直流电阻测试仪的设计开题报告

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1、 毕业设计(论文)开题报告题 目： 直流电阻测试仪的设计 学 院： 电气信息学院 专 业： 电子科学与技术 学生姓名： 李兴顶 学 号： 201001180111 指导老师： 李延平 2015年 03 月19日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一、 引言：电阻测试仪，是电气安全检查与接地工程竣工验收不可缺少的工具。在这个高科技发展的时代，电气行业的光景日新月异。在工程实践中，常常需要测定某些高导电材料的电阻率。在科学研究中，也经常把电阻率测量当成一种对材料

2、的结构和物质形态变化进行监测的手段。但是有些高导电材料的电阻很小，采用实验室一般仪器，在很多情况下是无法测量的，而市场上微电阻测量仪器的价格又非常昂贵。二、 概述：在理论的电路理论分析中，常常是从“理想”的角度去看待和分析问题，比如经常因为忽略了传输导线本身的电阻，或者传输导线形成的电容电路。这就造成了很多小电阻由于电阻过小而被忽略。也便使得在实际的电路操作分析运行和电路测试过程中常常会碰到由于忽略某些小电阻的影响引起实验数据与理论值之间存在较大误差，从而影响到测试效果。这类情况大多是因为忽略了小电阻造成的。例如电感器、变压器中往往存在铜电阻，地铁铁轨的电阻；由于其数值较小，一般的指针万用表无

3、法测量出来。这类电阻数值很小，但对整个电路结构的影响是很大的，所以在做精度、准确度、与实际的结合度要求很高的情况下，有必要对这类电阻进行精确测量以保证整体电路结构和设计的准确性。由于这些电阻其数值较小，一般的指针万用表无法测量出来，通常我们在实验室里会用电桥进行测量，通过连线组成单桥、三端电桥、双桥、非平衡电桥，采用二端法、三端法、四端法三种测量方法，但是电桥操作手续复杂较烦，又不能直接读出被测电阻的阻值，针对这种情况，设计了各种电阻测试仪。电阻测试仪，是电气安全检查与接地工程竣工验收不可缺少的工具。包括接地电阻测试仪、绝缘电阻测试仪、接地电阻测试仪、直流电阻测量仪、表面电阻测试仪以及回路电阻

4、测试仪。回路电阻测量仪（RX变压器回路电阻测试仪）适用于测试高低压开关的主触头接触电阻值，高低压电缆线路的直流电阻值等。智能回路电阻测试仪采用100A恒流输出。最高输出电压达10V（常规仪器的2-3倍）可采用载面细的测试线，减轻现场测试人员的劳动强度。但这种测试仪依然存在比较大的问题，有待改善。比如，测量精度较小，人机交互不方便，所以综合考虑，利用单片机的优势进行设计。设计中要完成对电阻的测量，可以采用欧姆定律（伏安法则），通过R=V/I来测量和计算。因此设计中得到的有效数据必然为电压值V和电流值I,所以对电阻的测量需要先把待测量放进一个完整的电路结构中作分析。要得到结果和构建完整的电路图，同

5、时由于整体电路和系统结构较为复杂，可以先将总体的系统结构细化，模块化，逐步功能模块实现来完成各单个功能模块的设计，再利用通讯传输结构将各个模块统一为完整的系统结构。在测量过程中，由于待测微电阻上信号电压肯定会比噪声电压小得多，被淹没后如何提取电阻上的信号电压是设计过程中的关键，这便造就了整个设计的难点，要求对微电阻进行测量的放大器的分辨率高、线性度好、输入阻抗高、漂移低、抑制噪声和抗干扰能力强。因为在系统的整体电路中,要考虑微电阻输出的电压信号小,测量的精度要求高,就需要电路中是性能很高的直流放大器。为此在设计中就要确保电路为一种低噪声、低漂移、灵敏度较高的放大器电路，同时在设计的电路中做到要

