Цифровой киловольтметр

ВВЕДЕНИЕ 11
1 АНАЛИЗ ОБЬЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 13
1.1. Анализ методов измерений высоких напряжений 13
1.1.1 Измерение высоких напряжений с помощью искровых промежутков 14
1.1.2. Электростатический метод 15
1.1.3. Измерение высокого напряжения с помощью высоковольтного добавочного резистора 18
1.1.4. Измерение высоких напряжений с помощью индуктивного трансформатора 21
1.1.5. Электрооптические методы 25
1.1.6. Измерение высоких напряжений с помощью делителей напряжений 26
1.2 Анализ современных средств измерения высоких напряжений 33
2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО КИЛОВОЛЬТМЕТРА 42
3 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО КИЛОВОЛЬТМЕТРА 44
4 ВЫБОР ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ЦИФРОВОГО 47
4.1 Расчёт высоковольтного делителя напряжения 47
4.2 Выбор и расчет полосового фильтра 50
4.3 Выбор и описание преобразователя амплитудного значения напряжения 54
4.4 Выбор и описание преобразователя действующего значения напряжения 56
4.5 Выбор и описание быстродействующего аналого-цифрового преобразователя 58
4.6 Выбор и описание коммутатора 61
4.7 Выбор и описание аналого-цифрового преобразователя 62
4.8 Выбор и описание центрального микропроцессора 70
4.9 Выбор и описание энергонезависимой памяти 75
4.10 Выбор и описание жидкокристаллического индикатора 77
4.11 Выбор и обоснование интерфейса RS485 78
5 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ЦИФРОВОГО КИЛОВОЛЬТМЕТРА 80
6 СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛОСОВОГО
ФИЛЬТРА 82
7 Конструкторский раздел 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 87
ПРИЛОЖЕНИЕ А 89
ПРИЛОЖЕНИЕ В 94

Весь текст будет доступен после покупки

Динамичное развитие научно-технического прогресса вызывает устойчивую потребность в создании и внедрении инновационных методов и приборов измерительного контроля. Особую актуальность данный вопрос приобретает в сфере измерений высоких напряжений (ВН). Подобные измерения находят широкое применение в социально значимых и стратегических отраслях, включая военную технику (системы ночного видения), энергетику (генерация и учёт электроэнергии, мониторинг изоляции), медицинское оборудование (дефибрилляторы, рентгеновские аппараты), электротехнологические процессы (окраска, электрофильтры, водоподготовка) и электрофизические установки (термоядерные реакторы, ускорители частиц). Это предъявляет к средствам измерений повышенные требования по безопасности, помехозащищённости, быстродействию и точности. Специфика измерений заключается в необходимости работы с постоянным, переменным и импульсным напряжением, длительность импульсов которого может варьироваться от микросекунд до десятков миллисекунд.
Широкий спектр применения и разнообразие объектов измерений обусловили появление множества методов и приборов для измерения ВН, не всегда соответствующих перечисленным критериям. В связи с этим возникает задача выявления наиболее совершенного метода, оптимально сочетающего все необходимые эксплуатационные параметры. Современные измерительные средства, такие как киловольтметры С100, С196, системы компании «Диатранс» или приборы KVM 100 фирмы «Phenix Technologies», как правило, измеряют лишь действующие или амплитудные значения гармонических сигналов, либо постоянное напряжение.
Актуальность представленного дипломного проекта обусловлена тем, что киловольтметры, представленные на отечественном рынке, не обеспечивают в полной мере безопасность оператора. В традиционной схеме построения прибора высокое напряжение подаётся на вход высоковольтного делителя, сигнал с которого передаётся в электронный блок по коаксиальному кабелю. В условиях интенсивной эксплуатации существует риск пробоя делителя, что может привести к попаданию высокого напряжения на низковольтную часть прибора и создать прямую угрозу для жизни оператора.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка ком-плекта электрических схем, исследование методов и средств измерения высо-ких напряжений, а также проектирование печатной платы цифрового кило-вольтметра.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ ОБЬЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ методов измерений высоких напряжений

