（环境工程专业论文）电除尘器板电流密度检测装置的研究.pdf

e 北i u 力人。学坝i 。1 缸沦文摘业 l 包除尘器板l 乜流伴叟分拆i 足衡量其极配形优劣n 勺。个亚坚参数，研究稳定、快述、 方便地洲板电流密度的装簧对电除尘器的设训羽1 极配形式的开发郜很仃必要。本沦文 就电除尘器的板电流密度的测试捉山了新的方法，并就测试装置的各组成部分，如：i ( 电流) v ( 电压) 转换及电压信号的放大、a ( 模拟信号) d ( 数字信号) 转换及接 口电路、微机对数据的接收方法等作了详细的说明。对有些部分，还提了多种实现与 案和方法，并对各自的优缺点进行了比较。 关键词：微电流，数据采集，系统硬件，软件 a b s t r a c t t h ed e n s i t yd i s t r i b u t i o no ft h ee s pp l a t ec u r r e n tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ne v a l u a t i n gi t 1 t i si m p o r t a n tt or e s e a r c ho nt h ed e v i c eo fs t e a d y , f a s ta n dc o n v e n i e n tm e a s u r i n gt h ep l a t e c u r r e n td e n s i t yf o rt h ed e s i g no fe s pa n de l e c t r o d ec o n f i g u r a t i o n t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r d n e wm e t h o do nm e a s u r i n gt h ep l a t ec u r r e n td e n s i t yo fe s pa n di n t r o d u c e se a c hp a r t so ft h e m e a s u r i n gd e v i c es u c ha st h et r a n s f o r m i n go fi 0 ，t h em a g n i f i c a t i o no fp r e s s u r ec o d e ，t h e t r a n s f o r m i n go fa d t h ei n t e r f a c ac i r c u i t t h ed a t ar e c e i v i n gm e t h o do fc o m p u t e ra n de t c f o r s o m ep a r s ，m a n ym e t h o d sa r eb r o u g h tf o r w a r da n dc o m p a r e d z h o uw e n c h a n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h um a n y i nz h a oy i k e yw o r s ：f e e b l ec u r r e n t ；d a t ac o l l e c t i n g ；s y s t e mh a r d w a r e ；s o f t w a r e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕l 学位论文电除尘器板电流晰度 l ：) = 测装战的研 究，是本人在华：i 匕电力大学攻读硕上学位期间，庄导师指导下进行的研究i = 作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特刖加以标注和致驸之处外，论文中1 i 包含其他人 已经发表或撰写过f l 】o v 、v e e = 0 v 时，r 。一1 0 0 q ，且随v 的变化缓变。呵见，适当提高c d 4 0 5 1 的v 肋有利于减 小民。的影响：必须注意：提高v d d 的同时，应相应提高选通控制端a 、b 、c 的输入 逻辑电平。例如：取v d d 2 v ( v e e 一0 v ) ，可采用电源电压上拉筘位的方法，l 拉电阻 的阻值取1 5 k q 以上，使选通控制端信号的有效高电平不低于6 v 。