6、有持续稳定的纯电路信号为后续单片机的采样和计算提供依仗。因此对于微小电阻的测量，总体思路就应该是围绕对于被测电阻上的信号电压进行放大，再经过A/D转换作为单片机的输入信号，然后利用单片机的处理功能对信息进行处理和信息的转移输出。设计基本原理是采用在被测电阻上通过已知的恒定电流,取出被测电阻上的压降，经放大器放大转换为03V直流电压，然后送入A/D转换的输入端，经单片机处理，最后经过液晶显示器直接显示电阻阻值。对于硬件电路采集的数据信号，获取后送入单片机，经过单片机的微处理器处理后送入显示。此时，对于单片机的各个配置和引脚或中断初始化，都要通过软件预先处理，所以在实现测试小电阻的过程中，要有合理

7、的软件程序，对数据信号进行处理和对单片机配置进行初始化。参考文献1 赵伟军.Protel99 SE教程.人民邮电出版社.20042 张万奎.模拟电子技术.湖南大学出版社.20043 张克农.数字电子技术基础.高等教育出版社.20034 王兆安，刘进军.电力电子技术(第5版).机械工业出版社.20095 中华人民共和国电力工业部.电力设备预防性试验规程.中国电力出版社.19976 甄旭锋.电力变压器直流电阻快速测量的研究.华北电力大学.20067 梁海泉，张逸成，杨挺.电力变压器直流电阻快速测试仪的设计.测控技术.20078 国家质量监督检验检疫总局.回路电阻测试仪、直阻仪.中国计量出版社.20

8、099 中华人民共和国发展和改革委员会.回路电阻测试仪与直流电阻快速测试仪检定规程.中国电力出版社.200510 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.电子工业出版社.200911 张翔.变压器直流电阻异常的原因及对策.上海电力.201112 蒋焕文，孙续.电子测量.中国计量出版社.198813 曾国宏，王立文.电力变压器绕组电阻的微机自动测试.北方交通大学.199114 （美）Pong P. Chu. Embedded SoPC Design with Nios II Processor and Verilog Examples15 （美）（Vijayaraghavan,S.）,(Rama

9、nathan,M.）System Verilog Assertions. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告1 课题的目的与意义测量变压器绕组的直流电阻是一个很重要的试验项目。电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的，不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。它是电网的稳定和安全运行的直接保障，一旦变压器出现故障，就需要拉闸限电，甚至会出现大面积的停电事故，从而造成巨大的无法挽回的经济损失。所以电力变压器

10、从生产到安装再到投入运行，其质量问题和故障检测都直接影响到人们的正常的生活和工作。在电力变压器的生产、安装、例行检修、不定期检查以及故障排查时都需要对变压器绕组直流电阻进行检测，以保证变压器能够正常运行。2 课题发展现状和前景展望目前变压器直流电阻测量的方法有电压降法、电桥法和三相绕组测量法三种：（1）电压降法：其原理是在被测电阻中通以直流电流，测量该电阻上的电压降，根据欧姆定律即可算出被测电阻值。测量绕组直流电阻时，对每相绕组进行直流电阻的测量，然后利用测量数据，计算得出线圈的直流电阻。在不具备电桥的地方，一般采用这种测量方法。因为每相绕组可以等效成电阻和电感的串联电路，在接通电源后，电感中

11、电流从零逐渐增加，最后达到一稳定数值，电感两端电压则从零忽然增加到电源电压，然后逐渐下降到稳态值，需要一个过渡过程，过程的长短取决于电路的时间常数。这种方法的主要缺点是需要较长的时间才能测到准确值。（2）电桥法：电桥法分为单臂电桥法和双臂电桥法两种，原理都是利用检流计、电池、标准电阻进行测量。其中单臂电桥法的成本低，但是测量误差较大，测量时间很长；而双臂电桥法虽然改善了单臂电桥的引线误差问题，使得测量精度大大提高，但是测量时间还是很长。（3）三相绕组同时加压法：即在变压器的三相绕组同时加电压，同时测量每相的直流电阻。三相绕组同时加电压时，在每相绕组中通入的电流从零开始增加，由右手螺旋定则可知，

