和測量電流的變化,因此通過測量電壓和電流的比值求得測量阻抗,可以消除注入源內阻的影響。下面通過仿真計算驗證了此判據。
2.仿真模型
大型水輪發電機組采用非注入式保護的靈敏度很難得到保證,因此本文以20Hz注入式定子接地保護為基礎,對水輪機組中出現的定子單相接地故障進行了仿真。
本文利用Simulink仿真,采用了三峽右岸電站發電機參數[11],架構了仿真模型,此發電機模型的中性點采用接地變壓器接地,發電機定子每相繞組有5個分支, 設定子每相繞組的電阻和電感為和, 則每一分支電阻和電感為和。定子繞組分布電容簡化為型等效電路后, 電路兩端對地等效電容分別為和,即型等效電路一端的等效電容,而包括型等效電路一端等效電容以及接地變壓器的等效電容。
模型中采用20Hz、幅值25V的交流電源作為注入源。注入源內阻為0.015Ω,采用一個斷路器閉合模擬定子一點接地故障,在仿真中可更改故障點到中性點的距離以研究其對測量結果的影響,過渡電阻值亦可設定為不同值進行研究。
3.判據介紹
本文所用的判據同時利用了測量電壓和測量電流兩個量。
對模型中的電路進行等效變換,忽略定子繞組的電阻和電感,則故障前定子繞組可等效成為一個電容,而故障支路可看作當故障后在等效電容上并聯一個電阻。同時接地變壓器副邊電路可由戴維南定理等效成電源和電阻串聯形式,定子繞組等效電容歸算到接地變壓器二次側的電容與故障電阻的歸算電阻并聯在接地變壓器的副邊。
下面推導求過渡電阻的公式。
首先戴維南等效電源和電阻分別為
(1)
(2)
當發電機正常運行時,測量電流為:
(3)
因為理論的定子繞組電容值與實際值肯定存在偏差,因此在可能的情況下應使用測量值[10],本例中可以由式(3)計算等效電容:
(4)
故障后測量電流為:
(5)
計算故障前后電流差值,設接地電阻支路電流為
(6)
則由(6)可計算得:
(7)
由測量電壓得到兩端電壓
(8)
則接地電阻的阻值(等效到二次側)為:
(9)
歸算到一次側為:
(10)
4.仿真研究
(1)測量電壓的變化
設故障點在處,故障發生在0.5s時,仿真時間總共2s,故障電阻為2000,對內阻分別為和兩種情況分別進行仿真。時(即內阻約為0時)幅值在故障前后基本不變;而時,幅值在故障前后有明顯的變化,同樣通過仿真可以看到對有明顯的影響。因此只使用測量電流識別故障過渡電阻的判據肯定會受到注入電源內阻的影響,而使用同樣受注入電源內阻影響的測量電壓就可以消除內阻的影響。
(2)引入測量電壓電流計算過渡電阻
為了證明使用可以消除注入電源內阻的影響,設,并對之間的多個值進行了仿真,并使用式(9)(10)計算過渡電阻,對和的情況都進行了仿真計算,結果發現,雖然隨著過渡電阻的減小,測量電流不斷增大,但是同時測量電壓也在不斷減小,而過渡電阻的計算值十分準確,相對誤差很小,雖然在金屬性故障(故障電阻等于0)時根據公式無法計算相對誤差,但是也能看出計算電阻的絕對值是很接近0的。由此可見同時使用測量電壓和測量電流能夠消除注入電源內阻的影響,也證明了上述通過判據計算得到的判據是很準確的,過渡電阻計算值的相對誤差應該主要來自于對于定子繞組電阻和電感的忽略。
結論
本文指出了傳統的注入式保護通過判斷測量電流變化判斷故障的原理會受到注入電源內阻的影響而降低靈敏度的缺點,并同時指出采用測量電壓和測量電流兩個量的判據靈敏度更高。之后以三峽某水輪機組的模型及其數據為基礎,利用Simulink進行了仿真,驗證了注入電源內阻對測量電流的影響,同時也驗證了同時采用測量電壓和電流的判據的準確性。
參考文獻
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中圖分類號:TP216 文獻標識碼 A 本文由wWW. DyLw.NeT提供,第一 論 文 網專業寫作教育教學論文和畢業論文以及服務,歡迎光臨DyLW.neT
Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for
Two Port Passive Circuit
TANG Zhengming1 , ZHANG Sanmei2 , Zeng Jing1
(1 School of Electronic Information and Engineering, China West Normal University, Nanchong Sichuan 637009,China;
2 Experiment Center, China West Normal University, Nanchong Sichuan 637009, China)
Abstract: Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance, a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system, MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends , the load impedance characteristic is determined. Finally, the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed, which can be obtained under different operating frequency.
