漆包線軟化擊穿試驗儀系統(tǒng)設計

徐立娟

（長沙民政職業(yè)技術學院 電子信息工程學院，長沙 410004）

0 前言

我國年產(chǎn)漆包線30 WT以上，漆包線是繞組電線的一種，廣泛應用在電機、家用電器上.漆包線品質(zhì)在一定程度上決定著電器的質(zhì)量和使用壽命.漆包線的性能應滿足產(chǎn)品的設計要求、運行要求.目前對漆包線的檢測主要有機械性能檢測、熱性能檢測、電性能檢測、耐化學性能檢測.熱老化試驗、熱沖擊實驗以及耐熱軟化擊穿實驗均屬于熱性能檢測.漆包線的熱性能檢測是檢測漆包線的絕緣漆膜在高溫和受壓力作用下塑化變軟的能力［1］，漆包線熱性能對預防電起火有重要作用.電性能檢測主要是檢測漆包線的直流電阻、擊穿電壓和針孔性.

目前常見的漆包線軟化擊穿試驗儀溫控系統(tǒng)大多由一體化溫控表構成，該溫控系統(tǒng)能滿足漆包線檢測溫度控制的要求，但無法調(diào)節(jié)升溫速度，即無法調(diào)節(jié)漆包線檢測儀每分鐘的溫度增加量.

為滿足調(diào)節(jié)漆包線檢測儀的升溫速度要求，文中以89C55微處理器為核心設計了智能軟化擊穿試驗儀的硬件電路，并給出了系統(tǒng)的軟件流程圖.

1 系統(tǒng)硬件電路設計

1.1 系統(tǒng)硬件電路框圖

為有效檢測漆包線的耐軟化擊穿性能，智能軟化擊穿試驗儀系統(tǒng)硬件電路主要由89C55單片機控制模塊、信號調(diào)理電路、驅動電路、冷卻電路、按鍵電路及液晶顯示電路構成.其硬件電路框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.2 信號調(diào)理電路

K型熱電偶的輸出電壓為0～55 mV，該信號經(jīng)信號調(diào)理電路濾波、放大轉換為0～10 V的電壓信號送入單片機的輸入端口作為實際溫度值.系統(tǒng)電路中較復雜的電路為信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路如圖2所示.

圖2 信號調(diào)理電路

IN+、IN-分別接K型熱電偶的測量端和冷端，信號調(diào)理電路利用三極管的P-N結特性對熱電偶的冷端進行補償.三極管基極與發(fā)射極之間的電壓Ube=uf+r*Tr與環(huán)境溫度的變化一致，其中：uf≈0.6V，r≈ -2mV/K，Tr為環(huán)境溫度.

第一級運放為差動運放，得：

由式（1）至（4）有：

由冷端補償原理可知，ΔU只與熱電偶測量端溫度Ts有關.故由式（5）有：

取RL7=RL4=150 Ω，RPWL1為472高精度可調(diào)電阻.

由（7）得，RL6＝7350Ω，取6.8 kΩ.

取 RPWL1＝2350，由（6）得，RL3＝60 kΩ，取62kΩ.為使PN結正常工作，設流過PN結的電流為200μA，則有：

得：RL5＝13 kΩ.

信號調(diào)理電路將輸入信號進行冷端補償后放大500倍，K型熱電偶經(jīng)冷端補償后的熱電勢可近似為E≈0.04 mV/K，放大后，E≈20 mV/K.50～350℃的溫度，其電壓范圍為1～7 V.

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 離散PID控制算法

數(shù)字PID控制是一種在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的控制方法［2］，在溫度控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用［3-6］.單片機只能識別數(shù)字量，是一種離散控制，故需將模擬PID控制律轉化為離散PID控制，其表達式為：

式中：Kp為比例系數(shù)，k為采樣序號，k＝0，1，2，……；u(k)為本次控制量；e(k)為本次偏差；e(k-1)為上次偏差.

離散PID控制算法的程序流程圖如圖3所示.

圖3 離散PID控制算法流程圖

2.2 系統(tǒng)軟件流程圖

漆包線軟化擊穿試驗是用來檢測漆包線在一定負荷下所能承受的高溫時長以及試樣是否擊穿，系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示，PID控制采用離散PID控制.

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

3 智能軟化擊穿試驗儀樣機研制

智能軟化擊穿試驗儀由電阻爐、加壓負荷、冷卻風扇、液晶顯示、按鍵模塊、控制電路等組成.樣機如圖5所示.

圖5 智能軟化擊穿試驗儀樣機

系統(tǒng)調(diào)試步驟為：①信號調(diào)理電路進行調(diào)零.在冰水混合物中插入K型熱電偶，調(diào)節(jié)RPWL1，使運放輸出約為0 V；②在正常大氣壓下，將K型熱電偶置入沸水中，調(diào)節(jié)RPWL1，使運放輸出約為2 V，反復多次得到信號調(diào)理電路的放大倍數(shù)；③對K型熱電偶的數(shù)據(jù)進行標定；④按操作步驟對試驗儀進行操作與檢驗，直至達到預定要求.

4 結論

文中分析了智能軟化擊穿試驗儀的功能，針對系統(tǒng)功能提出了離散PID控制的試驗儀設計方案.以單片機為核心設計了相應的控制電路和軟件流程，著重分析了K型熱電偶信號調(diào)理電路.所設計的智能軟化擊穿試驗儀克服了以往軟化擊穿試驗儀的不足，采用集成模塊控溫模式，能完成升溫法試驗，在成本上有較大優(yōu)勢，同時系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠.