電壓測量模塊的設(shè)計(jì)

　　分壓電路的設(shè)計(jì)

　　經(jīng)分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)測試設(shè)備工作時，通過檢測其64路電壓信號可全面監(jiān)測到各功能模塊的電壓和電阻狀態(tài)參數(shù)，其中電阻阻值的測量原理上仍然是測量電壓。一個標(biāo)準(zhǔn)電壓U0先經(jīng)過一個已知電阻R0，再串聯(lián)到被測電阻Rx上，因此只需測出電阻Rx上的電壓Ux，由歐姆定律可知：

　　故被測電阻Rx的值為：

　　其中U0、R0為已知，Ux為被測電壓，故由式(2)很容易算出Rx的值。

　　由于DIAMOND-MM-AT對電壓信號輸入范圍要求為-10V~+10V，而測試設(shè)備電壓信號的范圍為0~170V，為保證A/D轉(zhuǎn)換器正常工作，需將不同幅值的輸入電壓信號調(diào)整到0~10V范圍內(nèi)，因此需將大于10V的電壓信號進(jìn)行衰減。要實(shí)現(xiàn)電壓衰減通常要用到電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。分壓電路的電壓衰減量為輸出電壓Ui′與輸入電壓Ui之比，設(shè)R2C2的并聯(lián)阻抗為Z2，R1C1的并聯(lián)阻抗為Z1，當(dāng)衰減器元件參數(shù)滿足R1C1= R2C2的關(guān)系時，分布電容的影響就可不予考慮，此時衰減器的分壓比為：

　　輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的電壓值為：

　　為減小對被測信號的影響，R2和R1通常取值較大，而A/D的輸入阻抗Ri的值并非無窮大，所以實(shí)際輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的電壓為：

　　由式(5)和式(6)可知，如果A/D的輸入阻抗值Ri和R2接近，將會給測量結(jié)果帶來較大誤差。解決的方法是在分壓網(wǎng)絡(luò)與A/D轉(zhuǎn)換器之間加一個電壓跟隨器，由于電壓跟隨器的輸入阻抗很大，Ri近似于無窮，因此，Ri對測量結(jié)果的影響可忽略不計(jì)，改進(jìn)的分壓網(wǎng)絡(luò)電路如圖3所示。

　　設(shè)計(jì)中為了減小因電阻分壓帶來的誤差，電路中的分壓電阻統(tǒng)一采用精度為1%的金屬膜電阻。跟隨器隔離之后，采樣電路對原始信號的影響降低到了最低程度。

　　電壓信號的隔離

　　考慮到電壓信號要求測量其幅值，因此不能采用隔離開關(guān)信號的方式來實(shí)現(xiàn)電壓信號的隔離，本系統(tǒng)采用了美國AD公司生產(chǎn)的高速耦合隔離放大器AD215芯片來實(shí)現(xiàn)電壓信號的線性隔離。設(shè)計(jì)中AD215主要是用來實(shí)現(xiàn)信號隔離，因此其放大倍數(shù)設(shè)為1:1。