時(shí)間：2022-09-18 14:28:42
導(dǎo)語：在電壓表設(shè)計(jì)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
【關(guān)鍵詞】 非接觸式 靜電電壓表 校驗(yàn)研究
前言：非接觸式靜電電壓表主要通過靜電感應(yīng)原理、以及空氣電離原理，對(duì)帶電體的靜電電位進(jìn)行測量。其中靜電感應(yīng)是指，當(dāng)測試探頭接近帶電體時(shí)，探頭與被測帶電體之間能夠產(chǎn)生畸變電場，在測試儀表端能夠產(chǎn)生電阻分壓。該種表的測試結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是由于多種因素的限制，依然會(huì)存在很多誤差，為此，在本文中將對(duì)這這些誤差因素進(jìn)行分析，并提出校驗(yàn)方法。
一、非接觸式靜電電壓參數(shù)分析
直接感應(yīng)式靜電電壓表是非接觸式靜電電壓表的一種，在該電壓表中，T為靜電電壓表測試感應(yīng)板，CW為被測帶電體與測試感應(yīng)板之間的耦合電容，Rb和Cb分別為電壓表的泄露電容、輸入電容。在實(shí)際的電壓測量中，被測帶電體對(duì)地電壓為U，那么T的對(duì)地電壓為：
從以上公式分析中得出，由于電容隨著板間距離的增加而減小，因此，對(duì)于同一一起來說，改變感應(yīng)板與被測帶電體之間的距離，就能夠改變耦合電容。進(jìn)而對(duì)實(shí)際的電壓測試值產(chǎn)生直接影響。在被測物體電位保持不變的情況下，實(shí)際的測量值Ub會(huì)隨著時(shí)間的變化，而發(fā)生指數(shù)規(guī)律的數(shù)值衰減。為了避免數(shù)值的衰減，并降低測量誤差，需要使得Rb、Cb足夠大，但是Cb增大，將會(huì)對(duì)測試中的靈敏度產(chǎn)生影響[1]。
二、非接觸式靜電電壓表檢驗(yàn)方法
2.1電壓表連接
首先將標(biāo)準(zhǔn)電極板與高壓源輸出端相連，其中標(biāo)準(zhǔn)電極板需要采用剛度好，且電性能良好的金屬材質(zhì)。然后將待校驗(yàn)的靜電電壓表安置好，調(diào)整其探頭，確保標(biāo)準(zhǔn)電極板與其探頭之間的距離能夠處于比較適合的位置，另外需要注意的是靜電電壓表需要接地。
在此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電極板與靜電電壓表探頭，可以看成是兩個(gè)平行電極板所組成的電容器。當(dāng)高壓源中出現(xiàn)輸出電壓時(shí)，兩個(gè)平行板之間就會(huì)叉產(chǎn)生電場。電場中的電荷在電場力的作用下，聚集在極板上。在實(shí)際電壓測量環(huán)節(jié)中，需要不斷提升測量環(huán)節(jié)中準(zhǔn)確度。可以采用分壓的形式，將測量中的高壓電輸出連接至標(biāo)準(zhǔn)電壓表中。
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓表中的輸出阻抗進(jìn)行限定，其數(shù)值應(yīng)該大于分壓端的輸出阻抗值的10/（Kf%）倍，其中Kf是分壓器準(zhǔn)確度等級(jí)[2]。
2.2電極板限定
2.3測量范圍限定
不同類型的非接觸式靜電電壓表的測量范圍存在著差異定，如果使用者對(duì)表的測量范圍不清晰，那么在實(shí)際測量中將會(huì)出現(xiàn)較大誤差。同時(shí)不同測量范圍的表與標(biāo)準(zhǔn)電極板和靜電電壓表探頭之間距離有關(guān)。例如，在CH2290防爆型靜電電壓表中，當(dāng)實(shí)際的測試距離為3厘米時(shí)，則電壓表的測量范圍需要限定在0-20KV，當(dāng)測試距離大于3厘米時(shí)，其測試范圍也應(yīng)該增加。
當(dāng)距離為8厘米時(shí)，測量范圍在0-40KV，電壓表中的讀數(shù)應(yīng)該在實(shí)際數(shù)值基礎(chǔ)上乘以2倍。另外，在電壓表校驗(yàn)環(huán)節(jié)中，需要注意防觸電、防損壞等安全措施，避免電表虛接的現(xiàn)象。高壓源應(yīng)該盡量與帶電體保持一定的距離，距離約為1米即可[3]。
三、結(jié)論
綜上所述，在帶電體電壓測量環(huán)節(jié)中，影響測量準(zhǔn)確性的因素有很多，不僅是測量距離與圓盤之間的直徑問題，還與測量儀表口徑的大小、電極形狀等因素相關(guān)。目前，非接觸式靜電電壓表的校驗(yàn)方法不統(tǒng)一，對(duì)影響電壓表測量的因素分析，能夠規(guī)范實(shí)際電壓表的校驗(yàn)，對(duì)靜電工程發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]楊彥.非接觸式靜電電壓表校驗(yàn)方法研究[J].中國計(jì)量，2011，03：98-99.
關(guān)鍵詞：傳感器實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；創(chuàng)新人才培養(yǎng)
中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代三大信息技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，是測控過程中反映被測對(duì)象、保證控制質(zhì)量的重要一環(huán)，也是自動(dòng)化、測控技術(shù)、機(jī)械電子等專業(yè)的一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與應(yīng)用也飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)迫切需要改革創(chuàng)新。為此，針對(duì)我校傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀做一些有益的改革，旨在提高學(xué)生對(duì)傳感器原理及特性的理解并進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)和應(yīng)用的目的，培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。
1 我國傳感器及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展及需求
傳感器及智能儀器儀表自上個(gè)世紀(jì)60年代以來一直作為自動(dòng)化、測控技術(shù)、機(jī)械電子等專業(yè)的一門專業(yè)課程，特別是進(jìn)入80年代后，國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”：日本把傳感器技術(shù)列為80年代十大技術(shù)之首，美國把傳感器技術(shù)列為90年代的關(guān)鍵技術(shù)，我國把傳感器技術(shù)列為“八五”、“九五”的重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一；并且2003年3月國家教育部緊跟國際科技發(fā)展步伐，已將傳感器的教學(xué)納入到普通高級(jí)中學(xué)物理課程的教學(xué)體系中。由此可見，傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展及國民教育體系中所處的重要地位。而對(duì)于傳感器本身又是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，而且傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，因此，加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)以適應(yīng)我國高等教育的任務(wù)――培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的需求。
2 傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
長期以來，理論教學(xué)重于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀念根深蒂固，影響了傳感器教學(xué)的效果。傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐性環(huán)節(jié)迫切需要改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題主要反映在以下幾個(gè)方面：
2.1教學(xué)中存在不重視實(shí)驗(yàn)的傾向
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、間接經(jīng)驗(yàn)與直接經(jīng)驗(yàn)、抽象思維和形象思維、傳授知識(shí)與訓(xùn)練技能相結(jié)合的過程。但是，對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果表明，目前很多高校在教育觀念上，仍存在著重理論、輕實(shí)踐，重理論知識(shí)傳授、輕動(dòng)手能力培養(yǎng)的傾向，在課程體系上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)少有獨(dú)立的教學(xué)體系以及相應(yīng)的學(xué)分評(píng)價(jià)體系，實(shí)驗(yàn)課從屬于理論課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容含在理論課程中，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與內(nèi)容的開設(shè)隨意性強(qiáng)，隨意削減實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)成為普遍現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)課時(shí)同理論課時(shí)比例不太合理等問題，從而大大影響了學(xué)生對(duì)傳感器特性的理解及在傳感器應(yīng)用中解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。
2.2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)證型多于設(shè)計(jì)型
目前，我系使用的傳感器實(shí)驗(yàn)裝置是由浙江高聯(lián)科技開發(fā)公司提供的CSY2000D型傳感器檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它所提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖然各傳感器透明式封裝比較直觀，但缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性要求，與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重。
2.3教學(xué)方式單調(diào)枯燥
傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)是注入式的，從實(shí)驗(yàn)原理、步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，甚至連實(shí)驗(yàn)結(jié)果都面面俱到地由老師講解，然后由學(xué)生“按方抓藥”地操作。這使學(xué)生處于消極被動(dòng)的地位，影響其學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
2.4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入不足
實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)各高校來說是一項(xiàng)重要的投資，特別是對(duì)于一般的普通高校在資金有限的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入更少；而傳感器又是精密測量儀器，一般單個(gè)售價(jià)都在50元以上，我系于2003年購置的6臺(tái)CSY2000D型傳感器檢測技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)就高達(dá)1.83萬元/臺(tái)。因此，在資金緊張的情況下，使得高校擴(kuò)招后由原來的一名學(xué)生一臺(tái)設(shè)備，改為2～3人一組，這樣在實(shí)驗(yàn)過程中往往一個(gè)學(xué)生做，同組人旁觀，教學(xué)效果很不理想。
3 改革與探討
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)和拓展應(yīng)用，是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用。因此傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須從理論教學(xué)中解脫出來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與本課程特點(diǎn)緊密結(jié)合，做一次全面的改革：
3.1深化傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，著力培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力
為推進(jìn)我國全面的素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，根據(jù)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和面臨的問題，充分調(diào)研，對(duì)目前的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全面改革：從本科培養(yǎng)計(jì)劃的約束，到實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施；從教師的教學(xué)觀念，到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)的目的等各方面都要充分認(rèn)識(shí)到傳感器實(shí)驗(yàn)在傳感器教學(xué)中的重要性，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的操作動(dòng)手能力。
總體上說，注重引導(dǎo)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核，使學(xué)生普遍對(duì)實(shí)驗(yàn)重視程度提高，能主動(dòng)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，甚至帶著問題進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生的動(dòng)手能力明顯增強(qiáng)。
3.2切實(shí)加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)建設(shè)和科學(xué)管理制度
實(shí)驗(yàn)器材是開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，雖然傳感器實(shí)驗(yàn)器材價(jià)格相對(duì)較貴，但也應(yīng)逐漸增加傳感器實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)的投入，除了確保正常的教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需各項(xiàng)經(jīng)費(fèi)外，還要投入一定經(jīng)費(fèi)改進(jìn)和完善現(xiàn)有儀器設(shè)備。同時(shí)，還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)管理制度的建設(shè)，現(xiàn)在各高校的實(shí)驗(yàn)室管理專職人員緊缺，一般由理論課老師來擔(dān)任實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理，其間存在管理漏洞，儀器損壞無法及時(shí)維修，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展。因此，傳感器實(shí)驗(yàn)室要根據(jù)本學(xué)科的特點(diǎn)和自身?xiàng)l件建立切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)室管理制度和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，逐漸形成較為完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和保證體系。
3.3加快傳感器實(shí)驗(yàn)教材的編寫
