赵筱波:自制精密毫伏信号发生器

职务: 工程师
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仪表及系统产品设计工程师,曾主持热电偶热电阻、仪表盘、精密温控仪、智能调节器、显示仪、水泥包机称重控制器等开发工作,主持锅炉仪表、汽机仪表、隧道窑自控系统、水泥厂包装控制系统等调试工作。

   我在进行工业自动化仪表盘、仪表供电箱、工业自动化仪表保护箱、保温箱及保温箱温度自动控制器、隧道窑温度自动控制装置、锅炉给水自动调节装置等产品研发的同时,也开始了仪表成套工程的现场调试工作,工作中对笨重的现场用电位差计套装深感携带、使用极其不方便,于是,我便和同事合作制作了大量的高精度现场用信号发生器和检定设备。在此分享下我自己设计并制作的高精度毫伏信号发生器,其原理电路如下图所示,图中电路仅仅包括数字设定、D/A转换和基准电源电路,未画运算放大器的失调调整电路和电源等电路。


   根据现场的需要,确定使用温度范围0-45℃,输出量程0-59.999mV,24小时输出漂移小于3uV,最大误差�0.04%。

指标有了,接下来就要进行设计和计算了,如图所示:使用5套BCD码拨盘开关设定输出毫伏值,使用精密线绕和金属膜电阻器实现D/A转换,将BCD码拨盘数字转换成相应的电压输出,再经过分压和零Ω内阻驱动器输出精密毫伏信号。BCD码拨盘开关S1的1代表10mV,BCD码拨盘开关S2的1代表1mV,BCD码拨盘开关S3的1代表0.1mV,BCD码拨盘开关S4的1代表0.01mV,BCD码拨盘开关S5的1代表0.001mV,每组BCD码拨盘开关由8、4、2、1四个开关构成,拨动数字盘四个开关共有10种组合,产生0,1,2…9输出;由6V恒流稳压电源为毫伏发生电路提供基准电压。

   当S1的1开关接到6V基准电源时,在R3、R4之间输出的电压为0.6V,当S1的2开关接到6V基准电源时,在R3、R4之间输出的电压为1.2V,当S1的4开关接到6V基准电源时,在R3、R4之间输出的电压为1.2V,当S1的8开关接到6V基准电源时,在R3、R4之间输出的电压为2.4V,经过R3,R2和R1分压,传递到K1的电压分别是10mV,20mV,,20mV和40mV。这样,当拨盘拨到0时,输出电压为0mV,拨到1时,输出电压为10mV,拨到2时,输出电压为20mV,拨到3时,输出电压为30mV,拨到4时,输出电压为40mV,拨到5时,输出电压为50mV,拨到6时,输出电压为60mV;操作S2的输出按S1的10倍衰减,操作S3的输出按S2的10倍衰减,操作S4的输出按S3的10倍衰减,操作S5的输出按S4的10倍衰减,就可以得到0.000mV至69.999mV的高精度信号,用于现场需要mV信号源的变送器、显示仪表和精密温度调节器等的调试和维修。

   这个电路看上去很简单,但要达到前述的指标,确要下下功夫才行。电路中的电阻R1、R2、R11是使用环氧骨架和沙包镍铬合金丝自己绕制的。先按电路中所以电阻的误差为0进行计算,确定R1为100Ω,R2为35Ω,而R11则需要试验确定。首先绕制100Ω电阻,并用精密电桥进行修正,将其修正到100Ω�0.02%以内,35欧姆电阻则根据输出毫伏值进行修正,拨盘在10.000位置时以输出达到10mV为准。

   R11的确定在恒温室内进行,先将恒温室温度稳定在5℃,按全部拨盘在1、2、3、4、5、6、7、8、9各个位置时D/A电路的平均电阻值用锰铜丝绕制一个模拟负载电阻,然后,用标准电阻箱代替电阻R11,用额外的电源供电,通过改变电阻箱的阻值,使得RA1的电流为5mA,用福禄克的8840A数字万用表测量RA1的稳压值,再调整电阻箱的阻值,使得RA1的电流为30mA,用福禄克的8840A数字万用表测量RA1的稳压值,在坐标纸上描绘出一条RA1的特性直线段,如图所示;再将恒温室温度稳定在40℃,再重复上述的测试,获得另外一条RA1的特性直线段,这两条直线的交叉点既是RA1的零温度系数点,取这个交叉点的电流值修正电阻R11并依此选配RA4,因为RA4的稳压值确定了这个恒流稳压电路的输出电流。



   现在还在用的还有一个,有点旧了,但精度还很好。晒照片一张如下。




还有一个周期变化的毫伏信号发生器,可以调节周期和高低毫伏值,就是精度不高,只有0.2%,但用于维修变送器、数显表、调节器后老化,足够用了,不画图了,晒张照片吧。




   30多年的工控生涯中,参加了很多仪表成套项目的现场调试工作,和现场维修工作,遇到了无数的各式各样的困难,得到了锻炼,也获得了丰富的现场经验。借此工程师节这难得的机会展示展示,再次的感谢工控网,谢谢!

全部评论

  • 梦游神 2016/10/6 9:27:41
    为优秀工程师点赞
  • 阳光 2016/10/3 20:33:28
    真棒
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/10/3 9:27:30
    你最棒
  • 绮雲 2016/10/3 7:16:35
    支持您!
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/10/2 7:02:18
    支持你
  • 淇淇奶奶eew 2016/10/1 6:13:44
    筱波加油
  • 青志信 2016/10/1 6:09:56
    为你骄傲!
  • 迎新 2016/9/30 9:31:12
  • 迎新 2016/9/30 9:31:10
  • 迎新 2016/9/30 9:31:05
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/28 10:03:47
    支持你
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/27 14:57:09
    支持
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/26 14:01:35
    加油
  • 王荔 2016/9/26 0:46:31
    广加油!
  • 淇淇奶奶eew 2016/9/25 6:47:08
    筱波加油
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/24 7:10:23
    你是最棒的
  •   唐·音  2016/9/23 19:06:18
    工程师为我生活的现代化付出了辛勤汗水,辛苦了,谢谢!
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/23 7:10:42
    大家一起为你加油
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/21 17:21:05
    加油
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/21 17:20:43
    加油
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/21 17:20:33
    加油
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/21 17:20:25
    加油
  • 平静 2016/9/21 16:47:13
    加油
  • 平静 2016/9/21 16:47:00
    加油
  • 阳光 2016/9/20 12:39:43
    努力,加油!
  • 平静 2016/9/20 9:30:16
    加油
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/20 6:19:56
    努力
  • 开心快乐每一天董乐欣 2016/9/19 19:56:17
    加油
  • 平静 2016/9/19 9:19:52
    加油!
  • 静莲 2016/9/19 7:52:43
    加油!支持!
  • 绮雲 2016/9/18 9:37:04
    为优秀的工程师点赞!
  • 淇淇奶奶eew 2016/9/17 6:43:27
    祝筱波成功
  • 淇淇奶奶eew 2016/9/17 6:42:05
    祝筱波成功
  • 快乐者 2016/9/10 15:46:15
    赵筱波有技术有能力有才艺有厨艺。点赞
  • 普罗旺斯 2016/9/8 6:27:38
    支持小风哥哥