Keywords: MCU; AC Impedance Characteristics; Equivalent Circuit Parameters
0引 言
電路交流阻抗隨信號源的頻率變化,其具體表現為一定電阻R、電容C和電感L的串聯、并聯或混聯在給定信號頻率下所得到的等效阻抗。頻率相對較高時,電路還可能產生相對較大的寄生電容、電感,從而出現寄生阻抗。如何快捷準確地獲取電路在不同工作頻率下的等效電路參數,對電路的分析與設計來說有著特殊重要的現實意義[1]。
已有的交流參數測試儀,其測量對象主要鎖定在對交流電路頻率、有效值、功率,或者單個元件阻值、電感量、電容量的測試,而對交流阻抗的智能化測量的探討研究仍舊較少,且未曾涉及到負載為黑盒子電路(其可能為RLC元件,某用電器或電路模塊,以下統稱為負載電路)的等效參數測量[2-6]。本設計所實現的電路交流等效電參數分析儀的核心即為交流阻抗特性分析,通過采用單片機產生激勵信號,能分析出給定工作頻率下負載電路的交流阻抗特性,并進一步得到其等效電路參數。
1硬件電路
系統原理框圖如圖1所示。主要電路模塊包括單片機(MCU)、放大電路、整流濾波電路、含雙可調電容的RC振蕩器等[7-8]。
圖1 等效電參數分析儀原理圖
Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer
MCU的型號為MSP430F169。放大電路用于將采集到的弱信號放大,再送入整流濾波電路,便于單片機(MCU)接收識別,放大電路型號為AD620。整流濾波電路,用于將采樣信號轉化為單向脈動波并濾除附帶產生的雜波信號,使有用信號免受干擾,易于下一級電路的操作處理。可變電容C結合555定時電路模塊構成RC振蕩器,所產生的信號頻率送入單片機識別,進而確定出接入電路的電容值。其中,可調電容C與電路的連接通過開關控制,該可調電容C為特制的雙可調電容(構成RC振蕩器的電容與接入測量電路的電容相同,并由同一旋鈕控制調節),這樣,可在隔離電路影響的情況下,獲得接入電路電容的精確值。 為定值電阻,主要起限流作用,如當電路串聯諧振時,使電路電流不至于過大,損壞儀器。 為采樣電阻,為小阻值錳銅電阻,用于將負載電流轉換為電壓信號,再送入放大電路。 為負載電路。
2算法設計
根據有效值、功率因素的計算結果[9],可得到電路總阻抗
(1)
其中, 、 、 分別表示電路電壓有效值、電流有效值、功率因素。 的正負與負載的特性有關,若負載為非電容性;則 ,若負載為非電感性則 。令 ,則有
(2)
系統采用調節可變電容C并結合單片機采集到的電流大小變化情況的方法,確定(2)中的正負符號,即實現負載阻抗特性的判定。由于可調電容與被測負載并聯,設被測負載的電導和電納分別為 和 , 可調電容電納為 ,其等效電路如圖2所示。
圖2 阻抗特性的判斷原理圖
Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic當端電壓有效值恒定時,電流有效值
(3)
即: (4)
可見,當 與 同號,即被測負載為電容性時,電容增大,電流 單調上升;而當 與 異號,即被測負載為電感性負載時,電容增大,電流 將先減小而后增大。因此,單片機可根據電容調節過程中采集到電流變化情況,判斷出負載的阻抗特性。在此基礎上,設負載 的等效阻抗為 ,由于測量電路為可調電容C與負載 并聯,然后再與定值電阻 串聯,根據電路串并聯關系,則有:
(5)
聯立(1)-(2)和(5),在已判斷得到負載的特性的情況下,便可以解出 中的電阻R和電抗X。結合頻率值即可得
(6)
(7)
因此,對于給定負載(如某單元電路),該測試儀能夠獲得給定工作頻率下的交流等效電路參數,便于電路的分析與設計。
3 系統測試