實(shí)驗(yàn)教材是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。傳感器實(shí)驗(yàn)是近幾年才在各高校普遍開設(shè)，據(jù)調(diào)查現(xiàn)階段各高校采用的傳感器實(shí)驗(yàn)教材都是在廠家提供的儀器使用指南的基礎(chǔ)上編寫的講義，缺乏規(guī)范性、普適性。根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和本學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀更新充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，編寫配套的、高水平的傳感器實(shí)驗(yàn)教材是刻不容緩的。
3.4改革傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容及方法
3.4.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革
為了突出實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)、工程實(shí)踐能力，使學(xué)生“消化理論、發(fā)展能力”我們對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了較大改革：一方面保留了一些基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如電阻應(yīng)變、電渦流位移特性、光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生通過這些實(shí)驗(yàn)，理解傳感器的基木原理和特性，消化教學(xué)內(nèi)容；另一方面開設(shè)一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如我們利用電阻應(yīng)變片設(shè)計(jì)了數(shù)字電子秤，以及結(jié)合單片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)出自動(dòng)避障小車和全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器等，通過學(xué)生自己制作出一些小產(chǎn)品模型，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到課堂中學(xué)過的傳感器在其中的限位、距離檢測等作用。在教學(xué)過程中除了要求學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告外還要求撰寫設(shè)計(jì)論文，這樣更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來，同時(shí)還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來撰寫科技論文奠定基礎(chǔ)。
3.4.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革
實(shí)驗(yàn)課是驗(yàn)證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的方法上,我們進(jìn)行了一些改革探索，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中,注意因材施教,采用啟發(fā)式教學(xué)方法,提示學(xué)生是否有更好的改進(jìn)方法等等。如電阻應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中對(duì)電子秤標(biāo)定時(shí)反復(fù)調(diào)節(jié)Rw3、Rw4直至托盤空時(shí)電壓表顯示為0v、200g砝碼時(shí)顯示為0.2v。反復(fù)調(diào)節(jié)最終是可以達(dá)到要求，當(dāng)學(xué)生反復(fù)調(diào)節(jié)幾次沒達(dá)到預(yù)期要求時(shí)可能不耐煩了，這時(shí)提示學(xué)生根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器的測力原理及輸入輸出特性――線性關(guān)系，分析電路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起調(diào)節(jié)放大倍數(shù)――即線性關(guān)系中的斜率、Rw4起零點(diǎn)參考電壓調(diào)節(jié)――線性關(guān)系中的初始值的作用，經(jīng)過這樣比較對(duì)應(yīng)后，很快可以得出這樣的快速調(diào)節(jié)方法：當(dāng)托盤空時(shí)，調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為零；然后將10個(gè)砝碼全放入托盤，調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v；然后去掉全部砝碼記下此時(shí)電壓表讀數(shù)v0 (如0.002v)；再將砝碼全放入托盤調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為0.2-v0（如0.198v）；最后再調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v即可。通過像這個(gè)實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革,我們認(rèn)識(shí)到如果在每次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中都能夠采用啟發(fā)式的方法啟迪學(xué)生，發(fā)展學(xué)生的發(fā)散思維能力，那么一定能使學(xué)生舉一反三，達(dá)到學(xué)以致用的目的，同時(shí)還可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣。
3.5建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核方案
成績?cè)u(píng)定方式對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)十分重要，它是這次傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施的總體指揮棒。學(xué)生最關(guān)心的就是成績，我們要充分利用這一法寶設(shè)計(jì)較為合理的考核方案，既能達(dá)到考察的目的，同時(shí)使學(xué)生通過試驗(yàn)不僅能很好理解理論知識(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新能力。為此，將成績?cè)u(píng)價(jià)定位在是否理解并靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，以及鼓勵(lì)創(chuàng)新思想和創(chuàng)新實(shí)踐過程，而不僅僅是結(jié)果正確與否。在總結(jié)多年實(shí)驗(yàn)課經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用兩種結(jié)果驗(yàn)收相結(jié)合的形式，一種形式是當(dāng)面驗(yàn)收，通過演示和口頭介紹展示實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)效果，并完成高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告（包括利用VC、vb、matlab等軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測量數(shù)據(jù)的分析及相應(yīng)的改進(jìn)措施和仿真），這種方式是學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)結(jié)果的直觀體現(xiàn)；另一種形式是提交撰寫設(shè)計(jì)論文，相對(duì)與前者，這種形式更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來，同時(shí)還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來撰寫科技論文奠定基礎(chǔ)。學(xué)生的最終實(shí)驗(yàn)成績是這兩部分成績的綜合。
4 結(jié)束語
關(guān)于傳感器實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革涉及面廣，環(huán)節(jié)多，是個(gè)比較復(fù)雜的問題。我們只是在這方面做了一些有益的嘗試，并取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。我們改革的目的很明確，就是要讓學(xué)生感覺到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一次挑戰(zhàn)，要想取得成功必須要有充分的準(zhǔn)備、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、細(xì)致的操作和靈活的思維。每一次實(shí)驗(yàn)的完成，不僅要讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫匠浞值挠?xùn)練和提高，更重要的是要激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。只有這樣才能為國家培養(yǎng)出具有較高的全面素質(zhì)的一流人才。
參考文獻(xiàn)：
[1]廖正琴.新課程標(biāo)準(zhǔn)理念指導(dǎo)下的傳感器教學(xué)初探[J].物理教學(xué)與探討,2003,5:42-43.
關(guān)鍵詞: 檢測儀器集成藍(lán)牙傳輸
中圖分類號(hào)：TU857文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
當(dāng)前電梯檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場存在以下問題：
⑴儀器不便于使用。攜帶檢驗(yàn)儀器過多，增加裝載攜帶的負(fù)擔(dān)；檢驗(yàn)儀器頻繁交替使用，容易發(fā)生遺失；單項(xiàng)檢驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間較長，需交替使用不同的檢驗(yàn)儀器。
⑵數(shù)據(jù)不利于保存。單項(xiàng)檢驗(yàn)完成需手工填寫單項(xiàng)檢驗(yàn)數(shù)值，很繁瑣；紙質(zhì)表單易損壞，不易保存；檢驗(yàn)記錄單遺失、損壞、字跡不清時(shí)需重新檢驗(yàn)；現(xiàn)場有可能發(fā)生檢驗(yàn)儀器沒電、損壞、配件不齊等不確定因素導(dǎo)致單項(xiàng)無法檢驗(yàn)。
⑶儀器不便于維護(hù)。檢驗(yàn)儀器平時(shí)的維護(hù)工作繁重，例如：更換電池、校準(zhǔn)儀器等；后勤維護(hù)繁重，各種儀器的配套電源都不同，如9v電池、5號(hào)電池、7號(hào)電池、其他異狀電池等；檢驗(yàn)儀器的使用率高，故障和損壞率也高，每年采購經(jīng)費(fèi)居高不下等。
二、電梯綜合測試儀的原理與構(gòu)成
1測試儀框圖
本測試儀擬實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、聲級(jí)、電壓、電阻、電流、距離、照度等信號(hào)的采集，系統(tǒng)框圖見圖1。
圖1 測試儀系統(tǒng)框圖
2傳感器選擇
目前常用的檢驗(yàn)檢測儀器大多是帶液晶數(shù)顯的檢測終端，隨著科技的發(fā)展，各種數(shù)字傳感器、微型處理器的不斷發(fā)展，可以使用各類成熟的傳感器，結(jié)合數(shù)字采集和高速數(shù)字運(yùn)算功能，開發(fā)出全數(shù)字的專用綜合測試儀器，從而替代現(xiàn)有各種獨(dú)立使用的測量儀表。
根據(jù)國家或地方有關(guān)電梯檢驗(yàn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選取部分可以使用電類測量檢測儀器的測量參數(shù)，并確定傳感器如下：
電類：交流電壓、交流電流、直流電壓、電阻測量4種全數(shù)字傳感器；
環(huán)境類：照度、溫濕度、聲級(jí)3種數(shù)字傳感器；
測量類：激光非接觸速度傳感器；
3指標(biāo)參數(shù)
電流：AC30A精度≤2%；
電壓：DC500v精度≤2%；AC500v精度≤2%；
電阻：200Ω，精度≤2%；
溫度精度0.5°；
濕度、電類參數(shù)，誤差±5%；
距離、速度誤差±1%。
電類測量必須符合：
GB-T 13978-1992 數(shù)字多用表通用技術(shù)條件 《GB/T13978-2008 數(shù)字多用表》
GB/T 22264.2-2008 安裝式數(shù)字顯示電測量儀表 第2部分：電流表和電壓表的特殊要求
防水：IP65
4測量方式
電壓測量：采用前端帶有鱷魚夾裝置的萬用表棒，定制全數(shù)字萬用表采集模塊；
電流測量：采用鉗形互感器，定制全數(shù)字萬用表采集模塊；
溫濕度測量：采用露點(diǎn)式二合一全數(shù)字采集模塊；
照度測量：采用全數(shù)字菲尼爾照度采集模塊；
聲級(jí)測量：采用定制電容式聲級(jí)模數(shù)采集模塊；
平移速度測量：采用非接觸式激光測速模塊；
5技術(shù)接口
要求與現(xiàn)有電梯快速檢驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)接；
數(shù)據(jù)可通過USB2.0或Micro USB或藍(lán)牙無線方式傳送；
制定通信協(xié)議與android平板電腦APP軟件或windows系統(tǒng)上位機(jī)軟件進(jìn)行通信；
主板預(yù)留CDMA2000/WCDMA/GPRS/通訊模塊接口，后期支持無線數(shù)據(jù)傳輸功能；
主板預(yù)留SD/TF存儲(chǔ)卡接口；
主板預(yù)留232/485接口；
2.6結(jié)構(gòu)部分
外形尺寸≤190mm×98mm×40mm
背板帶LED照明功能；
外露式探頭需有格珊保護(hù)；
內(nèi)置電池倉；
外殼需做止滑處理；
菲尼爾透鏡需有保護(hù)罩；
電流、電壓表棒必須符合安規(guī)，結(jié)構(gòu)上要做防誤插設(shè)計(jì)；
三、測試儀樣機(jī)
主控板，選用PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),帶引線的塑料芯片載體.表面貼裝型封裝,外形呈正方形,64腳封裝,引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出,呈丁字形,外形尺寸比DIP封裝小得多.PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線,具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；
傳感器/采集模塊，選用全數(shù)字帶數(shù)據(jù)接口，技術(shù)較為成熟的主流芯片、采集模塊；
傳輸方式：選用可靠性較高的藍(lán)牙無線通訊模塊，預(yù)留Micro USB接口做為數(shù)據(jù)傳輸、充電接口；
測試儀樣機(jī)工作流程圖及樣機(jī)，見圖2、圖3。
圖2 測試儀工作流程圖
圖3 測試儀樣機(jī)
四、樣機(jī)測試
1系統(tǒng)程序
測試儀采用潛入式系統(tǒng)開發(fā)，以下為5v電源控制程序。
extern void GPIO_ApplicationIfInit ( void )
{
/*****************
* 輸出信號(hào)組*
*****************/
/* 注冊(cè)電源5v輸出控制腳 */
p5v_io_handler = GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_8, Output_type );
if(p5v_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( p5v_io_handler, IO_SET );
}
sound_io_handler =GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_9, Output_type );
if(sound_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( sound_io_handler, IO_SET );
}
multimeter_io_handler=GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_10, Output_type );
if(multimeter_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( multimeter_io_handler, IO_SET );
