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本质安全栅稳压特性微机测试装置

文档作者：孟庆海朱金龙张刚文档来源： (1．煤炭科学研究总院抚顺分院 2．中国矿业大学 3．南阳防爆电气研究所		点击数：	更新时间： 2021年07月12日
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2OO7，3
则是根据最大开路电压和最大短路电流查对应曲
线得到的。因此，安全栅的防爆参数中需要被检
测的参数有：安全栅的最高输入电压、最高开路电
压和最大短路电流。
微机测试装置通过对安全栅的输出电压和电
流进行测量，可以直接得到安全栅的实际最高开
路电压和最高短路电流。以实际测量得到的数据
作为判断安全栅安全性能的必要补充才是合理
的。
l 微机测试装置的硬件设计
微机测试装置主要用于测量安全栅输出端的
电压和电流，并将测量值实时显示。装置的硬件
框图如图1所示。
电源模块 时问
模块
l屯压羽曩单元 A／D 单片机
I屯流潮量单元lc=≯ 转换器 89C52
键盘 E=0
图1 微机谢试装置硬件结构框图
时钟采用DS12887日历时钟芯片。ADC采用
MAX197，MAX197是12位模数转换芯片，选择0～
5 v的模拟量输入量程，那么它的测量精度可以
达到0．12％，那么利用安全栅的开路电压计算安
全栅的最大外接电容时电压只能精确到0．1 V，
所以NAX197在精度上完全可以满足测量要求。
而且MAX197的转换时间非常短，只有6bts，有利
于捕捉到安全栅输出时的电压突变值，对提高微
机测试装置的性能至关重要。显示模块使用的是
OC咐(奥可拉中文集成模块)c系列液晶显示模
块。
1．1电压、电流测量
安全栅微机测试装置是要得到安全栅的最高
开路电压和最大短路电流参数，因此，装置中必须
有可靠、准确的电压和电流测试通道。系统中电
压和电流测量通道的电路如图2所示。
开路电压经R8、R9分压后再经过一个高频
滤波电路输人电压跟随电路。R8、R9分别是
9MI')和1MI')的精密金属膜电阻(误差为0．5％ 一
l％)，组成准确的1110分压电路。系统中选用的
ADC的模拟量输入范围是0—5 V，所以图2(a)所
示的电压测量通道理论上可以测量的开路电压范
围是0—50 V。通常的安全栅输出电压是24 V或
者更低，有些输出电压可达30 V左右，因此将开
路电压的测量范围设置在0—50 V是能够满足测
量要求的，而且留有裕量。
A
A
(a) 开路电压测量通道
(b) 短路电流测量通道
图2电压和电流测试通道电路图
2 系统软件设计
主程序流程图如图3所示。
Co
DC
图3 主程序流程图
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《电气防爆》2OO7，3 本质安全栅稳压特性微机测试装置 9
3 微机测试装置检测安全栅的方法
在使用微机测试装置检测安全栅之前，首先
要启动装置并进行功能选择，使系统处于测试功
能，同时系统界面为电压、电流测量界面。由于装
置是对电压和电流信号循环采样，所以不论是测
量电压或电流，系统都会实时显示测量值，因为短
路电流和开路电压不可能同时测量，所以显示界
面上一次只有至多一个有效测量数据显示，而另
一个数值在理论上应为0。
图4 微机测试装置检测安全栅连接图
在检测安全栅时，先将电压测量通道或电流
测量通道的两个输入端连接到安全栅的输出端
(即本安端)，要确保极性接法正确。然后在安全
栅的输入端(即非本安端)施加最高允许输入电压
Um，通过显示界面观察安全栅本安端的最高开路
电压和短路电流。若被检安全栅是电阻保护式
的，则在施加最高允许电压时仍能正常工作，而且
输出开路电压和短路电流均不应该超过安全栅铭
牌上的规定值；若安全栅是熔断器保护的，则熔断
器会烧断，但是在熔断器烧断前，安全栅的输出电
压应该被限制在稳压管的最大稳压值以内，否则
说明名牌上标注的安全栅最高允许电压偏高，应
适当降低，或者说明安全栅不合格。
在验证了安全栅能够承受铭牌上标注的最高
允许电压后，在安全栅的输入端施加工作电压或
干扰电压(其值在最高允许电压值以内)，观察安
全栅的开路电压及短路电流。通过对安全栅开路
电压和短路电流的测量，来检验安全栅铭牌上的
标定值是否符合实际情况。若检测的开路电压与
短路电流和铭牌上的最高输出电压和最高输出电
流一致，则铭牌上的Co和 o应该是合格的，即
安全栅的稳压特性或安全性能是合格的；若检测
的开路电压、短路电流和铭牌上的最高输出电压
和最高输出电流不一致，则Co和Lo就不准确，
即安全栅不合格。
4 抗干扰设计
为了使安全栅微机测试装置能够可靠工作，
系统中也采用了一些抗干扰措施。电压、电流测
量电路使用了高输入阻抗运算放大器CA3140，大
大提高了电路的输入阻抗，提高了测量的准确度
和灵敏度。在所有IC的工作电压输入端都对地
接了0．1 的滤波电容，减小了高频信号对Ic
的影响。使用了看门狗芯片MAX813L，使单片机
程序“跑飞”时能够自动复位，同时还有欠压保护
功能，使系统在欠压时等待，防止系统在欠压时运
行程序出错或采集数据误差太大。因为系统中存
在模拟信号，所以系统有两个接地。布线时，两个
接地分开走线，最后在一点相连，尽量减小数字接
地和模拟接地之间的干扰。
软件抗干扰方面，单片机在采集电压、电流值
时，采用均值滤波算法，使采集的数据更加稳定和
准确。
参考文献
[1]张燕美，李维坚．本质安全电路设计[M]．北京：煤炭
工业出版社，1992．
[2]汪淳，俞哲．稳压管作过压保护对本安电路安全性能
的影响[J]．煤矿机电，1999，5：15～16．
[3]张俊涛，王长安．12b MD转换器MAX197及其应用
[J]．现代电子技术，2OO4，27，(19)：76—77．
[4]朱金龙．安全栅稳压特性及其微机测试装置研究[D]．
江苏：中国矿业大学，2OO7．

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