系統設計完成后,通過鍵盤設定激勵信號幅值和頻率,調節電容旋鈕,即可讀出負載的等效電路參數。首先測試并選取了三個R、L、C電路元件,其參數值分別為10,10mH,1uF。再將電路元件安插在萬用板上,借助萬用板連接線使其形成簡單的串聯電路和并聯電路,并同時具有典型的二端口結構,然后分別測試了信號頻率為1KHz時,負載的等效電路參數。用 Idealization(I)和Test (T)分別表示理論值和測量值,結果如表1所示。
表1 測試結果
Tab.1 Test results
電阻() 電感(mH) 電容(uF) 串聯(;uF) 并聯(,mH)
I T I T I T I T I T
10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ; 1.65 9.97;1.59 9.91;0.15 10.04;0.23
測量 結果表明,在1KHz頻率下,所搭建的串聯電路具有阻容特性,而并聯電路具有阻感特性。等效電路參數測量結果與理論值存在一定差異的可能原因主要在于:除工藝等因素外,導線等所引入的分布阻抗。
4 結束語
本文設計了一種電路交流等效電參數分析儀,可用于完成無源二端口電路的等效電參數測量。在測量交流等效參數時(特別在用作RLC測試儀的情況下),若測量頻率較高,分布參數影響將較為顯著,對低標稱值元件的測量尤為不利。如何減小分布參數對測量結果的影響,還有待進一步研究。
參考文獻:
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曹 鑫
延安市計量測試所
本文列舉了在實際操作中的一些實例以供大家參考書
隨著電子汽車衡的廣泛應用,其維修工作隨之日漸需求,然而由于用戶難以得到完整詳細的技術資料,給維修工作帶來了困難,為我們將幾例故障現象及解決辦法整理出來,介紹如下:
1、故障現象:零點示值正負跳變,稱量示值也欠穩定。
分析與處理:用稱重信號模擬器試驗,判斷出故障原因不在稱重儀表,故在接線調整盒中檢測,發現總絕緣電阻約為20MΩ,但分別檢測每個傳感器的絕緣電阻卻都能達到200 MΩ,因而臆斷接線調整盒中的印刷電路板受潮污絕緣下降。免費論文。對印刷電路板單獨測量,絕緣電阻只有30MΩ,左右,后用無水酒精擦洗,電吹風吹干,再測其絕緣電阻正常。在拆卸各傳感器時,發現接線盒的接線端子螺釘有微微的松動現象,提示接觸不良可能也是儀表示值不穩的隱蔽原因。經上處理,零中心指示光標亮,故障消失。
因接線盒內電路板絕緣下降的故障,在幾臺不同的電子衡中均有發生。生產廠家一般都是把接線盒置于戶外稱臺磅坑內,我們將其由戶外移至操作室內,有效消除了接線盒受潮絕緣電阻下降的弊端。在遷移接線盒時,又有意識的去掉盒內的連線端子,改螺絲連接為焊錫焊接,杜絕了接線螺絲松動造成的隱患,減少了故障點。
2、故障現象:稱重儀表(8142-0007)雷擊反儀表顯示:
“ ”
分析處理:檢查發現一只稱重傳感器輸入端呈開路狀態,激勵電壓加不上。更換一只新傳感器后,進行高度調試標定,儀表顯示數據基本正常,但在進行偏載壓點檢測時,發現其中一有承重點示值比其余五個承重點示值少約200kg,反復調整無法達到6個承重點示值的一致性。機械傳力機構方面也未發現異常,于是再測量各傳感器的Ri、R0、Rs,發現對應于重量偏的傳感器Ri=420Ω、 R0=350Ω、Rs=200MΩ,而其余五只傳感器的Ri為380Ω-390Ω不等,R0為349Ω-350Ω,Rs>2000Ω。兩者對比,主要是Ri相差30多歐,約為10%,從理論不難看出在同一個橋壓下,輸入電阻大的,輸出信號小。故再換一個稱重傳感器,經設定調試,衡器順利通過檢定。
此例故障提示我們,多個稱重傳感器并聯使用,不僅要注意輸出電阻的一致性,還要注意輸入電阻的分散性不可太大,要小于5%為好。
3、故障處理舉例