}
speed_io_handler = GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_12, Output_type );
if(speed_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( speed_io_handler, IO_SET );
}
temperature_humidity_io_handler =GPIO_Configuration ( PORT_C, GPIO_7, Output_type );
if(speed_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( speed_io_handler, IO_SET );
}
2測試報(bào)告
研制的樣機(jī)實(shí)際測試報(bào)告，
3測試報(bào)告分析
（1）該藍(lán)牙設(shè)備使用距離較短且不穩(wěn)定，測試過程中常斷開需重新連接；
（2）直流電壓測試結(jié)果與實(shí)際值基本一致，交流電壓測試結(jié)果比實(shí)際值偏小，平均偏差為-0.48%；
（3）電阻值測試結(jié)果比實(shí)際值偏大，平均偏差為+1.68%；
（4）溫度值測試結(jié)果比實(shí)際值偏大，平均偏差為+10.15%；濕度值測試結(jié)果比實(shí)際值偏大，平均偏差為+3.28%；
（5）照度值測試結(jié)果比實(shí)際值偏小，平均偏差為-4.48%；
測試報(bào)告顯示數(shù)據(jù)，全部測量值均小于設(shè)計(jì)指標(biāo)，判定產(chǎn)品研發(fā)成功，設(shè)備外觀經(jīng)過修改完全符合設(shè)計(jì)要求，外觀設(shè)計(jì)判定完成。
五、結(jié)論
本論文探討的電梯檢驗(yàn)綜合測試儀，可以很方便通過android平板電腦的APP定制軟件設(shè)定檢驗(yàn)項(xiàng)目，快速檢驗(yàn)，無需每次單項(xiàng)檢驗(yàn)完再收納檢驗(yàn)儀器、更換儀器、記錄檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的工序；檢驗(yàn)完成之后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄每次檢驗(yàn)的項(xiàng)目、數(shù)值、時(shí)間、單位名稱等原先需要手工填寫的書面內(nèi)容，保證每次檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的單一、精準(zhǔn)，并不用擔(dān)心紙質(zhì)表單的損壞、遺失、字跡不清、遺漏檢驗(yàn)儀器等諸多缺點(diǎn)，也方便檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、整理，并可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，摒棄傳統(tǒng)方法的紙質(zhì)文件翻頁查詢。簡化了檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)整理工作，最關(guān)鍵的是，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，易保存，實(shí)時(shí)查詢，方便管理等優(yōu)點(diǎn) 。
參考文獻(xiàn)：
［1］GB/T 3785.1-2010電聲學(xué) 聲級(jí)計(jì) 第1部分：規(guī)范
［2］SJ/T 10423-1993聲級(jí)計(jì)通用技術(shù)條件；
［3］JB/T 7403-1993光照度計(jì)
關(guān)鍵詞：Proteus；單片機(jī)；教學(xué)
中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2013）11-0-01
當(dāng)今社會(huì)電子技術(shù)日新月異，在各種不同類型的嵌入式系統(tǒng)中，以單片微控制器作為系統(tǒng)的主要控制核心所構(gòu)成的單片嵌入式系統(tǒng)占據(jù)著非常重要的地位。如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，成為了課程教學(xué)中的難點(diǎn)。將Proteus軟件引入到單片機(jī)教學(xué)中，可以大大地提高了該課程的可視性，能夠有效的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情。
一、Proteus仿真軟件簡介
Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，Proteus可以將spice電路原模型、動(dòng)態(tài)外設(shè)以及微處理器的仿真結(jié)合起來，它的電路仿真功能是互動(dòng)的。
Proteus具有數(shù)量龐大的原件庫，包括基本元件庫、74系列TTL元件和4000系列COMS元件，存儲(chǔ)芯片包括各種的ROM、RAM和EEPROM等30多個(gè)元件庫，并在不斷的更新中。在proteus中只要完成了原理圖布局并設(shè)置好元件的屬性，即可進(jìn)行仿真和虛擬測試。
Proteus可以仿真很多常用的微處理器，它支持仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等主流單片機(jī)，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件代碼級(jí)的調(diào)試，還可以直接實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的模擬按鈕、鍵盤的輸入，LED、液晶顯示的輸出，同時(shí)配合虛擬工具如示波器、邏輯分析儀等進(jìn)行相應(yīng)的測量和觀測。可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)輸入和輸出，給實(shí)驗(yàn)者提供一個(gè)最接近現(xiàn)實(shí)的調(diào)試環(huán)境。
二、Proteus在單片機(jī)仿真中的應(yīng)用
Proteus支持單片機(jī)匯編語言的編輯/編譯/源碼級(jí)仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如CVAVR、Keil和Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級(jí)語言的源碼級(jí)仿真和調(diào)試。仿真時(shí)只需在設(shè)定元件屬性時(shí)指定下載程序的路徑即可進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，展現(xiàn)了其強(qiáng)大的仿真功能。
1.基于51單片機(jī)中的Proteus的仿真
在 Keil是目前51單片機(jī)用的最多的編譯軟件，首先在keil中輸入源程序并設(shè)置好輸出.hex文件，然后在Proteus中畫好51單片機(jī)的電路圖，在Proteus中點(diǎn)擊51單片機(jī)芯片，在彈出的的對(duì)話框中設(shè)置好電路仿真的時(shí)鐘頻率，并選中Program file選項(xiàng)添加之前已經(jīng)編譯好的.hex文件，就可以開始仿真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了。
如圖2.1所示，是使用AT89C51實(shí)現(xiàn)的一個(gè)簡易數(shù)字電壓表。仿真時(shí)在Proteus中通過改變滑動(dòng)變阻器連接的阻值來改變輸入到AD0832中的電壓，從而達(dá)到模擬數(shù)字電壓表的目的，此時(shí)數(shù)碼管上也會(huì)實(shí)時(shí)更新當(dāng)前電壓值。
在很多時(shí)候，我們輸入的源程序不一定正確或者是符合設(shè)計(jì)目的，這個(gè)時(shí)候就需要我們進(jìn)行修改調(diào)試了。Proteus可以與keil進(jìn)行聯(lián)合仿真，在keil中觀察程序單步執(zhí)行的同時(shí)觀察Proteus中電路的運(yùn)行狀態(tài)，從而方便我們查找錯(cuò)誤原因并修改。
2.基于AVR單片機(jī)中的proteus仿真
Proteus支持AVR系列單片機(jī)的型號(hào)非常全面，從低端ATtiny10到高端的ATmega128均有可以直接調(diào)用的庫元件。
Proteus支持AVR些列單片機(jī)所有的I/O操作，內(nèi)部的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的模擬（包括輸入捕獲、輸出比較、PWM模式），看門狗定時(shí)器，串行UART接口，主、從模式串行SPI接口，支持內(nèi)置數(shù)模轉(zhuǎn)ADC，支持Atmel 的TWI（TwoWire Interface）通信方式，存貯器方面支持外部SRAM擴(kuò)展以及內(nèi)置EEPROM 的模擬，支持多個(gè)微控制器的協(xié)同工作仿真等等。
首先繪制好電路原理圖，然后將AVR源程序編譯器生成下載文件的路徑制定給原理圖中的芯片，就可以開始仿真了。如圖2.2所示，是基于ATmega16的按鍵中斷仿真。K1鍵連接模擬外部中斷0，此時(shí)數(shù)K2鍵連接模擬外部中斷1，按下K1鍵表示此時(shí)外部0產(chǎn)生中斷數(shù)碼管顯示加1，按下K2鍵表示此時(shí)外部1產(chǎn)生中斷數(shù)碼管顯示減一。
三、Proteus引入單片機(jī)教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)
將Proteus引入單片機(jī)教學(xué)中具有以下優(yōu)點(diǎn)。
⑴學(xué)生通過仿真可以觀察電路的運(yùn)行狀態(tài)，修改產(chǎn)生的錯(cuò)誤，大大提高了搭建實(shí)際電路的成功率。
⑵教學(xué)投入相對(duì)較小。在完成了基本教學(xué)后，可以鼓勵(lì)學(xué)生在Proteus中進(jìn)行硬件改動(dòng)，觀察實(shí)驗(yàn)效果并思考原因，減小了因硬件改動(dòng)而造成的成本增加，較好的促進(jìn)了整個(gè)教學(xué)過程。
⑶極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣。Proteus提供的平臺(tái)，其簡易性、直觀性極大地改善了單片機(jī)教學(xué)過程中的枯燥和乏味，使學(xué)生體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)單片機(jī)的趣味性。
四、結(jié)語
Proteus的出現(xiàn)給單片機(jī)教學(xué)工作和單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供了一條方便、快捷、節(jié)約成本的新思路，在不需要硬件投入的條件下，學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)比單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更容易接受，更容易提高。實(shí)踐證明，在使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，能極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：物理教學(xué) 培養(yǎng) 創(chuàng)新能力
《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)物理教學(xué)中實(shí)施素質(zhì)教育的核心就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師要把握學(xué)生的認(rèn)識(shí)特點(diǎn)和心理發(fā)展規(guī)律，把開發(fā)智力、發(fā)展智力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力有機(jī)合引入到教與學(xué)的全過程。
一、掌握知識(shí)是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)
偉大的科學(xué)家牛頓曾經(jīng)說過，他是“站在巨人的肩上”，這說明牛頓的偉大成就是在學(xué)習(xí)前人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上建立起來的。所以要培養(yǎng)創(chuàng)新能力，就必須讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握好物理這門學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律，并知道這些知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，這是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基本條件，也是學(xué)生認(rèn)識(shí)客觀世界、發(fā)展智力和形成新能力的基礎(chǔ)，而能力則是在學(xué)習(xí)和掌握知識(shí)的過程中逐步形成和發(fā)展的。物理這門學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性很強(qiáng)，由許多基本概念和規(guī)律組成，教師在教學(xué)活動(dòng)中要引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、分析、比較、類比、抽象、概括、總結(jié)與歸納等智力活動(dòng)，把所學(xué)的基本概念與規(guī)律進(jìn)行分析綜合，把有關(guān)的知識(shí)納入一定的知識(shí)系統(tǒng)中，把知識(shí)點(diǎn)連成知識(shí)面，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，這樣學(xué)生在掌握了科學(xué)性和規(guī)律性的知識(shí)之后，智力就會(huì)得到相應(yīng)的發(fā)展，創(chuàng)新能力也會(huì)提高，所以教學(xué)過程應(yīng)當(dāng)是傳授知識(shí)、開發(fā)智力和培養(yǎng)能力三位一體的活動(dòng)過程。
二、課堂教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的主戰(zhàn)場
課前教師在備課過程中，要在分析教材、學(xué)生狀態(tài)的基礎(chǔ)上，落實(shí)好教學(xué)目標(biāo)，并有意識(shí)地滲透創(chuàng)新教育的思想。在課堂教學(xué)中，教師要注意構(gòu)建和諧、民主的課堂教學(xué)氛圍，使師生交往的狀態(tài)達(dá)到最佳水平，使各種智力開發(fā)和非智力開發(fā)的創(chuàng)新因子都處于最佳活動(dòng)狀態(tài)，并且盡可能地增加學(xué)生自己探索知識(shí)的活動(dòng)量，給學(xué)生一定的自由，充分發(fā)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力。
三、設(shè)疑探索是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的途徑方法
物理學(xué)家愛因斯坦說：“提出一個(gè)問題，往往比解決一個(gè)問題更重要。”因?yàn)榻鉀Q一個(gè)問題是知識(shí)技能的運(yùn)用，而提出一個(gè)新問題需要有創(chuàng)造性的思維?，F(xiàn)代教學(xué)論認(rèn)為：任何教學(xué)內(nèi)容都可以用一個(gè)個(gè)問題呈現(xiàn)出來，學(xué)習(xí)的發(fā)生起源于情境變化的刺激，所以教師在施教中應(yīng)盡量創(chuàng)造問題情境，給學(xué)生造疑，促使學(xué)生存疑、質(zhì)疑，使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。例如：教師在講授利用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)問學(xué)生：利用伏特表和電流表測出的電壓和電流可算出待測電阻的阻值，能不能只用一個(gè)電流表或電壓表來測量電阻呢？如果能，還需哪些輔助器材？怎樣測量？請(qǐng)說出你設(shè)計(jì)的方案并畫出電路圖。通過這種說疑、釋疑的教學(xué)活動(dòng)，就可培養(yǎng)學(xué)生探究科學(xué)的興趣和創(chuàng)造性的思維。
前蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。而在青少年的精神世界中，這種需要?jiǎng)t特別強(qiáng)烈?！彼越處熞趯W(xué)生的認(rèn)識(shí)過程中去激發(fā)學(xué)生心靈深處那種強(qiáng)烈的探索欲望。教師要愛自己所教的學(xué)科，從挖掘教材內(nèi)容上，組織教學(xué)的形式上，選擇教學(xué)方法上多下功夫，使自己的教學(xué)藝術(shù)達(dá)到引人入勝的境地，使學(xué)生積極地思維，不斷地發(fā)現(xiàn)和探索，使學(xué)生的思維靈活、多變，從而為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