这样，既保证c d 4 0 5 l 理想导通( 凡。小) ，又实现了c m o s 电平与丌l 电平的转换( 肚p 一般为t t l 电平) 。 可见，根据具体情况，适当提高多路开关的电源电压是降低其r o 。影响的种有 效措施。此外，适当提高电源电压，还可以同时减小导通电阻路差r 。和加快开关速 度。 2 3 2 4 、消除抖动引起的误差 和机械开关类似，多路开关在通道切换时也存在抖动过程，会出现瞬变现象。若此 时采集多路开关的输出信号，就可能引入很大的误差。 消除抖动的常用方法有两种：一是用硬件电路来实现( 硬件方法) ，即用r c 滤波器 滤除抖动：另一种是用软件延时的方法来解决( 软件方法) 。本次设计中，我们采_ l f 的是 第平中方法。 2 3 2 5 、提高切换速度 r 多臻开关瀚切换蘧矮其鑫隽涵缩秘、l ：幸 ；条髂以及羚, t l 爨秘惦况都蠢笑黎。掰蠢 的多路开关的平均传输! i 正迟时问t 。均随v 。，的升高m 减小。就c d 4 0 5 1 来说，当v 。= 5 v l 时，k ，= 7 2 0 n s ：当v 。，= 1 0 v 州，t 。= 3 2 0 n s ；当v ，一1 5 vh 寸，t 。一2 i o n s 。i i j 她，j 垂、 提高多豫开荚麴电源邀承， ，f 蓦 袋其舅：荚建度。 传输信号的信号源内阻r o 对 功换时间有熬要影响。分析表明： j z 不变豹溪援f ，甥换霹闻远叛与s 印r o 越小，开关的动作就越快。 r o 还可同时减少多路开关的关断 貔漠差。嚣魏，在本次设浮中，我 板上采集下的小电流进行电压变j 用阻值比较小的高精度电阻。 e 垂孙l 垂蚕 多路开关盼 在其它条件 残正比， 男外，减少 漏电流造成 弱怼觚售号 换时。强调 黼2 - 5 蘧遘数鞍多鞋静嚣缀驳羧 当系统需爱的信号通道数较多时，可采用图2 - 5 所示的两级联接方式。图2 5 中假 设的是需要3 2 个信号通邀，将这3 2 个通道分成4 鳃，各组分别梭至4 个二级开关，信 号由二级开关输出。设每个开关的输凄电容为c 。，蹦竣出的总电容出3 2 c 。降至1 2 c 。电 路的时闯常数减少，开关遮度提高。_ i 乏外，这释联接方式还可鞭後多路开关的憨关叛漏 电流由3 1 i ：降至大约1 0 i ，( 设每个开关的关断漏电流为i ，) ，从而减小关断漏电流造成 的误差。对上述两种作用，通道数越多效果越显著。当然，这种连接方式需要的开关数 楗建多些，逡避控潮迄搴爨聪复杂些，因露主要臻予傣号通道数较多弱绣台。 选择具有8 个输入端口的模拟开关c d 4 0 5 l ，分别将接出的6 4 路导线依次接在8 个 c d 4 0 5 1 上，并对导线和模拟开关分别编号，卜8 号导线连八模拟开关1 ，9 - 1 6 号导线连 续摸接开关2 ，1 7 2 4 号蟹线连接模拟开关3 ，戳次类接。褥凌8 薅模羧秀关输出 端连接至另一模拟开关，则6 4 路电压便l 。f 通过9 个模拟开关c d4 0 5 1 在一定控制逐次 输出。其框阁如图2 一l o 所示。 对搂羧开关瓣整割绥号，霹采臻瓣锌电路，跨数器级联躲方式产生。其挺鞫蘩下： 臣9 臣! 圆 圈2 - 6 对模拟开关的拣翩框陌 对上蚓巾的每级电路，均可选用市场上的集成芯片实现。每部分的组成如。f 时钟电路： 9 呵选粥现成的集成，枣片。也l l - 采用5 5 5 定时器淤 ，采翻汝嚣瀚l 毡豫，l _ j 散成 输频率羽il l i 卒比均为可调的矩形脉冲技牛器( 圈2 - 7 ) ： r 1 嘲2 - 7 占空比r ，j 渊的矩形脉冲发生器 萁振荡频率为： ，。 ! ：竺 。f r t + r 2 + r 3 ) c e e v o 这种振荡器输出波形的占空比为( 设电位器r 2 上部电阻+ r 1 为r 。电位器r 2 下部 电疆+ r 3 为： a ( ) ：坠1 0 0 r a + r b 调节电位器使r a = r b ，即可经占空琵为5 0 ，输出波形成为标准的方波。 上述时钟稳定性差，于是选用稳定性极高的引英晶体振荡 i l 路( 图2 - 8 ) 恻2 - 8 石蜓晶体振荡电路 其后再加一非门整形将正弦波转换为矩形波作为时钟。 诗数器： l o 4 # 北i u 力人学顾j 。学f 、) ：沦义 小电路j 采川集成计数器7 4 1 ，s 1 6 1 实现的八进制汁数器( i 纠29 l ： 图2 - 9 用集成计数器7 4 l s l 6 1 实现的八进制计数器 上图中的时钟输入c p 即为用5 5 5 定时器构成的方波产生电路的输出。