您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
電壓型高精度直流傳感器標(biāo)定測(cè)試系統(tǒng)方案
一、系統(tǒng)概述
在重離子加速系統(tǒng)中，大部分磁鐵采用的是獨(dú)立供電方式，即單塊磁鐵由單臺(tái)勵(lì)磁電源供電，這對(duì)勵(lì)磁電源的輸出性能(即線性度、穩(wěn)定度)和輸出電流回采的檢測(cè)精度提出了更高的要求，而影響達(dá)到這一要求的關(guān)鍵部件就是電源中所使用的直流傳感器(DCCT)。
DCCT是電源反饋和回采的核心部件，在磁鐵電源設(shè)計(jì)中，為了提高后期維護(hù)成本大量使用了電壓型DCCT。由于其中器件的參數(shù)存在有差異，使得各個(gè)DCCT的性能指標(biāo)(包括零點(diǎn)偏移、增益、線性度和穩(wěn)定度)存在一定誤差。為了檢測(cè)這一誤差并將其校正到允許范圍內(nèi)，我們?cè)O(shè)計(jì)研制了高精度直流傳感器DCCT標(biāo)定測(cè)試系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)功能
該測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)基于軟件控制的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，主要由PC工控機(jī)、8位半數(shù)字萬(wàn)用表、超高精度直流傳感器和高精度直流穩(wěn)流電源構(gòu)建而成。
主要的功能包括：
1)檢測(cè)DCCT的性能指標(biāo)，包括:零點(diǎn)偏移、增益、線性度、穩(wěn)定度
2)通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)DCCT對(duì)比，校正被測(cè)試DCCT的輸出參數(shù)，使零點(diǎn)偏移和增益相對(duì)誤差小于10PPM;
3)用于檢測(cè)穩(wěn)流磁鐵電源輸出電流穩(wěn)定度
三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
如圖1功能框圖所示，工控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字I/O卡和18位高精度D/A轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電源輸出電流值的數(shù)字給定，并根據(jù)測(cè)試的需要設(shè)定給定電流的上/下限值，和給定電流的升降步長(zhǎng)、速率。
用標(biāo)準(zhǔn)DCCT和被測(cè)試DCCT對(duì)電源輸出電流同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量得到的模擬電壓值，由計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB卡控制數(shù)字多用表和多路選通器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出DCCT的測(cè)量結(jié)果，并實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，同時(shí)以文件形式進(jìn)行保存，以便于進(jìn)行深入的分析處理。
將計(jì)算機(jī)分析計(jì)算出的被測(cè)試DCCT的參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)DCCT參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果，通過(guò)調(diào)節(jié)DCCT自身的參數(shù)校正電路進(jìn)行參數(shù)校正。
此外，可以利用系統(tǒng)中的數(shù)字多用表和多路選通器對(duì)直流磁鐵電源輸出電流穩(wěn)定度進(jìn)行檢測(cè)，并將測(cè)試數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存和分析處理.
四、硬件及軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)磁鐵電源性能的需要，DCCT各項(xiàng)參數(shù)的誤差要求控制在土1×10-5范圍之內(nèi)，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件時(shí)，選用和研制了許多高精度、高穩(wěn)定性的儀器和設(shè)備，包括8½數(shù)字萬(wàn)用表、超高精度直流傳器和高精度直流穩(wěn)流電源。
4.1 8½數(shù)字萬(wàn)用表
為了能將DCCT各項(xiàng)參數(shù)在士1×10-5范圍之內(nèi)的變化量測(cè)量出來(lái)，要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有更高的精度和穩(wěn)定性。目前市場(chǎng)上有兩種成熟的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一種是傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表(DVM)配多路選通器通過(guò)GPIB卡與計(jì)算機(jī)通訊，其特點(diǎn)是底噪聲，高分辨率，高精度，但采樣速率較慢，另一種是時(shí)下發(fā)展很快的板卡式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ)其特點(diǎn)是采樣速率高，響應(yīng)快，開(kāi)發(fā)方便，但分辦率基本都在16位左右，相應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，不能滿足要求。因此我們選用了FLUKE公司研制的一款8508A 型參考級(jí)8½位數(shù)字多用表。 8508A 特別適宜于在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用，提供優(yōu)異的測(cè)量不確定度、低噪聲和低漂移,配備有一塊10通道的多路選通器，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)DCCT同時(shí)進(jìn)行測(cè)量的需要。
4.2標(biāo)準(zhǔn)DCCT
要對(duì)被測(cè)試DCCT的參數(shù)進(jìn)行校正，就需要有個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，為此我們選用了 HITEC公司生產(chǎn)的ULTRACC型DCCT。它是一款于高性能測(cè)量的裝置，其具有高穩(wěn)定性，小于0.25ppm/K的溫度系數(shù)，和優(yōu)于2.5p0m的線形度。
4.3標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電源
標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電源作為被測(cè)試DCCT的測(cè)量對(duì)象，其性能指標(biāo)需在DCCT各項(xiàng)參數(shù)誤差的范圍之內(nèi)，否則，將無(wú)法測(cè)量出DCCT的真實(shí)參數(shù)，所以要求電源輸出電流的分辨率和穩(wěn)定度指標(biāo)達(dá)到≤1×10-5根據(jù)要求研制了一臺(tái)2000A/3V的直流穩(wěn)流電源電源采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，前級(jí)為零壓軟開(kāi)關(guān)PWM移相全橋逆變整流電路，用于提供預(yù)穩(wěn)壓電源，后級(jí)采用調(diào)整管進(jìn)行線形調(diào)節(jié)，輸出穩(wěn)定直流，此種設(shè)計(jì)減小了電源體積，提高了電源效率，也減小了開(kāi)關(guān)電源輸出電壓紋波對(duì)電流穩(wěn)定性的形響。為了達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，使用了18位高精度D/A轉(zhuǎn)換器AD760作為電源的給定器件，經(jīng)測(cè)試AD760的有效分辦率達(dá)到4x10-6。為了更進(jìn)一步提高穩(wěn)定性，AD760使用了LZ1000作為外接基準(zhǔn)源，LTZ1000是種具有極低溫的電壓基準(zhǔn)源，它的使用，降低了溫度對(duì)電源穩(wěn)定性的影響電源還設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)控?cái)?shù)字量給定接口，可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行給定設(shè)置，并且輸出電流在額定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)用8位半數(shù)字電壓表( FLUKE8508A 型)和標(biāo)準(zhǔn)DCCT( HITEC-ULTRACC)對(duì)電源在20％，50％，80％和100％額定輸出電流的穩(wěn)定度進(jìn)行8h測(cè)試
直流電流技術(shù)指標(biāo)
4.4軟件設(shè)計(jì)
上層PC機(jī)的應(yīng)用程序，用于對(duì)測(cè)試系統(tǒng)硬件的控制、數(shù)據(jù)采集和顯示。它的基本功能包括:
1)控制電源和數(shù)字多用表，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;
2)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;
3)以文件格式保存采集的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。