四、研究性學(xué)習(xí)是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要方式
在中學(xué)物理中進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)有多種實(shí)施形式，如：問題解決式學(xué)習(xí)、專題討論、研究性實(shí)驗(yàn)、物理科技論文寫作等。
以“電流表的改裝”這一研究性實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中開展研究性學(xué)習(xí)作一探討。
實(shí)驗(yàn)要求：將靈敏電流表改裝成安培計(jì)和伏特計(jì)，并用該電表測電路中某電阻的電壓、電流。
實(shí)驗(yàn)儀器：靈敏電流表2個(gè)(內(nèi)阻100Ω，量程100μA)，電阻箱2個(gè)，電阻1個(gè)(約50Ω)，變阻器(100Ω，0.5A)1個(gè)，電源(3v，內(nèi)阻不計(jì))，開關(guān)，導(dǎo)線若干。
該課題的目的在于讓學(xué)生通過運(yùn)用學(xué)過的電學(xué)知識(shí)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)電流表和電壓表，并設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，加深對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的理解和用能力，使理論和實(shí)踐相結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)電阻的串并聯(lián)知識(shí)有充分的運(yùn)用和提高。
本課題提供的參考電路如下：
其中，R1、R2為電阻箱的值，其值可以根據(jù)題意提供的條件求出。利用該電表可以求未知電阻的阻值。
論文摘要：CO是人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中常見的有毒氣體，無色無味，不易被人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人處在CO氣體之中是十分危險(xiǎn)的，甚至威脅到生命安全。在我國北方冬季用煤炭取暖的居民危害最大的就是一氧化碳中毒，因?yàn)樵摎怏w易在不能充分燃燒的條件下產(chǎn)生。設(shè)計(jì)出能檢測到CO氣體并能報(bào)警的電路是十分必要的，在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，電路的設(shè)計(jì)還要考慮到傳感器部分要具有良好的溫度、濕度穩(wěn)定性。
根據(jù)生產(chǎn)生活需要設(shè)計(jì)CO探測報(bào)警電路，選用對(duì)CO有極高靈敏度的氣敏傳感器UL281作為報(bào)警電路探頭，結(jié)合UL281結(jié)構(gòu)及其功能，設(shè)計(jì)與之功能特點(diǎn)相匹配的電路，這些電路由單穩(wěn)延時(shí)電路、穩(wěn)定電源供電電路、探測電路（熱清洗電路）、電壓輸出電路、報(bào)警電路和元件損壞電路。
將電源接通經(jīng)過熱清洗后將傳感器放置在清潔空氣中，由于敏感元件的電阻很大，IC2 放大倍數(shù)近似于1。因此用電壓表測量H、L點(diǎn)之間的電壓很小，電路不報(bào)警，可調(diào)節(jié)電位器RP2 ，可改變IC3的負(fù)輸入電壓，電路最終完成之后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP2 ，使IC3的負(fù)輸入電壓為2.9V。將傳感器放大裝有300ppm氣樣的密封塑料袋內(nèi)，調(diào)節(jié)RP1，使IC2的輸出為3.00V。此時(shí)電壓比較器IC3正輸入大于負(fù)輸入，其輸出正飽和而使VT3導(dǎo)通報(bào)警。
第一章 概 述
第一節(jié) 傳感器的概述及組成
一、引 言
CO是人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中常見的有毒氣體，無色無味，不易被人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人處在CO氣體之中是十分危險(xiǎn)的，甚至威脅到生命安全。我國的CO報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高，其系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。而在居民住宅區(qū)、機(jī)房、辦公室等小型單位場所，需要設(shè)置一種單一、廉價(jià)實(shí)用的CO探測報(bào)警裝置，基于此種現(xiàn)象，應(yīng)用所學(xué)的電路知識(shí)設(shè)計(jì)出一種簡單易于實(shí)現(xiàn)，低成本的CO報(bào)警電路，不僅對(duì)于所學(xué)知識(shí)是一次綜合復(fù)習(xí)的機(jī)會(huì)，而且更是練習(xí)如何應(yīng)用所學(xué)的書本知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)生活問題的能力，這是相當(dāng)必要的。
二、 傳感器概述
人們通常將能把被測量物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出的裝置稱為傳感器。傳感器也叫做變換器、換能器或探測器。傳感器輸出的信號(hào)有不同的形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，以滿足信息的傳輸處理、記錄、顯示和控制等要求。傳感器是測量裝置和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測量，那么無論是信號(hào)或是信息處理，或者是最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制，都將成為一句空話。可以說，沒有精確可靠的傳感器，就沒有精確可靠的自動(dòng)檢測和控制系統(tǒng)。
三、 傳感器組成框圖
傳感器一般由敏感元件、傳感元件和其他輔助元件組成，有時(shí)也將信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路、輔助電源作為傳感器的組成部分。
敏感元件
傳感元件
信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路
輔助電源
傳感器組成方框圖
第二節(jié) 氣敏傳感器概述
一、 氣敏傳感器的檢測對(duì)象及檢測原理
此次設(shè)計(jì)的電路是一氧化碳探測報(bào)警器，由于一氧化碳是有毒氣體，因此檢測到一氧化碳并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的電路設(shè)計(jì)就需要選用氣敏傳感器。
氣敏傳感器是一種把氣體（多數(shù)為空氣）中的有毒成分檢測出來，并將它轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)的器件，如果以人們的感覺器官在作比喻，那么氣敏傳感器相當(dāng)于人的鼻子（嗅覺）。但是人的嗅覺在靈敏其感知對(duì)象也是多樣的。在我們周圍，實(shí)際上存在的各種各樣的氣體，它們中的大部分將會(huì)成為氣敏傳感器的檢測對(duì)象。氣敏傳感器的典型用途見于附表1.2.1和1.2.2。
首先被實(shí)際應(yīng)用的氣敏傳感器是用于防止可燃性氣體（LPG等）爆炸瓦斯泄露報(bào)警器。其后，隨著環(huán)境監(jiān)測等，又不斷地提出研制新型氣敏傳感器的任務(wù)。
氣敏傳感器是化學(xué)傳感器的一個(gè)重要組成部分。這里涉及到用于化學(xué)傳感器的化學(xué)物質(zhì)的檢測原理。為了將化學(xué)物質(zhì)檢測出來分類，也就是同物理傳感器一樣，可分為能量變換式和能量控制式。前者是以被測物質(zhì)所具有的化學(xué)能（化學(xué)電勢）作為信號(hào)源，傳感器相當(dāng)于將化學(xué)能變換成電能的變換器（換能器）。
所謂半導(dǎo)體氣體傳感器，是對(duì)利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸，造成半導(dǎo)體性質(zhì)變化，借此來檢測氣體成分或者測量其濃度的傳感器的總稱。
半導(dǎo)體氣敏傳感器大體上分為電阻式和非電阻式兩種，電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器利用氧化錫、氧化鋅等金屬材料來制作敏感元件；利用其阻值的變化來檢測氣體的濃度。氣敏元件，有多孔質(zhì)燒結(jié)體、厚膜、以及目前正在研制的薄膜等幾種非電阻式半導(dǎo)體傳感器。根據(jù)氣體的吸附和反應(yīng)，利用半導(dǎo)體的功函數(shù)，對(duì)氣體進(jìn)行直接的檢測。目前，正在積極開發(fā)的有金屬/半導(dǎo)體結(jié)型二極管和金屬柵的MOS場效應(yīng)晶體管的敏感元件，主要利用它們與氣體接觸后整流特性以及晶體管作用的變化，制成對(duì)表面單位有直接測定的傳感器。
二、 “電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器”概述
半導(dǎo)體元件的電阻，由于與氣體接觸而發(fā)生變化，將利用這種現(xiàn)象的傳感器，稱之為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。這類氣敏傳感器元件的構(gòu)造簡單，也不需要專門的放大電路來放大信號(hào)。由于這些特點(diǎn)，所以它很早被研究，而且已制成商品。元件的種類有：在絕緣基片上用蒸鍍或是濺射法制成的薄膜元件（厚度約小于1000?）；把氧化物半導(dǎo)體粉末調(diào)制成的漿料印刷到基性的燒結(jié)型元件。傳感器元件通常在加熱條件下才能動(dòng)作，因此必須有加熱裝置。把氣體敏感膜加熱器與溫度測量探頭集成在一塊硅片上，從而制成集成開關(guān)電路動(dòng)作，蜂鳴器和燈泡開始接通。半導(dǎo)體元件，大多在通電初期，阻值暫時(shí)變高而產(chǎn)生高輸出。這是由于在沒有通電時(shí)，元件吸著水蒸汽的緣故。一旦通電，元件初始阻值隨著溫度的上升而變低，隨著溫度的再次升高，由于水蒸汽的解吸而阻值增加，呈現(xiàn)出一種過渡的現(xiàn)象。為防止這種誤報(bào)警，通常在通電初期增設(shè)防止誤報(bào)警電路。為防止突發(fā)性噪聲，機(jī)內(nèi)應(yīng)裝入延遲電路。
B1——開關(guān)電路
B2——防止通電初期誤報(bào)警電路
B3——信號(hào)發(fā)生電路
B4——電源指示燈
B5——蜂鳴器電路
半導(dǎo)體的氣敏特性如圖，元件的電阻R與空氣中所含有的被測氣體濃度C之間的關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般用對(duì)數(shù)表示的如下公式是成立的：㏒R= m㏒C+n
m、n是由傳感器元件，測量氣體的種類，測量溫度等因素決定的常數(shù)。m表示相對(duì)氣體濃度變化的敏感程度，m越大，敏感程度越大，但對(duì)通常的可燃性氣體的檢測，一般取為1/2~1/3，設(shè)Ra為普通氣體（空氣）濃度為零時(shí)的電阻，則氣體靈敏度（即響應(yīng)率）可由Ra/R來表示，它是氣濃度C的函數(shù)為便于氣體檢測，用C為定值時(shí)的相對(duì)靈敏度作比較。從圖知道，相對(duì)靈敏度隨氣體而不同，雖然還隨著傳感器的種類、添加劑、測量溫度的不同而有很大差異，但是一般越容易燃燒的氣體，其含碳量越大，它的相對(duì)靈敏度也就高。這是因?yàn)樵谠系臍怏w的燃燒，在本質(zhì)上與氣體的響應(yīng)特性有關(guān)。
第二章 一氧化碳探測報(bào)警傳感電路設(shè)計(jì)
第一節(jié) CO探測報(bào)警電路設(shè)計(jì)的要求
CO是人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中常見的有毒氣體，無色無味，不易被人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人處在CO氣體之中是十分危險(xiǎn)的，甚至威脅到生命安全。在我國北方冬季用煤炭取暖的居民危害最大的就是一氧化碳中毒，因?yàn)樵摎怏w易在不能充分燃燒的條件下產(chǎn)生。設(shè)計(jì)出能檢測到CO氣體并能報(bào)警的電路是十分必要的，在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，電路的設(shè)計(jì)還要考慮到傳感器部分要具有良好的溫度、濕度穩(wěn)定性。
第二節(jié) 電路設(shè)計(jì)所需的主要元器件的選用
一、UL281的選用
基于實(shí)際的需要，針對(duì)一氧化碳要選用對(duì)于一氧化碳?xì)怏w具有較高的靈敏度的氣敏元件，通過查閱資料選出UL281作為探頭。
一氧化碳檢測保護(hù)儀，其特征在于采樣傳感器為UL281半導(dǎo)體探頭，作為采樣傳感器，并配置探頭預(yù)熱工作轉(zhuǎn)換電路，解決了傳感器在不同條件下其特征變化大的問題，并保證了探頭工作在最佳狀態(tài)。其探測極（2、3）端接9伏直流電源，（5、6）端輸出接放大電路，其燈絲極（1、4）端之間接有探頭預(yù)熱工作轉(zhuǎn)換電路。
表UL281參數(shù)
項(xiàng)目
測量范圍
靈敏度
加熱電壓
加熱電流
測量電壓
工作溫度
相對(duì)濕度
響應(yīng)時(shí)間
單位
10-6
R0/RX
V
mA
V
°C
%RH
S
型號(hào)UL281
0~300
大于5
5±0.5
160~180
15±1.5
-10~50
不大于95
60
注：R0為在空氣中的阻值，RX為在2*10-4酒精濃度時(shí)的阻值
它的靈敏度曲線如圖所示，其響應(yīng)曲線如圖所示。
二、555單穩(wěn)延時(shí)電路的選用
由于在工藝上氣體敏感膜加熱器與溫度測量探頭集成在同一塊硅片上，從而制成集成化元件。當(dāng)元件檢測到氣體時(shí)，電阻降低。半導(dǎo)體元件，大多數(shù)在通電初期，阻值暫時(shí)變高而產(chǎn)生高輸出。這是由于在沒有通電時(shí)，元件吸著水蒸汽的緣故。一旦通電，元件初始阻值隨溫度上升而變低，隨著溫度的再次升高，由于水蒸汽的解吸而阻值增加，產(chǎn)生一種過渡現(xiàn)象。這樣對(duì)于電路會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警，為了防止誤報(bào)警現(xiàn)象的產(chǎn)生，在電路內(nèi)部需要裝入延遲電路。因此在此次CO探測報(bào)警電路的設(shè)計(jì)中，采用555時(shí)基集成電路組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。
在實(shí)際應(yīng)用中，555除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。本設(shè)計(jì)中所需要的是單穩(wěn)電路，其電路及參數(shù)如下：
單穩(wěn)類電路
單穩(wěn)工作方式，它可分為3種。見圖示。
第1種（圖1）是人工啟動(dòng)單穩(wěn)，又因?yàn)槎〞r(shí)電阻定時(shí)電容位置不同而分為2個(gè)不同的單元，并分別以1.1.1 和1.1.2為代號(hào)。他們的輸入端的形式，也就是電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。
第2種（圖2）是脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)，也可以分為2個(gè)不同的單元。他們的輸入特點(diǎn)都是“RT-7.6-CT”，都是從2端輸入。1.2.1電路的2端不帶任何元件，具有最簡單的形式；1.2.2電路則帶有一個(gè)RC微分電路。
第3種（圖3）是壓控振蕩器。單穩(wěn)型壓控振蕩器電路有很多，都比較復(fù)雜。為簡單起見，我們只把它分為2個(gè)不同單元。不帶任何輔助器件的電路為1.3.1；使用晶體管、運(yùn)放放大器等輔助器件的電路為1.3.2。圖中列出了2個(gè)常用電路。
根據(jù)電路的需要，采用1.2.1所示的脈沖啟動(dòng)單穩(wěn)，其具有最簡單的形式又能實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。
三、 電路中三極管的選用2SC2001和2SC945結(jié)構(gòu)及參數(shù)
本電路設(shè)計(jì)采用了三極管2SC2001其結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下 ：
Description
Transistor. General purpose applications high total power disipation
Pol
NPN
Ic(max)
0.7A
Pc(max)
0.6W
Vceo(max)
25V
hfe(min.-max.)