q 4 、q 2 、q l 即可输出相应的i 位二进制数( 0 0 0 1 1 1 ) 控制第一级( 1 8 号) 模拟开关，第二级 ( 9 号) 模拟开关由用5 5 5 定时器构成的方波产生电路的输出八分频后作为时钟再经上 述八进制计数器的输出来控制。这样，第二级( 9 号) 模拟开关的输出就依次得到1 6 4 始信号。采样频率h u 为由5 5 5 定时器构成的方波产生电路的输出频率，。 八分频信号可由上电路集成计数器7 4 l s l 6 1 的q 4 输出端得到。 华，i l l u 力人学坝i 。学化沦义 7 8 9 2 0 3 3 3 4 3 5 3 6 图2 1 08 输入端口的模拟丹灭扩塍为6 4 路 v 经实验论证，模拟开关c d 4 0 5 1 对输入电胜产生1 2 的衰减。凶此，l v 转换后所得 到的电压v i 两次通过模拟开关后，输出电压应为：v l ：v i 4 。 2 3 2 6 、c d 4 0 5 1 的使用 在设讣中，本来是要求1 5 0 路的信号通道，后来考虑到实际情况，蚁取其中的6 4 路进行研究，这样，在采用c d 4 0 5 l 作为模拟开关使用时，只需要两级联接就可以了。 c d 4 0 5 1 是烈列商插式1 6 钝：脚的单8 通道烈阳模拟选擀w ：哭。 在该模撅y f - ：笑中，存+ 个“蔡l p 端( i n h ) ，它； j 殴控制开天l e 常l ：佟，或者使它 处予高攥王态。奁它豹电源中，除了c m o s 电路通常所需的v 拱，jv s s 之辨，还蠢1 个 v 旺负电源，作j 1 足作电f 位移。有了这个v ，就可以使单电源( v s s = 0 v ) lf 1 ：f 的 模拟开必能够传输正负极性的模拟信号。例血u ，当v d i ) = + 5 v ，v s s - 0 v ，v 雕= 5 v 时， 爱0 5 v 的数字蘩号羧蠲遣蛙端，裁霹暖黄输搽稻为5 v 鹣模亨羹蔫号。 下酾是c d 4 0 5 l 的功能表和一些主要性能参数： l 、功能表： f n h ( 禁止端)cba 公共o 1 端接向通道 ooooo ooell oo102 oo1l 3 0 l 0 毛)4 o 10 1 5 o l1o6 密l|l7 l 审中由关 2 、性能参数： 辍羧参数v “一0 。5 t 8 v 工 警激压为5 1 1 5 v ) ； 输入模拟电压：一0 ，5 v v 。+ o 5 v ( 典溅值o v 、v 。) ； 输入模拟信号电流：2 5 i f i a ( 最大) ： 受载电阻：1 0 0 q ( 鼓小) 。 电稳麓参数( v 1 ) i = 1 5 v ，v 。= 0 v ，v 。一1 5 v ，t 产2 5 ，典攀值) ； 导通电阻r 。：8 0 q ： 导通电阻路间差r 。：5 q ； 开关在关凝一f 懿添惫浚：0 。0 8 h a ； 开启时间t 。：1 6 0 n s ： 关断时间t 。r ：7 5 n s ； 舞关转换时闽t 。：t 2 0 n s 。 参照以t 的功能畿和经能参数，我们特意对c d 4 0 5 1 芯片的性能进行了测试。 ，沌l 色力人。7 ：坝卜彳他论殳 矿火验室! n ，我 f j 使用了模拟箱i ：的空l 利插桃及闲筒电路导线，万删衷等设螯， 擀建了个比较简单的测试电路。 ：街c dr 1 0 5 1 芯片插入钢埘捅柑，确认篱脚”日导线接通+ 5 v 电源和地线。 川恨导线将禁止端( 1 n h ) 与个0 1 按键开天棚连。面：这个荩础上，收出其一l 的三路输入通路分别接一个o 1 按键开关。 再取一路输入通路，用导线将其与电位器相连。 根据上边o 1 按键组合的不同，对照功能表，用万用表分别测山此时的电压输入值 和与之相对应的电压输出值。 调整电位器的阻值，使的输入电压不断变化。相应的，分别测出每个变化后的输出 电压值。 最后，经过多组测量结果的比较( 排除干扰的凶素) ，我们惊奇的发现：通过c d 4 0 5 1 输出的电压值都是相应的输入电压值的1 21 这样，从第二章末尾的结论中，我们就不难看出，通过两级的模拟开关之后，输出 的电压值v = 1 2 1 2 1 3 6 v = 3 4 v 。 为了实现下边a d 转换电压的要求值( 5 v ) ，我们有必要对上边的这个输出极值 进行放大处理，因此，我们选用了误差较小的差分式放大电路。 