便携式电压、电流表校验仪的研制

　　1概述

　　在电学计量中， 仪器仪表等标准器越来越趋向于小型化、 智能化。 三用表校验仪 DO30 系列， 作为交直流电压、 电流表标准装置中的主要标准器，广泛应用于铁路站段计量部门， 其体积大、 质量重、 不便于携带等问题对站段的巡检产生较大影响。 特别是随着高速铁路的发展， 一批新的机电一体化设备进入车、 机、 工、 电、 辆中的运行、 维护、 检修等部门， 其设备上的电压、 电流表更是不便于定期送检校对。 针对上述情况， 研究开发了一种名为 “便携式电压、 电流表校验仪” (以下简称“校验仪”) 的标准器， 作为三用表校验仪 DO30 系列的补充。 此设备具有体积小、 质量轻、 便于携带等特点， 采用 “89C51 (40 个脚)” 8 位单片机作为中央处理器， 同时产生 60 Hz 的正弦信号， 经功率放大器、 逆变变压器输出标准交直流电压、 电流源 (以下简称 “电源”)。

　　2设计方案选定

　　一般 “电源” 设备由振荡器、 放大器和控制实体 3 部分组成。 振荡器和放大器相互独立， 信号由振荡器产生， 经过放大器， 通过控制实体的处理后得到一组 “电源”。 对于任何一种 “电源”， 都希望它的性能稳定、 精度高、 功耗低、 输出功率大。 作为 DO30 系列的一种补充， 这就要求所设计的 “电源” 必须达到以下要求： ①能保证精度， 抗干扰能力强; ②集成度高， 采样速度快; ③性能稳定， 功耗低; ④体积小、 质量轻、 抗震性好。 鉴于以上要求， 通过实践， 先后制定了 3 套研制方案。

　　(1) 方案一。 以 DO30 为设计蓝本， 使其小型化， 同时， 采用 89C51 单片机作为控制器核心，由 1 片串行 D/A 转换器 (MAX531) 控制， 与 A/D转换器件一起形成闭环系统。 研制过程中发现， 采用单片机加 A/D 转换器形成闭环控制系统， 采样速度慢、 数据处理时间长， 无法适应仪表检测过程中的自动调节功能。 加上数字滤波、 线性修正程序， 系统处于振荡状态， 无法达到平衡稳定的要求。 在提高系统的反馈速度方面， 虽然进行了改进， 但效果不是很理想。

　　(2) 方案二。 用输出闭环自动控制取代开环监视控制， 采用双 CPU 协调工作， 将键盘和显示器等辅助工作交给另一片单片机， 以减轻主 CPU 的负担。 同时， 采用高速度的 A/D 器件 (TLC2543)，以多通道的方式分别采样， 加强处理程序的简洁性。 在实践中， 虽然稳定性得以很大提高， 但在精度和修正方面存在巨大差距， 不能完全满足设计要求。 其问题关键在反馈速度上， 通过计算机处理数据后， 控制输出的速度永远低于硬件反馈电路的速度。