多功能数显测试控制仪

　　1　测量原理、性能参数

　　1.1　测量原理

　　仪器能够对电压、电流及电阻(铂电阻)信号进行测量。电流信号通过采样电阻变成电压信号,电阻信号通过恒流源变换成电压信号,电压信号经过放大、滤波、整形并通过A/D转换变成数字量。对于温度输入,通过查固化在ROM中的分度表计算出实际的温度值;对于其他电压、电流量直接计算出实际的测量值,同时利用现场编程单元对测量值进行二维坐标内直线平移或旋转变换,根据传感器对应的实际测量量纲进行显示,系统框图如图1所示。

图1　系统框图

　　1.2　性能参数

　　(1)测量值采用4位8段数码显示;

　　(2)测量精度为0.5% FS; (3)可选择输入S、K、E、J、T五种热电偶、铂电阻(Pt100)、电压(mV)、电压(V)、4~20mA直流电流以及双路输入脉冲量(Hz); (4)可利用前面板5个功能键设定测量代码,并实现仪表现场编程功能; (5)可选择继电器输出控制或PWM输出; (6)可选择RS-232通讯; (7)适合宽电源电压/频率输入, 100 ~260V±10% /50~60Hz; (8)采用嵌入式安装方式; (9)外部尺寸:高79×宽159×深79mm; (10)质量:大约320g。

　　2　硬件设计

　　本多功能数显测试控制仪采用模块化设计思想,整个仪器由三大功能模块组成:

　　2.1　电源模块

　　2.1.1　电源模块结构及工作原理

　　如图2,电源模块采用开关电源,其核心芯片为TOP200,交流市电经整流滤波到A点为DC300V左右,U5产生PWM调制脉宽,在线圈1、2之间产生脉动电流,线圈6、7之间由耦合产生脉动电流,经D12整流产生直流输出,同时该输出由R19、R12分压控制光耦器件O1,线圈4、5之间经D9整流产生直流输出通过光耦器件加到U5的控制脚,该点电压的高低控制U5脉宽输出的占空比,线圈1、2间脉动电流的强弱跟随变化,从而控制线圈6、7间脉动电流的强弱,即控制了B点的输出电压,形成电压的闭环控制:

　　U_B↑→U_C↑→O₁导通电流增加→U_D↑→U₅占空比减小→U_B↓

　　U_B↓→U_C↓→O₁导通电流减小→U_D↓→U₅占空比增加→U_B↑

　　2.1.2　关键参数选择

　　R19、R12的正确选取决定了B点的输出电压,按一定比例选择7、8和9、10之间的线圈匝数,可分别输出理想的直流电压。D3、D12、D13整流管决定输出电压的带载能力,应选用肖特基二极管。Z1、D6的选择影响高频变压器的能量传递及变压器和电源模块U5的过压发热情况,因此Z1应选择高压瞬态抑制二极管,D6选择快恢复二极管。D9无特殊要求,选用普通的二极管即可,如:1N4148。