12、三相电流在每个铁心柱中产生的磁通方向不同，它们的作用相互抵消，结果是使铁心中的合成 磁通近似为零。这使电感值L大为减小，因此时间常数也就降为最低，测试时电流变化的过渡过程大为缩短，短时间内便能获得稳定的电流值，进而求出绕组的直流电阻值。此方法是根据楞次定律，使各相电流所产生的磁通在铁心中相互抵消，合成磁通为零，从而减小电感L值，使电路的时间常数减小，即减少了测量直流电阻的时间，提高了工作效率。在测量时，还应考虑绕组电阻的大小受温度影响的因素和直流电阻的不平衡率等问题。早期用来测量直流电阻的仪器QJ42和QJ44根据的原理是电桥法测直流电阻。这类仪器的直流电桥的测试电流为毫安级,用于测量变压器线

13、圈直流电阻时,往往不能反映真实情况,造成错误的判断。比如1984年6月12日,武安变电站进行电气设备预防性试验时,用QJ42型双臂电桥测量变压器侧线圈的直流电阻时,线圈的直流电阻平衡很好。然而变压器油样的化验结果却存在严重问题，氢气、乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等气体组分均严重超标。根据色谱分析结果,吊芯检查发现,该变压器35kV侧B相线圈中性点连接处,存在趋于烧断的严重缺陷。随后研究的电桥法测量仪器结合了数字技术，比如QJ84A，其具有操作简便和读数醒目的特点，但在性能参数上并没有很大改进。在测量具有高电感和低电阻双重特性的电力变压器绕组直流电阻时，像QJ42、QJ44和QJ84A这类电桥

14、法测量仪的测量时间长，附加误差大，优势不明显，其更多运用于普通电阻的在测量当中。我们也有理由相信，直流电阻测试仪在未来的发展，将会“更准、更快、更实用，与全世界人民的生活工作密不可分。3 课题的主要内容和要求本课题研究的是直流电阻测试仪的设计。采用典型的四线制测量法。以期提高测量电阻（尤其是低阻）的准确度。程控恒流源、程控前置放大器、A/D转换器构成了测量电路的主体。中央控制单元通过控制恒流源给外部待测负载施加一个恒定、高精度的电流，然后，将所获得的数据（包括测试电压、当前的测试电流等）进行处理，得到实际电阻值。课题要求基本如下：1 恒流源输出：1A-10A； 2 ADC分辨率10位以上； 3

15、 液晶或数码管显示测量值。4 研究方法、步骤和安排设计制作一种测量变压器等小电阻的电阻测试仪。具有液晶、键盘等外设，测量使用1A10A恒流源，高精度的AD采样，计算出电阻值，设计其硬件系统。硬件设计主要用到恒流源设计与控制，电流信号采样处理，时钟芯片，液晶显示器，键盘控制等资源的安排与分配。收集相关资料，查阅参考文献；了解硬件设计要求，熟悉各个元器件的功能；学习Protel相关知识；设计硬件原理图；设计程序软件；学习protues+keil的软件仿真；系统硬件调试。具体的步骤如下：（1） 完成系统设计的总体结构（2） CPU的选型（3） 显示部分模块选择（4） 按键的设定（5） AD转换器（6） 恒流源电路结构进度安排及完成时间：1、第一周至第二周：查阅资料、撰写文献综述和开题报告； 2、第三周至第四周：毕业实习； 3、第五周至第六周：学习单片机； 4、第七周至第八周：各参数测试算法研究； 5、第九周至第十一周：完成系统硬件电路的设计； 6、第十二周至第十三周：完成单片机程序的编写； 7、第十四周至第十五周：撰写设计说明书； 8、第十六周：毕业设计答辩 。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日