專利名稱：一種無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種本安設(shè)備開發(fā)過程中的模擬火花放電過程的裝置，尤其是一種無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置。
背景技術(shù)：
隨著石油、化工、冶金等工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)安全已引起了社會各界的普遍重視。特別是由于生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和自動化程度的不斷提高，在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)現(xiàn)場將不可避免的產(chǎn)生爆炸性物質(zhì)的泄漏，形成爆炸性危險場所。這給包括自動化儀表在內(nèi)的各類電氣設(shè)備的安全應(yīng)用增加了困難。本質(zhì)安全型防爆形式不僅具有結(jié)構(gòu)簡單，適用范圍廣，而且還具有易操作和維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此這種抑制點(diǎn)火源能量為防爆手段的本安防爆已為儀表制造商和用戶接受。由于本安電氣設(shè)備的優(yōu)越特點(diǎn)，人們越來越期望在煤礦綜合自動化系統(tǒng)的控制、通信設(shè)備中采用本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。目前，本質(zhì)安全型電路主要通過在指定實(shí)驗(yàn)條件下，利用規(guī)定的火花實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行爆炸實(shí)驗(yàn)來判定。工程技術(shù)人員在研制過程中為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的本安電路是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求，必須到有資質(zhì)的專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行火花放電實(shí)驗(yàn)，不僅周期長、費(fèi)用高，而且實(shí)驗(yàn)通過率與實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)、水平，實(shí)驗(yàn)環(huán)境等外在因素有關(guān)，造成了本安電路設(shè)計(jì)難度大，限制了本安設(shè)備的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置，解決本安電源進(jìn)行火花放電實(shí)驗(yàn)測試時，測試周期長、費(fèi)用高的問題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本裝置由電源 ^、可變電阻&、場效應(yīng)晶體管MOSFET、采樣電阻乓和負(fù)載裝置L組成，電源4輸出
接入可變電阻& ,可變電阻足的兩端反并聯(lián)有續(xù)流二極管J可變電阻足輸出接場效應(yīng)晶體管MOSFET的柵極，場效應(yīng)晶體管MOSFET的漏極接負(fù)載裝置“場效應(yīng)晶體管 MOSFET的源極接采樣電阻乓，負(fù)載裝置￡和采樣電阻代另一端接回電源^，場效應(yīng)晶體管MOSFET的柵極和漏極之間接有平波電阻~和平波電容。所述的電源Zg由供電端。、脈寬調(diào)制器UC3842、變壓器T1、光電耦合器PC817、可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431以及電阻、電容和二極管器件組成，其中變壓器T1由兩個原邊繞組#p、 Λ；和一個副邊繞組^組成，供電端&負(fù)極接地，供電端G的正極通過電阻盡與脈寬調(diào)制器UC3842的I端相連，并通過由電阻^、Cc電容和二極管VD￡組成的RCD鉗位電路與變壓
器1\的繞組相接，變壓器T1的繞組凡通過二極管VD1、二極管VD2整流和電容Cf2、電容
Q濾波后連接到脈寬調(diào)制器UC3842的Kc端；脈寬調(diào)制器UC3842的Out端通過電阻2 觸
發(fā)開關(guān)管Q，開關(guān)管Q的漏極接入變壓器T1的副邊繞組Λ；，開關(guān)管Q的源極通過電阻接
地；脈寬調(diào)制器UC3842的Cs端通過電阻、電容C接地；脈寬調(diào)制器UC3842的RT/CT端
接有電阻^和電容Cr ；采樣電阻代的上端通過電阻^接到運(yùn)算放大器的同向輸入端，運(yùn)
算放大器的反向輸入端接地，運(yùn)算放大器的同向輸入端和輸出端之間接有電阻4，運(yùn)算放
大器的輸出端接到脈寬調(diào)制器UC3842的Comp端；變壓器T1的副邊繞組Λ；通過二極管VD3