90~400
Pins/Package
3P/TO-92
Application
LF A
2SC945結(jié)構(gòu)及參數(shù)
NPN三極管 （與2SA733互補(bǔ)）
作為低噪聲前置放大，應(yīng)用于:彩電、收錄機(jī)、遙控玩具等電子產(chǎn)品。
1、發(fā)射極 E
2、集電極 C
3、 基
極 B
極限值（TA=25℃）
集電極、基極擊穿電壓
VCBO
60
集電極、發(fā)射極擊穿電壓
VCEO
40
發(fā)射極、基極擊穿電壓
VEBO
6
集電極電流
IC
200
集電極功率
PC
625
結(jié)溫
TJ
150
貯存溫
TSTG
-55-150
四、LM324的選用
電路設(shè)計(jì)中所采用的運(yùn)算放大器IC1~IC4 在制作時(shí)用一塊集成運(yùn)算放大器LM324即可實(shí)現(xiàn)其功能。其內(nèi)部具有四個(gè)相同的運(yùn)放，其結(jié)構(gòu)及主要功能參數(shù)如下：
LM324MX 結(jié)構(gòu)圖及主要參數(shù)
Description
Low Power Quad Operational Amplifiers
Pins/Package
14P/DIP
第三節(jié) 電路整體設(shè)計(jì)框圖及整體電路圖
一、電路設(shè)計(jì)框圖：
穩(wěn)定電源供電電路
探測電路（熱清洗電路）
電壓輸出電路（報(bào)警電路）
二、整體設(shè)計(jì)電路圖：
轉(zhuǎn)貼于
第四節(jié) 電路分析
一、 單穩(wěn)延時(shí)電路的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)單穩(wěn)延時(shí)電路的原因是因?yàn)楫?dāng)元件檢測到氣體時(shí)，電阻降低。半導(dǎo)體元件，大多數(shù)在通電初期，阻值暫時(shí)變高而產(chǎn)生高輸出。這是由于在沒有通電時(shí)，元件吸著水蒸汽的緣故。一旦通電，元件初始阻值隨溫度上升而變低，隨著溫度的再次升高，由于水蒸汽的解吸而阻值增加，產(chǎn)生一種過渡現(xiàn)象。這樣對(duì)于電路會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警，為了防止誤報(bào)警現(xiàn)象的產(chǎn)生，在電路內(nèi)部需要裝入延遲電路。
采用555時(shí)基集成電路，它組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，接通電源后大約經(jīng)過165s，555的輸出端3腳輸出高電平，使VT2 、VT5 導(dǎo)通。LED3 與R24 組成電源顯示電路，當(dāng)電路工作時(shí)，發(fā)光二極管LED3 發(fā)出綠光，顯示電路電源供電正常。
二、穩(wěn)壓電路
設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的原因是因?yàn)閁L281工作時(shí)需要對(duì)其加熱絲進(jìn)行加熱，其加熱電源要求穩(wěn)定，故采用穩(wěn)壓電路對(duì)其供電。
穩(wěn)壓電路由IC1， VT1 和R1-R4組成。IC1同相輸入端上的電壓為U+ =15/（47+15）=2.9V，IC1為一同相放大器，輸出電壓約為6V左右。因此，晶體管VT1導(dǎo)通，加在傳感器加熱絲與地之間的電壓約為11V。，如果空氣是清新的，通過氣敏元件的電流仍很?。ㄆ潆娮韬艽螅?。
三、加熱電路
由于UL281工作時(shí)需對(duì)其加熱絲進(jìn)行加熱，所以設(shè)計(jì)由VT2組成初始加熱清洗電路，VT2 導(dǎo)通后，將R6、R7短路，A點(diǎn)流經(jīng)傳感器加熱絲的電流增大，對(duì)其附表面進(jìn)行加熱清洗，VT5組成初始清洗指示電路，VT5導(dǎo)通后，LED2（黃）發(fā)光。
如圖3
四、電壓放大電路、報(bào)警電路
IC2組成電壓放大器，其正輸入端輸入基準(zhǔn)電壓6V，當(dāng)空氣清潔時(shí)，氣敏元件的電阻很大，IC2的放大倍數(shù)接近1，當(dāng)一氧化碳濃度增加時(shí)，氣敏元件阻值下降，IC2的放大倍數(shù)增加，輸出電壓亦增加，調(diào)整電位器RP1（10K）可改變放大倍數(shù)。
IC3 為電壓比較器，它和晶體管VT3組成報(bào)警電路，調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)報(bào)警濃度設(shè)定值，當(dāng)CO濃度超過設(shè)定值時(shí)，IC3 輸出高電平，VT3 導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。
（如圖4，電壓放大電路）
（如圖5，報(bào)警電路）
五、元件損壞指示電路
傳感器氣敏元件損壞時(shí)，會(huì)對(duì)探測電路的測量結(jié)果造成嚴(yán)重的影響，因此有必要設(shè)置一種指示氣敏元件是否正常工作的指示電路，如下圖所示。IC4、VT4、組成氣敏元件損壞指示電路，IC4接成比較器，其輸入端的電位約為4.3V。氣體元件正常工作時(shí)，R6、R7的壓降大于4.3V，IC4輸出為負(fù)，VT4截止，LED1（紅）不亮，當(dāng)傳感器加熱絲被燒斷時(shí)，R6、R7懸空，其壓降為0，IC4輸出為高電平，VT4導(dǎo)通，LED1亮，紅燈顯示元件已損壞。
（如圖6）
六、電路調(diào)試
（1）將電源接通經(jīng)過熱清洗后將傳感器放置在清潔空氣中，由于敏感元件的電阻很大，IC2 放大倍數(shù)近似于1。因此用電壓表測量H點(diǎn)、L點(diǎn)之間的電壓應(yīng)很小，否則電路或傳感器接線有故障。
（2） 調(diào)節(jié)電位器RP2，使IC3的負(fù)輸入端的電壓為2.90V
（3） 將傳感器放大裝有300ppm氣樣的密封塑料袋內(nèi)，調(diào)節(jié)RP1，使IC2的輸出為3.00V。此時(shí)電壓比較器IC3正輸入大于負(fù)輸入，其輸出正飽和而使VT3導(dǎo)通報(bào)警。
第三章 電路設(shè)計(jì)總結(jié)
一、優(yōu)點(diǎn)總結(jié)
通過實(shí)際生活的需要而設(shè)計(jì)的CO檢測報(bào)警電路，此電路設(shè)計(jì)體現(xiàn)了該電路具有的優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)如下：
第一、首先針對(duì)需要被檢測的有毒氣體CO，選用什么樣的氣敏元件至關(guān)重要。要選擇對(duì)一氧化碳有極高的靈敏度，這樣才能使檢測更準(zhǔn)確，對(duì)一氧化碳有無以及濃度大小作出靈敏判斷，并且要求濕度、溫度穩(wěn)定性好，以適應(yīng)生產(chǎn)生活環(huán)境中濕度和溫度的變化。通過查閱資料找到針對(duì)一氧化碳CO靈敏度極高的是氣敏元件UL281。這樣關(guān)鍵器件的選用問題解決了。
第二、選出的UL281對(duì)CO具有極高的靈敏度，但它不是孤立存在的，還要設(shè)計(jì)出與其相匹配的電路及探測報(bào)警電路。根據(jù)UL281的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)設(shè)計(jì)電路，既保證了UL281要求電源供電穩(wěn)定，又保證了UL281的加熱絲加熱的要求。此電路還可通過滑動(dòng)變阻器RP1 調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。出于對(duì)報(bào)警安全嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目紤]，還設(shè)計(jì)了氣敏元件損壞指示電路，為了防止因元件損壞無法檢測而造成無法報(bào)警，因此設(shè)計(jì)了氣敏元件損壞指示電路。
二、 有待改進(jìn)的地方總結(jié)
即使該電路的設(shè)計(jì)具有解決問題的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，但任何一項(xiàng)電路設(shè)計(jì)都不可能是完美的、沒有缺憾的，因此我根據(jù)實(shí)際生活需求概括出此電路在實(shí)際應(yīng)用中有待改進(jìn)的地方如下：該電路設(shè)計(jì)只是根據(jù)實(shí)際的問題需要設(shè)計(jì)的探測報(bào)警電路原理圖，如果把理論應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中還要考慮產(chǎn)品如何才能更方便的使用。我想到的就是電源供電的問題。該設(shè)計(jì)用的是直流12V電源，不方便日常生活使用，在產(chǎn)品制作工藝上，電源部分設(shè)計(jì)成交流電源（生活用電），通過橋式整流等電路轉(zhuǎn)換成直流電，作為電源供電，我想這樣會(huì)更有益于日常生活推廣使用。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：音頻功率放大器，輸出功率，信噪比，頻響，性價(jià)比
引 言
現(xiàn)在大多數(shù)廠商生產(chǎn)的功率放大器能夠同時(shí)進(jìn)行音頻信號(hào)與視頻信號(hào)的放大，即所謂的AV功率放大器（Audio And Video),也有很多都已經(jīng)兼容話筒放大。純音頻功率放大器往往已經(jīng)成為追求HIFI高品質(zhì)音頻以及DIY愛好者的專屬。當(dāng)前市場音頻功率放大器的前、后級(jí)以及電源、分頻器的電路也比較成熟與固定，但往往由于成本與市場因素，在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常存在整套系統(tǒng)中某個(gè)部分的檔次與其他的部件嚴(yán)重不搭的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致其他較好部件的性能難以正常發(fā)揮進(jìn)而影響整體音效。并且市售成品音頻功率放大器往往價(jià)格昂貴，許多離我們的消費(fèi)水平還有相當(dāng)?shù)木嚯x。
上表列處的還僅僅是價(jià)格較為合理的功率放大器，更有萬元以上的許多型號(hào)此處不一一列舉。眾所周知，性價(jià)比往往是隨著價(jià)格的升高而降低的。
由此我們想到設(shè)計(jì)制作一款各部件搭配平衡，性能良好的高性價(jià)比功率放大器。在保證功率輸出以及高信噪比的前提下，將價(jià)格降為最低。
一．儀器結(jié)構(gòu)及工作原理介紹
1.1儀器結(jié)構(gòu)
儀器各部分結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示
1.2工作原理
由額定功率200W的環(huán)形變壓器向芯片供應(yīng)雙20V的交流電，整流濾波之后得到紋波20mv左右的±28V直流電，供電每聲道一個(gè)的TDA7294芯片，電路采用高通濾波電路，如圖3。為了得到更好的低頻延展性，我們將C1的470nf改為10uf
許多功率放大器電路在輸出端都設(shè)有為平衡感性負(fù)載而設(shè)置的茹貝爾網(wǎng)絡(luò)，并串有用以平衡容性負(fù)載的電感。這兩個(gè)部分能夠很好的抑制集成放大器高頻振蕩，并對(duì)放大器起穩(wěn)定作用。我們?cè)谥谱麟娐窌r(shí)并未接入上述兩電路，而是直接將輸出接入音響負(fù)載。可惜的是此電路的確出現(xiàn)了輕微的寄生振蕩。振蕩出現(xiàn)于正弦波負(fù)半剛過波谷的部分，且僅延伸不到四分之一周期。輸出信號(hào)超過1V的峰峰值時(shí)振蕩出現(xiàn)，輸出信號(hào)小于1V時(shí)無振蕩，無信號(hào)輸入時(shí)也無振蕩。振蕩頻率極高，示波器無法測出其頻率。我們?cè)?jīng)嘗試接入茹貝爾網(wǎng)絡(luò)消除振蕩，但是也許是因?yàn)樽琛⑷葜颠x取不對(duì)（1歐姆，0.1uf/1歐姆，0.01uf），接入后反而產(chǎn)生了更加嚴(yán)重的高頻自激振蕩，并且延伸到整個(gè)波形，且在無信號(hào)輸入時(shí)也出現(xiàn)振蕩，并且芯片急速發(fā)熱。由于測試高頻振蕩具有一定危險(xiǎn)性（易燒毀芯片），寄生振蕩頻率極高，遠(yuǎn)超出音頻范圍，且此處輸出直接接負(fù)載長時(shí)間工作芯片并未出現(xiàn)過度發(fā)熱，我們便未接入任何防振蕩電路（一般認(rèn)為任何防振蕩電路對(duì)音質(zhì)都是有害的，而且平衡容性負(fù)載的電感能夠感應(yīng)出噪聲電壓）。