在设计的初期，为了简单，有人曾经提议不使用放大电路，而直接在输出端接上一 个很大的电阻，然后在上面取5 v 的电压值直接输送到a d 转换器中。这样做看似简单， 实际操作时却有很多问题，得到的结果也不准确。原因有以下两点： 1 、如果在i v 变换时，采用火电阻，将输出电压直接放到足够大，那么，考虑到 模拟开关c d 4 0 5 1 的极限电压值只有1 8 v ，那么，很可能因为电压过大而烧坏芯片。并且， 并联的大电阻的共地干扰很大，噪声很可能将实际的信号淹没。所以，在这用大电阻行 彳i 通。有人说，是不是可以不用模拟开关? 这样是肯定不行的。没有了模拟开关，6 4 路的信号同时送到a d 转换器中，是不可能进行有效转换的。 2 、如果在模拟开关的输出端串上一个大电阻，那么得到的电压只会比3 4 v 更小， 达不到要求的5 v 电压；如果并l 一个大电阻，由于输出的是电压值，那么，再在这个 电阻 ：取分压的话，也不会比3 4 v 更大。并且，如果电阻很人的话，在电阻上消耗的 能量就很大，热噪声及其它的干扰就会很难排除，同样也没法达到预期的效果。 看来，我们只能通过电压放大的方法来实现设计的要求。 第三章 l v 转换及电压信号的放大 要检测电流信号，必须先将它转换为电压信号，即i v 转换。f 1 _ = i 于信号微弱，还需 将被测信号进行放大。这就是本章所要做的工作。 3 1l v 转换 i v 的转换方式很多，需要转换的原因也多种多样。通常，在许多精密仪器中所用 的榆测器的内阻很高( 1 0 1 2q ) ，输出的直流或缓变电流非常微弱( 1 0 - 1 5 1 0 7 a ) 。用于 放大微弱电流的放大器就是直流微电流放大器。 一种常用的由高性能运算放大器构成的i v 变换式直流微电流放大器的原理如下图 ( 图3 1 ) ： r f u o 图3 1i v 变换式赢流微电流放人器原理图 忽略运锋放大器的输入电流，则被测电流i 将全部流过反馈电阻队又假定运算 放大器的开环增益很大，点是虚地点，则输出电压为 u 。= i r ， 这样就u j 以由输出电压测出被测电流。 例如i = 1 0 ”a 时，取r = 1 0 ”q ，则由上式可求出输出电压u # 1 0 11 1 0 “= l v 。 可见，虽然被测电流很微弱，但由于电阻r 取得很大，所以也能得到较大的输出电压。 由以卜 分析可以看出，欲使测最具有较高的准确性和灵敏度，这种直流为电流放大 器至少应满足f 而两个条件： ( 1 ) 放大器输入电阻r 要足够高，即满足r 阽 此电力人学碳l j 晋位沦殳 ( 2 ) 噪研| i 漂移要小，被测信号电流，t l j 钾l 柴比耍i 罚，否则输l 曝j i i 刚h 或漂 移i 【! _ 胍将把输小的信号淹没或是输出信号难以辨别。 崴流微电流放火器所能仃敏放大的最小电流叫做，随流微电流放大器的炙敏度。 v 变换j 赢流微l j = l 流放大器的炙敏度一般能达到l o “一1 0 “a 。山上，日知，电1 1 lr l 的数 值越人，放大器的灵敏度越高。但r 增大时漂移及噪声亦随之上升，所以，当r l 足够大 时，再继续增加r 的数值，并1 i 能使放大器的灵敏度继续提高。 此外，增大r ；还受到下面两方面的限制： ( 1 ) 当r 过大时，要求放火器的输入阻抗更大，否则将对信号有很大的分流作用。 放大器的输入电阻是有限的，所以，当r 大到一定程度后，将不会有效地增大灵敏度。 ( 2 ) r 。过大时，放大器的响应时间要增长。在i v 变换式亩流微电流放大器中， 输入待测电流后，放大器的输山电压不是立刻就达到稳定值，而是需要定时间，这个 时问就是放大器的响应时间t 。对要求快速测量的场合，响应时间t 。特别重要。而本设 计对响应时间要求并不是很高，所以，这一点酌情考虑即可。 采用这种方法来放大微电流，精确度较高，可使微弱信号不至于被噪声湮没。 相应的，由于要同时检测多点数据，我们还u t 以采取一种简单易行的方法，即每点 对地之间串接一个同样阻值的高精度电阻，从电阻两端取出电压，那么墩的电压值 就是v = i 为了滤除干扰，在每个电阻两端跨接电容。 图32 柃测多点数据的一种简单勃钉的方法 具体实现电路如上图( 图3 2 ) ： 根据从第一章得出的结论，考虑到1 3 6 m a 的 ：限极限电流，兼顾电流太小时。信号可 能被淹没的现实，我们采用了1k q 的高精度小电阻来进行i v 变换。这样，参照上边的 公式，得l ? 