(1)故障現象:一臺60電子汽車衡開機后有時能正常工作,重車上后顯示負超載,重新開機后又有時能恢復正常,這種現象經常發生。
故障分析:故障時有時無,秤臺部分和儀表部分都可能發生這種故障,經模擬器判斷,故障發生在秤臺部分。按上表進行故障分析,發現一個傳感器的信號線被老鼠咬破,造成線之間的接觸不良。
故障排除:重新焊接好傳感器信號線。免費論文。用膠密封后再用熱縮管密封。免費論文。開機后,汽車衡恢復正常。
(2)故障現象:一臺50t電子汽車衡在稱量約15t時,前后相差很多。
故障分析:這種故障發生的在秤臺部分,檢查發生其中一個傳感器的偏載測試時比標準少約700kg,相鄰的傳感器比標準少約200-400kg。估計誤差最大的傳感器壞損。
故障排除:用萬用表測量懷疑的傳感器輸入、輸出電阻、發現阻值異常。更換傳感器,汽車衡恢復正常。
4、故障處理舉例
(1)故障現象:一臺60t電子汽車衡,儀表顯示負號,清零不起作用。
但重車儀表有顯示,且示值顯示穩定。
故障分析:這種故障有可能是傳感器輸出信號太小,也有可能是儀表調零電路出現故障,造成零點輸出很低超出接收范圍,經模擬器判斷,故障發生在儀表部分。
故障排除:重新標定,可以解決故障。否則,送專門技術部門維修或更換稱重顯示儀。
(2)故障現象:一臺30t電子汽車衡,示值顯示不穩定。
故障分析:經模擬器判斷,故障發生的儀表部分,按上表進行故障分析,發現顯示儀損壞,可能是電源部分出現的故障,也有可能是放大器濾波電容損壞。
故障排除:更換電源部分濾波電容和放大器濾波電容,汽車衡恢復正常。
5、維護保養
(1)保持秤臺臺面清潔,經常檢查限位間隙是否合理。
(2)經常清理秤臺四周間隙,防止異物卡住秤體。
(3)連接件支承柱要注意檢查保養。
(4)保持接線盒內干燥清潔、盒內干燥劑定期更換。
(5)經常檢查接地線是否牢固。
(6)排水通道應及時清理、以防暴雨季節排水不通暢浸泡秤體。
(7)車輛應低速駛入秤臺,車速應≤5km,然后緩慢剎車,停穩后計量。
(8)禁止在沒有斷開輸出信號總線與穩重顯示儀連接進行電弧焊作業。
(9)操作人員要嚴格遵守操作規定,進行日常維護。
參考文獻:
1. 引言
稀土錳氧化物Re1-xAxMnO3(Re= trivalent rare earth element , A=divalent alkalineearth element)作為一種電子強關聯體系,從上個世紀五十年代開始,人們對它的結構、輸運特性等進行大量的研究,發現了十分有趣的物理現象如磁有序,軌道有序,相分離、巨磁電阻效應等。近年來由于錳氧化物的CMR效應在自旋電子學領域有廣闊的應用前景使稀土錳氧化物的巨磁阻效應吸引了廣泛的關注[1-4]。錳氧化物的巨磁阻效應可利用雙交換作用模型、Jahn-Teller效應、相分離(phaseseparation, PS)、形成金屬和絕緣體的納米團簇、多相間競爭機理等理論模型來解釋[5-10]。由于Mn離子在雙交換作用中起著非常重要的作用,對Mn位的替代可以直接調節錳氧化物中Mn3+、Mn4+的比例,改變體系中Mn3+-O-Mn4+雙交換網絡,從而改變體系的磁電性質,因此Mn位的替代研究一直以來是一個研究熱點。我們發現大多數元素替代Mn位結果都抑制了居里溫度Tc以及絕緣體-金屬轉變溫度,而且,由于雙交換作用的破壞使得體系的鐵磁性也急劇的降低。然而,和大多數其它的摻雜離子不一樣,Ru替代Mn位有特殊的效果,并且引起了人們廣泛的關注怎么寫論文。根據J.S.Kim[11]的相關報道,在Pr0.5Sr0.5MnO3的Mn位摻微量Ru時,隨著Ru的含量逐漸增大,當摻雜量達到10%時,體系的鐵磁性以及居里溫度都有所提高錳氧化物,在Pr0.5Sr0.5Mn1-xRuxO3里,Ru主要以四價形式出現,同時也伴有少量的五價Ru離子;在Brajendra Singh[12]的文章中,當Ru摻雜量達到20%時,晶格常數單調增加,這是因為Ru是以四價,五價形式存在于La0.7Ca0.3Mn1-xRuxO3當中的,當摻雜量達到20%時,Ru4+尤其是Ru5+的存在增加了混合物中Mn3+的含量,因此導致晶胞膨脹。