二．同類商品現(xiàn)有水平及本品優(yōu)勢
2.1同類商品現(xiàn)狀
放大器方面國內(nèi)外的音頻功率放大器設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，多數(shù)放大器能夠達(dá)到較高的功率和較高的信噪比以及其他各方面的音頻性能，但是大多價(jià)格不菲，如：馬蘭士PM7003，2.0聲道500MV輸入的信噪比為88dB，輸出功率70W×2(8Ω負(fù)載);100W×2(4Ω負(fù)載)，價(jià)格4150元;天龍PMA-700AE，2.0聲道輸出，2*100W，失真度0.01%(1kHz, 8Ω)，信噪比107dB，價(jià)格2650等等。
現(xiàn)在大多數(shù)廠商生產(chǎn)的功率放大器都是能夠兼顧音頻信號(hào)與視頻信號(hào)的放大，既所謂的AV功率放大器（Audio And Video),也有很多都已經(jīng)兼容話筒放大。純音頻功率放大器往往已經(jīng)成為追求HIFI高品質(zhì)音頻以及DIY愛好者的專屬。當(dāng)前市場音頻功率放大器的前、后級(jí)以及電源、分頻器的電路也比較成熟與固定，但往往因成本與市場因素，在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常有整套系統(tǒng)中某個(gè)部分的檔次與其他的部件嚴(yán)重不搭的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致其他較好部件的性能難以正常發(fā)揮進(jìn)而導(dǎo)致整體音效的下滑。目前國內(nèi)漫步者音箱的集成功率放大器做工精良，布線合理，用料實(shí)在，并占據(jù)了國內(nèi)不小的音響集成放大器的市場份額。輕騎兵等一些國產(chǎn)品牌的功率放大器也能夠具有較好的性能。但是整體來說，國內(nèi)品牌生產(chǎn)的放大器多占據(jù)低端市場，而國外品牌如馬蘭士等則基本霸占高端市場。但許多高端機(jī)的價(jià)值往往更多存在于其品牌之中，雖然其內(nèi)部構(gòu)造以及設(shè)計(jì)不乏獨(dú)特之處，但是多數(shù)是模具精細(xì)度和各種“品牌零件”的優(yōu)勢。故許多國產(chǎn)獨(dú)立或集成功率放大器有極大的改進(jìn)空間，國外功率放大器的性能并不是不能被抗衡甚至是超越。
2.2本品優(yōu)勢及創(chuàng)新點(diǎn)
2.21、經(jīng)精心對(duì)比，我們選用了一般只用在超低音音箱放大器中的TDA7294芯片，表2為幾款主流芯片對(duì)比。
2.22、放大電路采用堆錫搭棚焊接，無批量生產(chǎn)條件下方便個(gè)人制作，且較普通印刷電路有更低的地線電阻，且無地線環(huán)路，有效的降低噪音。
2.23、無前級(jí)設(shè)計(jì)。節(jié)省資金，使放大器結(jié)構(gòu)更加簡潔，且對(duì)整體效果無不良影響。
2.24、整體成本只有200元左右，具體成本見表3
三．主要技術(shù)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)測試
3.1信噪比
放大器整體信噪比超過80dB（非A計(jì)權(quán)），總諧波失真≤0.1%，頻響在15―100KHz（-3dB/-1dB）。
圖4為本品電源聲與紋波干擾同市售漫步者R1600T08集成功率放大器的對(duì)比，（由于此信號(hào)采集由聲卡完成，故只能采集輸出有效值為500mv左右的信號(hào)，再大的信號(hào)會(huì)使聲卡本身產(chǎn)生嚴(yán)重的失真，使測量結(jié)果不準(zhǔn)。）此處值得一提的是，信噪比方面，當(dāng)左右聲道輸入均接地時(shí)，接6歐姆2分頻音箱（R1600T08副箱），只有在接近高音單元2cm左右的地方才能隱約聽見輕微的沙沙噪音，低音單元完全安靜，靈敏電壓表測試噪音輸出為1mv-10mv而市售漫步者R1600T08在距離音箱1米左右都能聽到低音單元發(fā)出的嗡嗡聲，高音單元稍微靠近也會(huì)出現(xiàn)更大的沙沙聲，反映到數(shù)據(jù)方面便是圖5。（Y軸每隔6dB，X軸為頻率，對(duì)數(shù)形式）
圖5為頻響測試。輸入輸出均使用對(duì)頻率不敏感的靈敏電壓表進(jìn)行監(jiān)測。R1600T08的低頻衰減3分貝處只有80Hz。需要說明的是，頻響測試方面86年制定的音頻功率放大器測試方法的基本原理國標(biāo)GB-T 6800-1986中對(duì)頻響測試的要求是用“負(fù)載電阻”進(jìn)行測試，但是實(shí)際的音箱負(fù)載并不是純電阻負(fù)載，有容性負(fù)載和感性負(fù)載，亦或可以將負(fù)載等效為電阻、電容、電感的并聯(lián)，我們認(rèn)為用純電阻進(jìn)行測試并不能更客觀地體現(xiàn)功率放大器的性能，于是我們適用的是漫步者R1600T08 6歐姆的副箱進(jìn)行測試。（實(shí)際上用音箱負(fù)載和純電阻負(fù)載測試幾乎沒有區(qū)別）
3.2整體額定工作功率
整體額定工作功率能夠達(dá)到2*50W，峰值功率更高。（此處信噪比、總諧波失真、額定功率三項(xiàng)指標(biāo)由于缺乏Audio Precision專門儀器對(duì)諧波失真的測量，非實(shí)驗(yàn)室實(shí)測，均有芯片出廠說明書換算得到。）
3.3主觀音質(zhì)評(píng)價(jià)
有關(guān)音質(zhì)主觀評(píng)價(jià)方面我們并不想進(jìn)行過多的說明。正如英國音頻功率放大器設(shè)計(jì)專家所說：“沒有人去用主觀感受造炮彈和火箭，這也是音頻放大器領(lǐng)域被其他電子行業(yè)所嘲笑的原因?！敝饔^評(píng)價(jià)會(huì)受“實(shí)驗(yàn)者期望效應(yīng)”等太多的心理因素的影響，不如實(shí)驗(yàn)儀器測試具可信度。不過本品放大器實(shí)際聽音效果還是很好的。
四、結(jié) 論
本品經(jīng)過細(xì)心的選材、制作與調(diào)試，將各部分原件的性能發(fā)揮到最大。性價(jià)比極高，經(jīng)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整后很合適集成于普通多媒體音箱，或者做成家用獨(dú)立功率放大器。
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關(guān)鍵詞：集抄系統(tǒng)；在線監(jiān)測；大用戶；電能計(jì)量裝置；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類號(hào)：TM933 文章編號(hào)：1009-2374（2016）34-0038-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.019
當(dāng)前我國電力系統(tǒng)的工作人員依舊是采用人工現(xiàn)場抄表的方式統(tǒng)計(jì)和分析電能量數(shù)據(jù)，工作效率低，人員配置多，人為錯(cuò)誤發(fā)生率高。電能計(jì)量裝置在線檢測技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用改善了這一不利局面。其可以防范竊電、實(shí)施狀態(tài)檢修，為電量的錯(cuò)誤計(jì)算和追收提供了證據(jù)，提高了計(jì)量裝置的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性。以較少的物力人力來管理更多的用戶，是電力企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是現(xiàn)代用電管理的發(fā)展方向。
1 電能計(jì)量裝置的常見問題
根據(jù)國家的《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》，電能計(jì)量裝置包括各種二次回路、計(jì)量用電壓、電能表、電能計(jì)量柜及電流互感器等。參照現(xiàn)場運(yùn)維的過往經(jīng)驗(yàn)，電能計(jì)量裝置故障一般集中在電流互感器及其相二次回路、電壓互感器、電能表等方面。而且無論故障的形式如何，在數(shù)據(jù)的分析處理上都會(huì)體現(xiàn)為一次、二次側(cè)功率、電流和電壓因素等參數(shù)發(fā)生異常變化。綜合現(xiàn)場工作的經(jīng)驗(yàn)，大致可以把電能計(jì)量故障類型分為以下三種：（1）電流互感器異常，包括電流互感器二次回路、二次開路超差、短路等；（2）電壓互感器異常，電壓互感器發(fā)生超差、二次側(cè)斷相、一次側(cè)熔絲熔斷。二次回路異常，二次回路出現(xiàn)連接出錯(cuò)，表現(xiàn)為功率因素異常、電流異常、電壓異常等現(xiàn)象；（3）電能表異常。根據(jù)對(duì)集抄系統(tǒng)大用戶電能表的統(tǒng)計(jì)，一般常見的事故現(xiàn)象有正向無功、反向有功、反向無功、正向有功倒走或不走，總電量與峰谷平電量不匹配，電能表計(jì)量超差，電能表計(jì)時(shí)超差，電能表計(jì)費(fèi)時(shí)段錯(cuò)誤，電能表顯示異常，電能表斷相、失流、失壓、逆相序等。
2 電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測的特點(diǎn)
集抄系統(tǒng)大用戶的電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)運(yùn)行主要是通過采集多維度計(jì)量裝置及用電信息采集系統(tǒng)來完成，通過主站軟件進(jìn)行分析、處理、計(jì)算后，采用圖表形式反映出來的一套系統(tǒng)體系。該系統(tǒng)能對(duì)計(jì)量裝置的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，計(jì)量裝置運(yùn)行出現(xiàn)異常能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，使計(jì)量裝置故障持續(xù)時(shí)間得到有效降低，彌補(bǔ)了在傳統(tǒng)計(jì)量裝置運(yùn)行管理中存在的不足，提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的最大化。
電能計(jì)量裝置智能診斷系統(tǒng)與在線監(jiān)測可以實(shí)現(xiàn)采集設(shè)備故障分析、計(jì)量裝置的異常分析、各類事件的在線監(jiān)測和分析、異常流程處理、用電異常分析等功能，還可以為采集設(shè)備和計(jì)量設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)論證。通過對(duì)用電信息采集系統(tǒng)，電能計(jì)量裝置可對(duì)多個(gè)電量參數(shù)進(jìn)行檢測，對(duì)電能表的接線錯(cuò)誤、失流、失壓、斷相、超差等二次回路故障能夠及時(shí)報(bào)警，有利于縮短故障處理時(shí)間。電能計(jì)量裝置在線檢測系統(tǒng)主要有以下四個(gè)特點(diǎn)：
2.1 豐富的異常指標(biāo)專家?guī)?/p>
計(jì)量裝置的異常指標(biāo)專家?guī)熘饕▽?duì)采集裝置異常、用電異常和計(jì)量裝置異常的判斷標(biāo)準(zhǔn)和定義，還可以看情況根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行完善和增補(bǔ)。異常指標(biāo)專家?guī)斓慕⒑徒∪梢灾悄芊治龊驮\斷各種計(jì)量裝置運(yùn)行的異常，為計(jì)量裝置在線監(jiān)測提供了有效的監(jiān)控手段及數(shù)據(jù)支撐。
2.2 采集并發(fā)送用戶用電情況
將用戶的用電情況通過信息采集終端進(jìn)行采集并發(fā)送至主站。主站的監(jiān)控人員從網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)屏幕傳回的畫面報(bào)警或分析，提取用戶用電信息，與該用戶歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，判斷該用戶的電能計(jì)量裝置是否正常運(yùn)行。
2.3 可連續(xù)監(jiān)測