限电压为1 3 6 v 。 由于同时检测多点数据，采用一种简便易行的方法一多元电阻并联法，即每点 对地之间串接一个同样阻值的高精度电阻，从电阻两端取出电压。那么，取出的电压值 即为v = i i r 。 华，i e l 乜力人二坝l + 节 t 沦文 3 2謦动放大的实施及参数设定 差分式放大电路就其功能来说，是放大两个输入信号之差。由于它在电路和性能方 面有许多优点，因而成为集成运放的主要组成单冗。 3 2 1 、理想差分式放大电路 所悄理想差分式放大电路，即不用考虑内阻的消耗和外部的f 扰而抽象山的理想形 式。 v 线性放大电路 图3 3 理想差分式放人电路输 1 3 与输入关系 上图( 图3 3 ) 表示一个线性放大电路，它有两个输入端，分别接有信号电压v 与v 引输出端的信号电压为v o 。在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压可完全 表示为 v o = a v d ( v i l v i 2 ) 式中a v d 是差分式放大电路的差模电压增益。 从上式可以看出，放大电路两个输入端所共有的任何信号对输出电压都不会有影 响。但在一般情况下，实际的输出电压不仅取决于两个输入信号的差模信号v m 而且 还与两个输入信号的共模信号v j 。有关，它们分别表示为 v i d = v i i v i 2 v i c = l 2 ( v i l + v i 2 ) 也就是说，差模信号是两个输入信号之差，而共模信号则是两者的算术平均值。当 用共模和差模信号表示两个输入电压时，有 v i i = v i c + v i d 2 v i 2 = v i c v i d 2 在差模信号和共模信号i 司时存在的情况f ，对于线性放大电路来说，j j 利用整加原 理来求出总的输出电压。 | j v o = a v dv i d - - a v cv i c 式巾a v i ) _ v 。d v “为芳模f l l j l ；增益；a 、= v 。v 。为j i 模i 刚增8 & 。 如果铂似种情况的输入信号，种情况是v i - - + 5 0 v ，v i 二= 一5 0uv ；i ( i i 另种情 况是v ，l = 1 0 5 0uv ，v 、2 9 5 0 “v ：那么尽铽阳种情况f 的差帙信号v d = 1 0 0uv 赴 ) f t i l 司的，但其共模信号却小致，油者v 。= 0 ，后抒v i c = 1 0 0 0uv 。而差分放人 电路的输山电鹾是小相i 司的。 3 2 2 、基本差分式放大电路 基本差分式放大电路由两个特性相同的b j t 组成对称电路，电路的参数也对称。电 路中有正负电源供电。两管的发射极连接在一起并接恒流源，恒流源的交流电阻很大， 在理想情况下为无穷大。电路有两个输入端和两个输出端，称为双端输入、双端输出电 路。主要提供的是一个差模的电压输入和输出。 3 2 3 、零点漂移及如何抑制零点漂移 零点漂移( 简称零漂) ，就是当放大电路的输入端短路时，输出端还有缓慢变化的 电压产生，即输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。 在直接耦合多级放大电路中，当第一级放大电路的o 点由于某种原因( 如温度变化) 而稍有偏移对，第一级的输出电压将发生微小的变化，这种缓慢的微小变化就会逐级被 放大，致使放大电路的输出端产生较大的漂移电压。当零漂电压的大小叫+ 以和有效信号 电压相比时，就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压，严重时漂移电压甚至把有效信 号电压淹没了，使放大电路无法 f 常工作。 为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度升高一度时，输出漂移电压v o 按放 大电路的总电压增益a v 折合到输入端的等效输入漂移电压v i ( = v o ，a v t ) 作为 温漂指标。 在差分式电路中，无论是温度变化，还是电源电压的波动都会引起两管集电极电流 以及相应的集电极电压相同的变化，其效果相当于在两个输入端加入共模信号，由于电 路的对称性和恒流源偏置，在理想情况下，可使输出电压不变，从而一直了零点漂移。 当然，在实际情况下，要作到两管电路完全对称和理想恒流源是比较网难的，但是输山 漂移电压将大为减小。