一種基于AD215模塊的低壓電器通斷試驗(yàn)電壓測量裝置

摘 要：為滿足低壓電器檢測核心項(xiàng)目通斷檢測的電壓采集要求，研制了一種專用于低壓電器各種檢測的隔離放大器，采用基于光電技術(shù)的AD215隔離放大模塊，研制合適分壓器組合，使用遙控器控制不同電壓檔位的選擇，該裝置的研制成功，將大大提高低壓電器檢測的安全性和可操作性，同時具有操作方便、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：通斷檢測；電壓測量；AD215；隔離放大；遠(yuǎn)程遙控

引言

低壓電器的通斷檢測是產(chǎn)品核心檢測項(xiàng)目，檢測要求在最高交流1200V、直流1800V的電壓下，測量電壓須經(jīng)過分壓隔離后輸入計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)，并滿足一定的帶寬要求，文章介紹的是完全符合上述要求研制的適用于通斷試驗(yàn)的一套電壓測量裝置。

1 低壓電器檢測標(biāo)準(zhǔn)對測量電壓的要求

在低壓電器產(chǎn)品通斷試驗(yàn)時，必須檢測產(chǎn)品的電弧、燃弧時間、恢復(fù)電壓，因此需要對產(chǎn)品的極間電壓和觸頭分?jǐn)嚯妷哼M(jìn)行監(jiān)測。

（1）按照GB14048.1：2012低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分要求，測量電路中與每極觸頭并聯(lián)的電阻應(yīng)不小于100Ω/V，如并聯(lián)電阻過小，會對檢測產(chǎn)品的實(shí)際電弧及熄滅性能產(chǎn)生影響。

（2）在低壓電器短路試驗(yàn)中，大多數(shù)的產(chǎn)品分?jǐn)鄷r間在10ms以內(nèi)，熔斷器分?jǐn)鄷r間最短1ms以內(nèi)，因此行內(nèi)對電壓信號的測量帶寬至少20kHz以上。

（3）低壓電器產(chǎn)品的檢測電壓最高為交流1200V，產(chǎn)品分?jǐn)鄷r產(chǎn)生的過電壓為2000V以上，峰值電壓超過2500V，因此接入測量系統(tǒng)時加入隔離要求。

2 相關(guān)設(shè)備市場調(diào)研

（1）行內(nèi)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)多數(shù)采用專用隔離設(shè)備，而且大部分是進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格極高，每個通道需要人民幣1萬元左右，而其隔離電壓為2000V，還需配合降壓措施配合使用。

（2）瑞士LEM霍爾電壓傳感器采用電流傳感器和分流器配合測電壓，并具有：可測量任意波形的電壓，甚至對瞬態(tài)峰值也能測量、線性度優(yōu)于0.1%等優(yōu)點(diǎn)。但是霍爾傳感器的內(nèi)部原理決定了當(dāng)輸入電流為10mA以下電壓測量時，帶寬遠(yuǎn)低于20kHz。

因此，在低壓電器檢測實(shí)驗(yàn)室的電壓檢測中亟待研制隔離性能高、操作方便、性價(jià)比高的專用檢測設(shè)備。

3 AD215模塊介紹

AD215是美國AD公司出品的模擬信號輸入輸出隔離放大器，是技術(shù)先進(jìn)、功能完整的隔離放大器，大多數(shù)的模擬信號經(jīng)AD215隔離后的動態(tài)性能和頻帶寬度均不受影響。AD215的速度和準(zhǔn)確度可滿足幾乎所有的測量場合的速度和頻帶的應(yīng)用要求，它的額定功率帶寬為120kHz，滿量程線性誤差為0.005%，隔離電壓有效值為1500V，適用于高速模擬信號采集系統(tǒng)。

4 裝置實(shí)現(xiàn)方式

4.1 分壓器設(shè)計(jì)

本裝置中（見圖1），分壓器采用橋式接法，線路中點(diǎn)接地，有效的降低了輸出線路的對地電壓，有利于后續(xù)隔離和采集設(shè)備的安全。分壓器的電阻滿足并聯(lián)的電阻應(yīng)不小于100Ω/V的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此線路中的電流不超過10mA。

輸出電壓使用遙控開關(guān)選檔，目的是當(dāng)輸入電壓變化時，輸出電壓和后續(xù)采集設(shè)備輸入量程匹配。本裝置分壓器設(shè)計(jì)時，按照實(shí)際電壓選擇三個電壓檔位：K11和K12為高壓檔，K11和K12受手持遙控器控制同時接通，K11和K12接通時，分壓比率為（R1+R2+……+R10）/（R1+R2）；K21和K22為中壓檔，K21和K22受手持遙控器控制同時接通，K21和K22接通時，分壓比率為（R1+R2+……+R10）/（R1+R2+R3+R4）；K31和K32為低壓檔，K31和K32受手持遙控器控制同時接通，K31和K32接通時，分壓比率為（R1+R2+……+R10）/（R1+R2+R3+R4+R5+R6）。分壓電阻設(shè)計(jì)：R1=R2；R3=R4；R5=R6；R7=R8；R9=R10。分壓器采用金屬膜電阻，其電感值較小，避免信號相位漂移。

4.2 AD215接法

由于低壓電器通斷檢測是大電流、高電壓試驗(yàn)，電磁干擾較強(qiáng)，且橋式分壓器已有接地點(diǎn)，因此本裝置AD215模塊的接法使用了雙端輸入接法（見圖1）。其優(yōu)點(diǎn)是共模干擾并不影響兩個輸入端之差值，可以通過雙端輸入抵消，相當(dāng)于進(jìn)一步抑制了共模干擾信號。

4.3 遠(yuǎn)程遙控

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際檢測情況，電壓檔位的選擇要求操作方便，性能可靠，故采用4鍵接收無線遙控器，分三個檔位進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（遙控器輸出D0、D1、D2）。該遙控器為再生接收模塊，采用LC振蕩電路，內(nèi)含放大整形，輸出的數(shù)據(jù)信號為解碼后的高電平信號，使用極為方便，另內(nèi)置互鎖功能，四路同時只能有一路輸出，如圖1所示。

5 裝置實(shí)測效果

圖1為裝置總圖的其中一通道，本裝置實(shí)際為四通道，VIN1，VIN2為檢測產(chǎn)品電壓測量點(diǎn)輸出，K11和K12，K21和K22，K31和K32為遙控器輸出驅(qū)動的三組繼電器常開觸頭，Vout1和Vout2為經(jīng)過放大隔離后輸出電壓，可以直接輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

通過信號發(fā)生器，得到數(shù)據(jù)如表1。

6 結(jié)束語

（1）本裝置原理、結(jié)構(gòu)簡單，但結(jié)果顯示直觀、操作方便，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的全范圍測量電壓的需求。

（2）本裝置的原理適用于低壓電器通斷試驗(yàn)的電壓測量，滿足檢測中對速度和隔離的要求。

（3）本裝置實(shí)用效果佳，性價(jià)比高，維護(hù)便捷，適合在低壓電器實(shí)驗(yàn)室通斷、壽命檢測中大量推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]GB14048.1：2012低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第1部分[Z].

作者簡介：林時放（1981-），男，機(jī)電專業(yè)中級工程師，本科學(xué)歷，從事低壓電器檢測工作。