當Ru含量多余20%時,晶格常數又逐漸減小,因為此時,Ru主要以五價形式存在,以及Mn4+的存在,因此引起晶胞的收縮,同時Ru的摻入也引起Mn的價態的改變,從而增強雙交換作用而表現出鐵磁性和大的CMR效應;Yue Ying等人將微量的Ru摻入到La0.5Sr0.5Mn1-xRuxO3中,發現當Ru低量摻雜時,系統的鐵磁性得以增強,并且居里溫度也隨著Ru含量的逐漸增多而得到提高,但是當Ru高摻雜時,系統的鐵磁性沒有得到增強反而被抑制。這些結果表明Mn3+,Ru4+(Ru5+)之間存在著鐵磁相互作用,而且當Ru高摻雜時,體系存在著Ru-Ru之間的反鐵磁相互作用[13]。基于此,本文選用居里溫度在室溫附近的La0.7Ca0.2Ba0.1MnO3作為母體化合物[14],來進一步研究高價態離子Ru微量替代Mn位,對系統的晶體結構、磁電輸運性質和磁電阻效應的影響。
2實驗
在本次試驗中,采用固相反應法制備了多晶樣品La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xRuxO3(x=0~0.06)。將高純度(至少是99.9%)的粉體材料La2O3,CaCO3,BaCO3,MnO2錳氧化物,放入真空烘箱內烘干,按名義組分配料,放在研砵中研磨4小時后使樣品原料充分混合,然后放入燒結爐,在1000℃下預燒12h,自然均勻冷卻到室溫,取出樣品再次研磨4個小時,然后再在1000℃下預燒12h,取出樣品之后再對樣品進行研磨4小時,然后在13MPa下壓片,壓成直徑約12mm,厚度約1mm的圓片,最后在1200℃~1300℃下大氣環境中燒結24h后得到良好的多晶樣品,此處預燒兩次,是為了使樣品混合更均勻,得到成像質量更高的樣品。
為了確定樣品的結構和性質,采用X射線衍射儀(Brooker Model D8-superspeed,Cu靶,波長λ為0.154056nm,步長為0.01~0.02°,2θ在10o到80o的范圍內掃描)上測試,對樣品的結構進行測試分析。為了確定樣品的磁性,采用MPMS-XL SQUID(Quantum Design) 磁強計測量磁化強度溫度關系()曲線。采用PPMS(Quantum Design)物性測量系統在5-310K溫度范圍下分別測量樣品零場(H=0T)和加場(H=1T)的電阻率,外加磁場方向與電流方向垂直。磁電阻采用公式MR=[(ρ(0)-ρ(H))]/ρ(0)×100%,其中,ρ(0)和ρ(H)分別為零場下的和外加磁場下樣品的電阻率值。
3 結果與討論
3.1 多晶X射線衍射分析
圖1給出了La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xRuxO3(x=0~0.06)的XRD圖譜,由衍射圖譜,可以看出,樣品呈現良好的單相結構,在實驗允許的精度范圍內,沒有雜相出現。比照標準的PDF卡片并對其指標化,樣品呈現標準的立方(cubic)鈣鈦礦結構,另外,從XRD衍射圖譜中可以發現,隨著摻雜量的增加錳氧化物,總體上衍射峰向小角度偏移,說明樣品的晶格常數變大。
圖1 La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xRuxO3的XRD衍射圖譜
根據立方晶系的晶格常數公式 以及布拉格衍射公式(n取一級衍射)選取幾個較強峰的晶面指數代入公式,計算出系統的晶格常數怎么寫論文。如表1所示:
x
a
0.00
5.4661
0.01
5.4668
0.02
5.4571
0.03
5.4582
0.04