Измерение высоких напряжений является одной из сложных проблем в высоковольтной технике. Главное отличие техники высоковольтных измерений заключается в конструкции приборов, обеспечивающей электробезопасность их использования и уменьшение погрешностей измерения. Сложность измерения высоких напряжений обусловлена тем, что на точность измерения оказывают влияние факторы, имеющие сложные и случайные зависимости от частоты, напряжения, тепловых явлений и внешних условий. Полностью исключить влияние данных факторов не представляется возможным, исходя из этого их необходимо уметь учитывать [1]. К этим факторам относятся емкостные связи между элементами измерительной системы, сопротивление утечки, коронный разряд, частичные разряды в изоляционных конструкциях, зависимость величины сопротивления резисторов от напряжения и температуры и т.п.
Для создания конкурентоспособных средств измерений высоких напряжений, удовлетворяющих требованиям современного уровня измерительной техники, при их разработке необходимо использовать перспективные методы измерений.
С целью определения уровня развития современной техники высоких напряжений проведен анализ современного состояния в этой области, который показал, что наибольшее распространение получили следующие методы измерений высокого напряжения [3].



1.1.1 Измерение высоких напряжений с помощью искровых промежутков

Метод измерения высокого напряжения с помощью искровых промежутков заключается в том, что при установленных размерах электродов и неизменных внешних условиях происходит пробой при определенных известных высоких напряжениях с разбросом в заданных границах. Условие саморазряда выполняется при достижении напряженности электрического поля определенного значения (в среднем 30 кВ/см для воздуха при нормальном атмосферном давлении).
Основной принцип искровых промежутков строится на сферических электродах [4]. На рисунке 1.1, представлен шаровой измерительный разрядник на горизонтальной и вертикальной оси.

Рисунок 1.1 ¬¬¬– шаровой измерительный разрядник
Шаровые разрядники применяются для измерения переменных, постоянных и импульсных напряжений. Измерение постоянных и переменных напряжений осуществляется следующим способом. Устанавливается большее расстояние между шарами и подается напряжение на электроды, шары сближают до возникновения пробоя между ними. По измеренному расстоянию между электродами, при котором произошел пробой по таблицам определяется пробивное напряжение. Значение напряжения принимается за среднее значение из пяти последовательных измерений с интервалом измерения не менее 1 минуты.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Базуткин, В.В. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах / В.В. Базуткин, В.П. Ларионов, С.Ю. Пинталь. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 328 с.
2. Бромберг, Э.М. Тестовые методы повышения точности измерений / Э.М. Бромберг, К.Л. Куликовский. — М.: Энергия, 1978. — 216 с.
3. Журавлев, Э.Н. Методы и средства измерений высоких напряжений постоянного тока и их метрологическое обеспечение / Э.Н. Журавлев. — М.: Машиностроение, 1982. — 192 с.
4. Техника высоких напряжений / под общ. ред. Г.С. Кучинского. — СПб.: Изд-во ПЭИПК, 1998. — 700 с.
5. Байков, В.М. Трансформаторные делители напряжения / В.М. Байков. — М.: Энергия, 1978. — 144 с.
6. Нефедьев, Д.И. Метрологическое обеспечение высоковольтных делителей постоянного напряжения / Д.И. Нефедьев // Датчики и системы. — 2004. — № 7. — С. 45–49.
7. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство / У. Титце, К. Шенк; пер. с нем. — М.: Мир, 1982. — 512 с.
8. Нефедов, А.В. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Микросхемы. Ч. 1 / А.В. Нефедов. — М.: Радио и связь, 1989. — 128 с. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1193).
9. ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам. — Введ. 1996-07-01. — М.: Стандартинформ, 2010. — 36 с.

Весь текст будет доступен после покупки