由于这个缘故，所以差分式放大电路特别适门j 于作多级直接耦合 放大电路的输入级。 3 2 4 、共模抑制比b 。 为了说明差分式放大电路抑制共模信号的能力，我们用共模抑制比作为一项技术指 标来衡量。其定义为放大电路对差模信号的电压增益a v o 与对共模信号的电压增益a v c 之比的绝对值，即 k c m r = la v d a v c 差模电压增益越大，共模电压增益越小，则共模抑制能力越强，放大电路的性能越 优良，因此希望k c m r 值越大越好。而且在设计单端输出的放大电路时，必须至少使共 # ，l 七l u 力人学顺j + 学化论文 模抑制比k c m r 大于共卡焚信号与誊模信号之比。 3 2 5 、关于0 p 0 7 的一些问题 在放大电路中我们需要世! 运算放大= ； ，0 p 0 7 作为呻p 常见但又舣实川n 勺放大器， 自然成为我们这次设计的苗选。 0 p 0 7 是一种超低失调高精度运算放大器。有个管脚，成敢列直插式排列。它具有火 渊电压低( 2 5uv ) ，火凋温漂小( 0 6uv 。c ) ，噪声小( v 。，= 0 6 m v ) ，宽输入范围( 1 4 v ) ，宽电源范围( 3 、1 8 v ) 等优点。因此得到广泛的应用。 它有下面几个极限参数： 电源电压：2 2 v ； 差模输入电压：3 0 v ： 共模输入电压：2 2 v ； 贮存温度范围：一6 5 。1 5 0 。c 。 另外，在v 。= 1 5 v ，t = 2 5 的条件下，还有一些参数值得我们注意。下面的表格就 是其中的一部分： 典型值最大值 输入偏置电流i l b 1 o n a3 o n a 输入噪声电压v n j p p 0 3 5u v0 6 u v 输入噪声电流l n i p p1 4 p a3 0 p a 差模输入电阻r l d 2 0 mq6 0 m q 共模输入电阻r l c 2 0 0 g q 无 共模输入电压范围v l c r 1 3 v1 4 v 共模抑制比k c m r l l o d b 1 2 6 d b 电源电压抑制比k s v r 4 岱n n1 0 u v v 参照上面的表格，我们就能设计出合理的差分电路。 3 2 6 、实际的差分放大电路 通过以卜的分析，根据实际设计的需要，我们采用了一种最常见，但又很实用的电 路来实现电压的放大功能。 1 9 + # 北i u 儿人学坝f 位沦殳 陶： _ 1 实际的笠分坡人i u 跚 l 图( i 钢3 - 4 ) 所示的电跺就是我仃j 砹汁所采圾的i 乜路原理h 。它足个具铂。i 滔输 入m 抗，低输f | | | 埘抗的仪刚坡人器。 此放火器山运放a ；、a ：组成第一一级差分式电路，a 。组成笫j 一：绒羞分式电路。在第 级电路中，v 1 、v ? 分刈加到a 和a ：的| 司卡【j | 端，r 和两个r ? 纰成的反馈喇络，引入了深度 的电压串联负反馈，两运放a 、a ! 的两输入端形成虚短和虚断，因而有 v r v ，= ( 1 + 2 r ：r ) ( v 一v ! ) ； 进而，根据关系，得到 v 。= 一r ，r ；( v ：, - v ) = 一r ；r 。( t + 2 r ! r ，) ( v , - v ：) ： 该放大器第一级是具有深度电压串联负反馈的电路，所以它的输入电阻很高。a ，、 a ? 选用相同特性的运放o p 0 7 ，则它们的共模输出电压和漂移电压也都相等，再通过a ； ( 也用o p 0 7 ) 组成的差分式电路，可以互相抵消，故它有很强的共模抑制能力和较小的 输出漂移电压，同时该电路有较高的差模电压增益。为了进一步提高电路的性能，我们 严格挑选了几个外接电阻r i 、r 。和r 。 根据前一章最后的结论分析，从模拟开关输出的电压最大值为3 ，4 v 。在实际的操作 中，我们将该电压作为差放的输入即为v ，将v ! 取为0 ，即将v ! 所在的端接地。把r 。、 r ! 、r 和r 1 分别取值如图所示，则刚好可以满足输出最大值为5 v 的要求。这样，我们就 成功的实现了电压的放大。那么，下一步就应该是进行a i ) 转换了。 它们都是同相输入，输入电阻很高，并且由于电路对称性，可抑制零点漂移。第二 级由a 3 组成差动放大电路。 若r 2 = r 3 ，测r 1 的中点是地电位，同时若r 4 = r 5 ，r 6 = r 7 ，经分析计算，两级总的 电压放大系数为： a v f = v o v i = 一r 6 ( 1 + 2 r 2 r 1 ) r 4 为了提高测量精度，测量放大器必须具有很高的共模抑制比，要求电阻元件的精密 度很高，同时a l 、a 2 、a 3 均应采_ 【1 高精度犁运放，输入端的进线还要用绞合线以抑制 干扰的窜入。