電能計(jì)量裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)可對(duì)計(jì)量裝置運(yùn)行狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測和分析，對(duì)計(jì)量異常能及時(shí)返現(xiàn)，降低了電量丟失的可能性。通過電量的采集，自動(dòng)對(duì)線損進(jìn)行計(jì)算，使主、配網(wǎng)線損壞管理更為快捷、便利。
2.4 分析判斷異常
電能計(jì)量裝置的異常智能診斷分析包括采集裝置異常分析、用電異常分析、異常白名單管理、電能異常分析等功能，可以通過采集系統(tǒng)采集的電能、電量、負(fù)荷示值和設(shè)備類型、事件、參數(shù)值、檔案等數(shù)據(jù)，利用異常分析專家?guī)熘械姆治瞿Ｐ?，?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分類，快速判斷出現(xiàn)故障或異常的原因。
3 大用戶集抄系統(tǒng)的在線檢測方法
電能計(jì)量裝置是由很多種高精度設(shè)備搭配組成，要想對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，難度系數(shù)很大。并且因?yàn)槿藛T故障分析能力、采集終端質(zhì)量以及電力系統(tǒng)復(fù)雜性等因素的制約，加上終端具有預(yù)警性，一旦出現(xiàn)異常，就會(huì)向主站發(fā)出警報(bào)，這無疑降低了故障處理效率，增加了故障處理難度，要想快速做出判斷，必須運(yùn)用更科學(xué)的方法進(jìn)行分析。在分析采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的過程中可以得出結(jié)論，目前，系統(tǒng)平臺(tái)的分析重點(diǎn)和采集上來的數(shù)據(jù)種類還停留在采集數(shù)據(jù)是否完整、終端設(shè)備是否在線的層面上，并未深層地發(fā)掘其下的各類計(jì)量裝置監(jiān)控的運(yùn)用、數(shù)據(jù)的利用以及用戶的用電特性監(jiān)測方面的能力，對(duì)計(jì)量裝置的運(yùn)行狀態(tài)尚不能自主監(jiān)測。建立在目前可采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為提升集抄系統(tǒng)在線監(jiān)測的能力，以下對(duì)在線檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析：
3.1 計(jì)量裝置的超差分析
計(jì)量裝置超差現(xiàn)象主要表現(xiàn)為互感器和電能表的超差誤差。以往檢測超差結(jié)果都是利用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，當(dāng)現(xiàn)場處于缺少標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的情況時(shí)，遠(yuǎn)程檢測不可能對(duì)超差結(jié)果進(jìn)行十分精確的測量，但是可以利用一些簡單檢測方式進(jìn)行粗略估算，這在一定程度上也能對(duì)超差進(jìn)行及早發(fā)現(xiàn)，盡量避免出現(xiàn)計(jì)量的重大誤差。
例如如果用戶自行安裝了主、副電能表的計(jì)量點(diǎn)，對(duì)兩塊電表測出的電量進(jìn)行比較分析可以得到數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)規(guī)章的規(guī)定，一般電能表準(zhǔn)確度等級(jí)不應(yīng)相差1.3～1.5倍。對(duì)于電壓互感器、電流可通過對(duì)一次側(cè)電流、電壓來分析監(jiān)測情況，再對(duì)一次、二次電壓電流的比值進(jìn)行分析，可以大致預(yù)估出結(jié)果。
3.2 防竊電分析
作為一種通信方式來說，采集系統(tǒng)是安全可靠的。其在反竊電工作中可以發(fā)揮極為重要的作用，搜集用戶竊電的信息及證據(jù)，并將內(nèi)容及時(shí)發(fā)給主站。
立足于大用戶計(jì)量裝置的角度來看，竊電方式總結(jié)起來可以概括為兩種：（1）改變流經(jīng)電能表的電流、電壓值；（2）對(duì)電能計(jì)量裝置進(jìn)行破壞，使其喪失準(zhǔn)確性。通過比對(duì)分析采集平臺(tái)搜集的用戶負(fù)荷異常曲線以及分析失流、失壓的異常對(duì)電流和電壓造成的影響，已經(jīng)可以掌握其竊電依據(jù)。但根據(jù)目前已經(jīng)發(fā)生竊電案例來看，對(duì)于反竊電工作，采集系統(tǒng)基本是被動(dòng)的，即當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)竊電后，再到系統(tǒng)中找尋證據(jù)，這距離實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式的反竊電監(jiān)控的目標(biāo)還有較大差距。
本文通過分析提出兩種方法：（1）對(duì)負(fù)荷曲線開展主動(dòng)監(jiān)控。用戶出現(xiàn)竊電行為，其現(xiàn)場負(fù)荷往往會(huì)在竊電狀態(tài)和正常用電狀態(tài)之間來回切換。集抄系統(tǒng)平臺(tái)可對(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行繪制，使系統(tǒng)可以主動(dòng)分析負(fù)荷曲線，如果負(fù)荷曲線出現(xiàn)突減或突增異常且長期運(yùn)行的最小與最大負(fù)荷之間的差距超過50%，則該用戶很可能出現(xiàn)竊電行為，應(yīng)納為重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象范圍；（2）防范有竊電前科的用戶再次作案。可利用經(jīng)傳感器啟動(dòng)的攝像頭或紅外熱像儀器，對(duì)已有過竊電前科的用戶進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，終端可將警報(bào)及現(xiàn)場設(shè)備采集的各類圖像發(fā)送到主站，主站再對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。
3.3 功率因素分析
從電能表功能的定義來看，電能表內(nèi)部會(huì)對(duì)每日的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行凍結(jié)。在電能表的監(jiān)測工作中，并沒有深入研究探索電能表的存儲(chǔ)功能，而對(duì)于多功能電能表而言，其表內(nèi)存儲(chǔ)的月末電量及符合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性將有可能對(duì)電費(fèi)出賬、線損管理等工作產(chǎn)生直接影響。在正常的用電情況下，普通用戶的功率因數(shù)一般在0.9以上。用戶的用電特性中如果帶有感性或容性特征，功率因數(shù)根據(jù)相應(yīng)的情況發(fā)生相應(yīng)的變化。遠(yuǎn)程管理終端通過從計(jì)量裝置處采集的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以對(duì)相應(yīng)的功率因數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從一定程度上可以反映出用戶的用電特性，為判斷用戶用電是否出現(xiàn)異常提供依據(jù)。
4 對(duì)電能計(jì)量裝置在線檢測的建議
根據(jù)當(dāng)前的基本國情，一次性建立完善的電力檢測系統(tǒng)的條件尚不充分，還有很多地方需要改進(jìn)，主要為三個(gè)方面：（1）提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功能；（2）研究開發(fā)監(jiān)測手段；（3）提高管理水平。
4.1 提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功能
從客觀角度出發(fā)，用電采集系統(tǒng)目前利用數(shù)據(jù)的程度不高。對(duì)于大量的報(bào)警信息，分析人員往往只能被動(dòng)甄別，確認(rèn)后再進(jìn)行查詢。要想對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)分析能力進(jìn)行提升，首先系統(tǒng)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、歸類，這樣分析人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有類別、有主次的排查，很大程度上可以使監(jiān)測能力和工作效率得到提高。
4.2 研發(fā)新型監(jiān)測手段
目前，國內(nèi)許多電力公司都有自己對(duì)于現(xiàn)場監(jiān)測的方法與管理技巧，對(duì)于同一監(jiān)測內(nèi)容也存在不一樣的監(jiān)測方法。國內(nèi)各省市電力公司電能計(jì)量中心，可根據(jù)各自電網(wǎng)自身特點(diǎn)，從自身實(shí)際情況出發(fā)，具體問題具體分析，開發(fā)與自身情況相適應(yīng)的現(xiàn)場監(jiān)測手段。
4.3 完善現(xiàn)有類型終端功能
嚴(yán)格加強(qiáng)驗(yàn)收工作，做好消缺工作，提高在線率。這就是通常所說的“兩頭抓”，一是源頭，一是現(xiàn)場?？蓢L試與無線通信方面的專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合，嚴(yán)格對(duì)終端通信模塊的驗(yàn)收程序進(jìn)行把控，增加檢測手段，對(duì)不合格的終端產(chǎn)品不予出廠。
5 結(jié)語
電能計(jì)量裝置在線檢測系統(tǒng)通過對(duì)電流互感器、電壓表、電能表等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的故障判斷、自動(dòng)校檢、防竊電監(jiān)測、記錄分析等功能。有利于改善大用戶集抄系統(tǒng)的故障檢測困難、檢測手段單一、管理水平落后等問題，為電量追補(bǔ)提供依據(jù)，極大地提升了計(jì)量裝置的維護(hù)管理和監(jiān)測能力。
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關(guān)鍵詞：可控硅；觸發(fā)；電源
晶閘管（俗稱可控硅）是一種大功率的可控整流元件?？煽毓枵髋c普通二極管整流的最大區(qū)別是：經(jīng)可控硅整流后，輸出直流電壓的平均值的大小是可以控制的，即可控整流?？煽毓璧膽?yīng)用電路有：橋式半控整流電路、交流調(diào)壓電路、斬波調(diào)速電路、有源逆電電路等等。可控硅的類型有：快速型、單向型、雙向型、關(guān)斷型和逆導(dǎo)型等。各種具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)?？煽毓璞粡V泛應(yīng)用于可控整流、逆變、斬波、調(diào)壓及無觸點(diǎn)開關(guān)等大功率的電能轉(zhuǎn)換和自動(dòng)控制領(lǐng)域。特別是在直流調(diào)速系統(tǒng)中，廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司機(jī)修分廠購進(jìn)的10噸自調(diào)查式焊接滾輪架可控硅直流調(diào)速裝置就是應(yīng)用了這種技術(shù)，采用了可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)。我在廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司工作期間，維修過這臺(tái)設(shè)備。本文針對(duì)這臺(tái)設(shè)備的檢修，談?wù)剻z修過程和心得體會(huì)。
故障現(xiàn)象：根據(jù)設(shè)備使用者――焊工反映，在使用過程中，忽然聞到燒焦味，勵(lì)磁電機(jī)停轉(zhuǎn)，遙控、近控均失效，控制柜的控制面板上各個(gè)控制按鈕都不起作用，只是電源指示燈亮。焊工斷開電源刀閘，待修。