另外，为避免噪声干扰，必要时，r 6 、r 7 两端均应跨接电容。 3 2 7 输出电压和被测电流之间的关系 从i v 转换山的电压v i = i i r o ，那么i i - v i r o 通过测罱放大器后的电压放大倍数 a v f = v o v i = 一r 6 ( 1 + 2 r 2 r 1 ) r 4 此i b 力人学坝i j 学位论义 ! | jv i - v o a v f = 一v or lr 4 ( r 1 + 2r 2 ) 1 6 所以1i = 一v 0r 1r 4 ，r or 6 ( r 1 + 2r 2 ) ii i l l , i x - l o m a v o m a x = 5 v 所以，4 l r l r 4 r o r 6 ( r 1 + 2 r 2 ) i = i 一1 r o 卓a l = i i m a x v o m a x 卸一1 r o * a i = o 5 $ 1 0 一3 ；r o * a i = 2 1 0 3 由r o = 1 0 0 0 q ，推知a v f = 2 l o r n a 5 v 针对本设计，输出电压v o 的取值范围为o v 一5 v ，将差动放大的电压放大系数定为2 根据以上公式，可令r 2 ：r 3 ：r l = 1 0 0 0 ，r 6 = r 7 = 2 0 0q ，r 4 = r 5 = 3 0 0q 。 以上取值经w o r k b e n c h 仿真，确能实现预期效果。 2 l 第四章a d 转换及接口电路 放大后的 ej i i f z i 弓是模拟信号，要传送至微机，还必须将其转换成数字信号， | j 进 行必要的a d 转换。同时，再通过接l 电路将数宁信号传送至微机。 4 1 、a d 转换的原因及a d 转换器的分类 我们所处的客观世界中需要处理的信息大部分是连续变化的模拟量。而我们所用的 计算机都是数字计算机，只能识别、处理数字量。因此，在使用微机构成自动控制、自 动检测系统时，必须设置模拟接口。对外界的物理量进行采集时，要采用a d 转换器 将模拟量转换成数字量送入计算机内部进行处理；当需要对执行部件进行控制时，又要 将计算机计算出的控制鼍转换成模拟量输出。所以，从差分放大电路输出的模拟信号， 需要经过a d 转换之后，才能被计算机处理：同样，计算机送出的控制信号，也必须经 过d a 转换，才能控制外部设备的工作。 就a d 转换器件对信号转换方式的不同，a d 转换器可分为：电荷平衡式，双斜率 积分式，并行转换式，逐次逼近式等多种类型。其中双斜率积分式的转换速率较低，抗 干扰能力强；并行转换式转换速率高，抗干扰能力较差；而逐次逼近式的转换速率在前 两种之间，而且价格低。其转换速度中等，而精度较高，可靠性高，是目前应用最广泛 的一种模数转换器。逐次逼近式a d 转换器由比较器、d a 转换器、比较寄存器、时钟 发生器等几部分组成。常用型号有a d c 0 8 0 1 。0 8 0 5 ，0 8 0 8 ，0 8 0 9 ，a d 5 7 4 a 等。 4 2 、逐次逼近型模数转换器 逐次逼近的方法在科研、生产活动以至日常生活中常常用到，典型的例子是用天平 和砝码称一个未知质景的物体。一般操作过程如下：把待称的物体放在天平的一个称盘 卜，把一个大砝码放在另一个称盘上，观察天平的平衡情况。如果这个大砝码比被称物 体重，就把这个大砝码取f 来，换一个次大的砝码；如果这个火砝码比被称物体轻，则 保留这个大砝码，i 司时也加卜一个次大砝码，再次观察天平的平衡情况，确定这个次大 砝码是否需要保留。然后再加上更小的砝码，如此进行f 去，留在天平称盘上的 砝码的质量总和一次比一次更逼近被称物体的质量。直到用最小砝码试称后，就得到了 被称物体的近似质量，这个结果是离散的数字量，量化单位是最小砝码的质量。 这种方法如果用于模数转换器，就构成了个逐次逼近型的a d c 。 逐次逼近犁a d c 的一次转换过程是以一个启动脉冲开始的，启动脉冲使控制电路 开始定时工作，时序控制电路在时钟信号作用f 发出一系列控制信号。首先把逐次逼近 寄存器清零，然后把最高位置1 输出d n = ( 1 0 0 0 0 ) 2 。