檢查過程和檢查結(jié)果：斷開控制柜的電源開關(guān)，打開控制柜的柜門，在現(xiàn)場用觀察法初步檢查控制主板，只見供給主板運(yùn)算放大器的電源變壓器TC2已燒焦，為了作進(jìn)一步的檢查和檢測，解除控制主板的外連接線，連同控制主板的散熱器一齊拆下，帶回檢測和維修。
回到檢修工作室，馬上用螺絲刀解開兩個(gè)晶閘管模塊的安裝螺栓，卸下控制主板，拆除兩個(gè)晶閘管模塊的共用散熱器，拆下運(yùn)算放大器的電源變壓器，委托廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司動(dòng)力分廠的電機(jī)維修組重繞；用萬用表×100歐姆檔，檢查二極管模塊，正向電阻為幾百歐姆，反向電阻接近∞，正反向電阻值均正常。用電池?zé)粲|發(fā)法，檢查兩只可控硅模塊，按照下圖接線。
連接好后，合上開關(guān)SA，小燈珠亮，斷開開關(guān)SA，小燈珠仍然亮著，說明這只可控硅沒問題，是好的；換接另一只，連接好后，合上開關(guān)SA，小燈珠不亮，說明此只可控硅已燒壞。再檢查觸發(fā)電路，發(fā)現(xiàn)V46（型號(hào)是3DG12B鋼盔頭型晶體管）和R39（色環(huán)為：棕、黑、棕、金，電阻值是100Ω）均已燒壞。
故障分析和檢修過程：為了先排除控制主板以外的故障，解開連接電機(jī)的電纜，電纜兩端均無任何連接后，用型號(hào)為ZC-500的500伏搖表，測量電纜各根線的絕緣和是否開路，檢測結(jié)果是各根線芯間的絕緣均為∞，各根線芯均無開路；接著用4只型號(hào)為ZP200-16的大功率硅二極管，用銅板連接，組成橋式整流電路檢查勵(lì)磁電機(jī)，經(jīng)通電試驗(yàn)，電機(jī)運(yùn)行正常。
這樣，故障的檢查和檢測就主要集中在控制主板上了。
用萬用表再詳細(xì)檢測控制主板上各個(gè)元件，已證實(shí)無其他元件損壞。更換各個(gè)已檢測損壞的元件：（1）V46改用塑封型8015管子代替；（2）R39換上一只等功率的100Ω電阻；（3）更換可控硅模塊；（4）運(yùn)算放大器電源變壓器已繞制好，安裝到主板上，并焊接好。
裝好控制主板，按照使用說明書接好各連接線后，合上刀閘QS和負(fù)荷開關(guān)QF，按下啟動(dòng)按鈕SB，控制面板上的電壓表無指示，調(diào)節(jié)控制面板上的電位器W，電機(jī)無任何反應(yīng)；觀察控制主板，只見控制主板上發(fā)光二極管V28和V29都已發(fā)亮，主回路的保險(xiǎn)絲已燒斷；V28亮則說明保護(hù)回路已過流動(dòng)作，而V29亮則是勵(lì)磁回路未能起作用，電機(jī)不能啟動(dòng)運(yùn)行。斷開電源，又連同散熱器拆下控制主板，帶回辦公室做再次檢測。
又用電池?zé)粲|發(fā)法檢測可控硅模塊，同樣的結(jié)果：燒壞了一只，再檢測其他元件，全部完好無損。是什么原因造成主回路的可控硅又燒壞一只呢？
作進(jìn)一步的分析：由于無法購買到新的可控硅模塊，只好購買回二手的可控硅模塊。為了先排除可控硅模塊本身是否存在問題，自行設(shè)計(jì)了一個(gè)試驗(yàn)可控硅模塊的耐壓電路，對(duì)可控硅模塊進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，用升壓變壓器慢慢將電壓升高，升高到800V時(shí)，電路中無任何不良反應(yīng)――擊穿或閃爍。說明可控硅模塊耐壓正常，無質(zhì)量問題。
試驗(yàn)可控硅模塊耐壓電路如下圖所示。
可控硅模塊耐壓試驗(yàn)電路
排除了可控硅模塊不存在缺陷后，查看電氣原理圖。根據(jù)該設(shè)備電氣原理圖可知，該項(xiàng)裝置的主回路采用了兩個(gè)模塊：模塊一，是兩只二極管VD1和VD2組成的模塊；模塊二，是兩只可控硅VK1和VK2組成的模塊。此兩個(gè)模塊構(gòu)成單相橋式半控整流電路，采用了壓敏電阻RV1和阻容電路（R26和C28組成）作為保護(hù)電路，由C29和R27構(gòu)成濾波電路，由V1和V2兩點(diǎn)采樣形成電壓負(fù)反饋，外連接就是直流電機(jī)了。
在主電路中已經(jīng)沒有任何元件可能會(huì)造成可控硅模塊損壞，那么只有可能是可控硅模塊觸發(fā)電源的電路造成。將重點(diǎn)放在觸發(fā)電源電路展開各個(gè)元器件進(jìn)行詳細(xì)檢測，用萬用表在觸發(fā)電源電路板上逐個(gè)元器件地毯式檢測，結(jié)果表明沒有其他元器件存在隱患。但確定故障就在觸發(fā)電源電路中，也許是某個(gè)元器件存在著隱性故障。首先是從大元器件開始排查，觸發(fā)電源變壓器TC1，為了斷開與電路中其他元器件的連接，將觸發(fā)電源變壓器TC1從觸發(fā)電源電路板中拆下，用指針式萬用表電阻測量各繞組，均有一定的阻值，不存在短路，但不能穩(wěn)定在一定的數(shù)值上，說明觸發(fā)電源變壓器TC1的本身內(nèi)部存在隱性缺陷。也許是初次級(jí)繞組間的絕緣不足，也許是繞組的匝間絕緣不好。改用搖表檢測絕緣，用ZC-500型500V搖表檢測繞組間的絕緣電阻，一組的絕緣電阻值是∞，另一組的絕緣電阻值幾乎是0。從這一檢測結(jié)果表明，可以斷定隱性故障就是觸發(fā)電源變壓器TC1所致。再根據(jù)廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司機(jī)修分廠使用環(huán)境的情況分析，可能是由于使用場所的環(huán)境潮濕，保養(yǎng)不善，使觸發(fā)電源變壓器受潮造成。
故障點(diǎn)已找到，如何去解決故障？解決方法提出了三個(gè)方案：（1）修復(fù)原來的觸發(fā)電源變壓器TC1；（2）重新制作一只與原來一樣的觸發(fā)電源變壓器；（3）購買一只與原來一樣的觸發(fā)電源變壓器。
方案分析：由于觸發(fā)電源變壓器購買非常困難，因?yàn)橐业诫妷褐迪嗤?、功率相同以及阻抗也相同的觸發(fā)電源變壓器是不可能的，要么訂制，但時(shí)間跨度比較長，因此排除方案（3）；自己制作觸發(fā)電源變壓器，由于公司的制作條件的制約，制作觸發(fā)電源變壓器的工藝難度較大，無法自己制作，故也排除方案（2）；決定嘗試修復(fù)原來的觸發(fā)電源變壓器，若無法修復(fù)的話，再采用方案（3），訂制觸發(fā)電源變壓器。
修復(fù)過程：將觸發(fā)電源變壓器TC1置于廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司動(dòng)力分廠電機(jī)維修組的蒸汽烘房內(nèi)，過了24小時(shí)左右，取出，立即又將觸發(fā)電源變壓器TC1浸沒于絕緣油漆中4～5小時(shí)，取出又置回蒸汽烘房內(nèi)，直至烘干絕緣油漆。烘干后，取回再用相同的搖表測量各組間的絕緣電阻，檢測結(jié)果是：各繞組間的絕緣電阻均為∞，用萬用表電阻檔測量各繞組的電阻，電阻值也穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。修復(fù)的效果顯著，達(dá)到預(yù)期的目的。
裝上觸發(fā)電源變壓器TC1，換上好的可控硅模塊，用燈泡代替電機(jī)，接在AM、BM接線柱上，在4、5、6接線孔按上100 kΩ電位器W，模擬試驗(yàn)。接通電源，調(diào)節(jié)電位器W，燈泡毫無反應(yīng)，說明電路還未能正常工作；用示波器檢測g1T和g2觸發(fā)脈沖輸出點(diǎn)，都沒有脈沖輸出；再檢測前一級(jí)，測量R36左端，沒有輪子波形；再檢測前一級(jí)，測量R24左端，也沒有輸出波形，說明運(yùn)算放大器未正常工作，運(yùn)算放大器全部是換了新的，確認(rèn)沒有損壞，那么影響運(yùn)算放大器不能工作的只有可能是電源問題了。
運(yùn)算放大器的型號(hào)是LM348N，塑封型雙列共十六腳，正、負(fù)12V雙電源供電。用數(shù)字萬用表測量P12的電壓，電壓值是+16.8V；用數(shù)字萬用表測量N12的電壓，電壓值是-13.7V，兩端的電壓值的絕對(duì)值相差竟高達(dá)3.1V。用數(shù)字萬用表測量交流側(cè)m對(duì)中性點(diǎn)的電壓，電壓值是13.6V；用數(shù)字萬用表測量交流側(cè)n對(duì)中性點(diǎn)的電壓，電壓值是11.7V。經(jīng)比較，原來在交流側(cè)已不平衡，并造成直流側(cè)的電壓相差較大。此變壓器是委托電機(jī)維修繞制，由于疏忽，未做次級(jí)電壓檢測就安裝到主板上，從而發(fā)現(xiàn)了新問題。
既然又檢測出運(yùn)算放大器工作雙電源不平衡，那么有什么方法改進(jìn)呢？改進(jìn)方案：采用穩(wěn)壓電源。
根據(jù)電氣原理電路圖可知，P12輸出端是由C30與R68組成濾波電路，由V41穩(wěn)壓輸出。同樣，N12輸出端是由C22與R69組成濾波電路，由V42穩(wěn)壓輸出。電容C22、C30均采用了25V-220μF的電解電容，電阻R68、R69均為100Ω。為改善輸出電源的平衡，進(jìn)行穩(wěn)壓電源改進(jìn)。拆除電阻R68、R69和V41、V42改用三端集成穩(wěn)壓電路帶散熱片的集成塊LM7812、LM7912，V41、V42改為25V-1000μF的電解電容。
改裝完畢后，通電測試，P12輸出的電壓值是+12V，N12輸出的電壓值是-11.9V，基本上趨于平衡，并得到可靠的穩(wěn)壓電源輸出。改裝后電路如下圖所示。
未改裝前的電路圖如下。
改裝檢測完畢，又用燈泡模擬通電試驗(yàn)，慢慢調(diào)節(jié)電位器W，模擬負(fù)載――燈泡由暗變亮，反調(diào)時(shí)，又由亮變暗，說明控制主板已經(jīng)能正常工作，故障排除，大功告成。
模擬試驗(yàn)結(jié)束后，將控制主板帶到現(xiàn)場，接好外部連接線和勵(lì)磁電機(jī)，通電試驗(yàn)，慢慢調(diào)節(jié)控制面板上的電位器W，電機(jī)啟動(dòng)，并隨電位器的調(diào)節(jié)控制了轉(zhuǎn)速，滾輪架開始工作，試通電結(jié)束，檢修成功。交付機(jī)修分廠的使用者。
檢修體會(huì)：通過這次對(duì)可控硅控制系統(tǒng)的全面維修，充分認(rèn)識(shí)和熟悉可控硅控制系統(tǒng)的電路組成，掌握了在可控硅控制區(qū)系統(tǒng)中可能引起故障的多種原因，特別是各種軟性故障，深深體會(huì)到軟性故障的隱蔽性。為以后的檢修工作積累和總結(jié)了寶貴的檢修經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)有關(guān)可控硅控制的控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)檢測和檢查觸發(fā)電路部分。另外，檢測和檢查運(yùn)算放大器的信號(hào)和電源部分，特別是要注意有可能存在軟性故障的元器件。當(dāng)我講授到維修電工的可控硅知識(shí)點(diǎn)時(shí)，作為案例講解給學(xué)生，收到較好的教學(xué)效果。
但是，如今的電氣控制技術(shù)發(fā)展神速，同時(shí)又不斷從國外引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備以及電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新立異，新產(chǎn)品層出不窮、日新月異。在新世紀(jì)、新知識(shí)爆炸時(shí)期，從事電氣教育工作的教師，應(yīng)牢固掌握本專業(yè)的科技知識(shí)以外，還應(yīng)拓寬知識(shí)面，不斷地學(xué)習(xí)和掌握各個(gè)相關(guān)專業(yè)的有關(guān)知識(shí)，譬如，從前年開始，我就深入對(duì)數(shù)控知識(shí)和數(shù)控設(shè)備的檢修進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣，才能適應(yīng)新時(shí)期的發(fā)展，才能適應(yīng)新技術(shù)、新設(shè)備、新知識(shí)的教學(xué)工作，在電氣教學(xué)工作中發(fā)揮更大的作用。
在撰寫本論文的過程中，受到論文指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)，查閱檢修過程的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，得到廣州昊天化學(xué)（集團(tuán)）有限公司老同事的熱心幫助及支持。對(duì)幫助和指導(dǎo)我的同事和朋友，謹(jǐn)此表示衷心的感謝。
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