这个数字信号加到d a c 的数 2 o 北i b 力人学坝1 学位论义 字输入端，行被转换成模拟l 也胍v i l ov o 和输入模拟l 乜j l iv l 一起被) j i i 剑比较器f n 挑个输 入端，当v o v i 时，比较器输v c = l ，v c 被反馈到控制l 乜路。控制电路存时钟作用f ， 进入到下 甘拍，根据比较器输i nv c 的伉确定保留或消除s a r - l 的d 。! l v 。= l ， 将清除d ，当v c = o ，将保留d n _ i = l 。同时控制电路把s a r 的次高位置l ，s a r 新的数 字输出又加到d a c ，d a c 新的输与v l 再次比较，控制电路根据新的比较结果确定是 否保留d + 2 。就这样逐位置l 、模数转换、比较、保留( 或清除) ，直到最低位，最后 d a c 的输出v o 与模拟输入电压v 1 相等或略小于v i ，偏差不超过v r e f 2 “，即 v o v l v o + v r = ：v 2 ” 这时s a r 中的数字量( 即d a c 的数字输入量) 就被看做对v 一转换的数字结果。 设转换结束后逐次逼近寄存器s a r 中的值为d w ，根据模数转换关系式得d a c 的 输出值为 v o = v r e f 2 “d n 将此式代入上式得 v r e f 2 ”d n v l 2 0 0 0t h e n t e x t l ( i ) b a c k c o l o r = h f f b e e p e n di f n e x ti 9 设置t i m e r 控件的e n a b l e d 属性为f a ls e ，使定时器暂停。在“开始”按钮中 编写代粥，启动定时器操作。设鬣t i m e r 控件的i n t e r v a l 属性为6 0 0 0 0 ， 令其每隔 分镑对a d 转换藜与计算褫接口获餐的数字锫憨进行一次硷测剥裴。 1 0 对“刷新”按钮编写程序，以便随时刷新数据，程序如下： d i mia si n t e g e r f o ri=0l o 6 3 t e x t l ( i ) t e x t = t e x t l ( i ) b a c k c o l o r ! & h s 0 0 0 0 0 0 5 n e x ti 。 栏j r 运”州，如图( i 划5 2 ) 所i ： 自墨墨麓隆醛篓| 。 微电流自动循环检测系统 单位：微安 隰6 3f6 2 藤6 1 愿6 0 匿驰f 驰慝5 丁黑 5 8 照晤慝5 4f5 3 匦5 2f5 1 阿5 0 f 4 9f ”f ”f 稿f 稿f “躬p ”阿“孵 f ”f ”眄”f3 6 阿3 5f3 4 阿”f 3 2f 3 f ”f ”孵2 8f 珂f 2 6f 2 5f 2 4 2 3f 篮2 1f2 0 1 9 1 8f ”f 1 6f ”“”f ”“孵”f9f 8f 7 6 瘸5f 4f 3 2r 1r 圄! 叫! 叫 图5 - 2 模拟程序运行 至此，微电流采集工作完成。随后，还可以继续用v i s u a lb a s i c 语言对数据进行 计算和分析 第六耄结论 以t 凡鬻详细阐述了搬电流密度测试装置的没治服瑾、维成、多点电流密鹰的连续 检测方法。并对各部分电路的洋细组成逃行了醴明。纵观整个论文 - 以得出以f i _ 结论： i 本装鬟可以以很毓的岗期连续娥从被测点( 6 4 点) 提取捻测数据。 2 ，南予袋蠲了v i s u a lb a s i c 语蠢缡程实蕊霹微电流的硷溺，还可以逶一步翻瘸藏 语言的计算和分析功能对采集的微电流进行计算和分柝。 3 ，本段计各电路组成采用分块逐步实施的方法，比单纯采用数据采集板：诲约成本。 4 。奉竣诗分辑了骞耱实现方案和方法及其蒯獒，鸯利予实藏秘毅进。 5 本设计对系统组成的各部分叙述较为详尽，也可作为一般礴流信号采集的技术资 料。 参考文献 1 美s 小奥格尔斯比，电除尘器，水利电力山版社，1 9 9 0 2 高香林，除尘技术，华北电力大学，2 0 0 1 3 高香林，火电j 一除尘技术及电除尘器供电技术实验指导书华北电力大学， 1 9 9 0 4 胡满银等，实验室条件卜反电晕现象的分析研究，华北电力学院学报， n o 3 ，1 9 9 5 5 胡满银等，减弱电除尘器反电晕的板线匹配，河北电力技术，n o 4 ，1 9 9 1 6 康华光，电子技术基础模拟部分，高等教育出版社，2 0 0 0 7 康华光，电子技术基础数字部分，高等教