接到該無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置的輸入端，二極管VD3兩端并聯(lián)有串聯(lián)的電容C1和
電阻戰(zhàn)，二極管VD3的陰極通過電阻^接到光電耦合器PC817原邊的陽極；光電耦合器 PC817原邊的陰極接到可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陰極，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陽極接地， 可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陰極和基準(zhǔn)極之間接有串聯(lián)的電容C4和電阻冬，可調(diào)分流基準(zhǔn)
源TL431基準(zhǔn)極和地之間接有可調(diào)電「且Ψ ；光電耦合器PC817副邊的集電極接到脈寬調(diào)制
器UC3842的Comp端，光電耦合器PC817副邊的集電極通過電阻尾接到脈寬調(diào)制器UC3842 的Vref端，光電耦合器PC817副邊的源極接地；脈寬調(diào)制器UC3842的1 端和GND端接地。有益效果由于采用了上述方案，火花放電過程模擬裝置利用場效應(yīng)晶體管 MOSFET開通過程模擬電路的短路故障；當(dāng)場效應(yīng)晶體管MOSFET開通時，場效應(yīng)晶體管MOSFET兩端的電壓緩慢下降，同時場效應(yīng)晶體管MOSFET兩端的電流先急劇增加而后下降，形成尖峰；調(diào)節(jié)電源&和可變電阻使通過場效應(yīng)晶體管MOSFET兩端的電壓
和電流的變化率滿足實(shí)際要求的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)模擬火花放電過程。本裝置降低了本質(zhì)安全電路在研發(fā)階段因?qū)鸹c(diǎn)燃效果不明確的情況需要多次進(jìn)行火花實(shí)驗(yàn)而增加的成本，有效地減少研發(fā)周期，得到簡單的火花點(diǎn)燃的電壓電流波形，達(dá)到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點(diǎn)能夠模擬火花放電過程，代替爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)本安性能以及進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)，縮短本安產(chǎn)品研制周期，降低開發(fā)成本，為本安性能的檢驗(yàn)提供了簡便的參考手段。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
電路結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例波形圖。圖中1、電源 ；2、可變電阻& ;3、續(xù)流二極管；4、平波電阻^ ;5、平波
電容。；6、場效應(yīng)晶體管M0sfet ；7、負(fù)載裝置￡ ；8、采樣電阻乓；9、場效應(yīng)晶體管 MOSFET兩端的電壓波形；10、通過場效應(yīng)晶體管MOSFET兩端的電流波形。
具體實(shí)施例方式
下面以具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例1 本裝置主要由電源4 1、可變電阻足2、場效應(yīng)晶體管MOSFET 6、采
樣電阻乓8和負(fù)載裝置￡ 7組成，電源/g 1輸出接入可變電阻& 2，可變電阻乓2的兩
端反并聯(lián)有續(xù)流二極管￡) 3，可變電阻旲2輸出接場效應(yīng)晶體管M0SFET 6的柵極，場效應(yīng)晶體管MOSFET 6的漏極接負(fù)載裝置￡ 7,場效應(yīng)晶體管MOSFET 6的源極接采樣電阻乓8，負(fù)載裝置￡ 7和采樣電阻乓8另一端接回電源1,場效應(yīng)晶體管MOSFET 6的柵極和漏極之間接有平波電阻& 4和平波電容Cgd 5。所述的電源& 1由供電端&、脈寬調(diào)制器UC3842、變壓器T1、光電耦合器PC817、 可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431以及電阻電容二極管器件組成，其中變壓器T1由兩個原邊繞組Λ；、凡和一個副邊繞組^組成。供電端&負(fù)極接地，供電端&的正極通過氏與脈寬調(diào)制器UC3842
的I端相連，并通過由電阻民、電容Q和二極管ν )ε組成的RCD鉗位電路與變壓器T1的
繞組 相接，變壓器T1的繞組i\a通過二極管VD1、二極管VD2整流和電容C2、電容Q濾波
后連接到脈寬調(diào)制器UC3842的1端；脈寬調(diào)制器UC3842的Out端通過電阻觸發(fā)開關(guān)
管Q，開關(guān)管Q的漏極接入變壓器T1的副邊繞組#p，開關(guān)管Q的源極通過電阻代i接地；脈寬
調(diào)制器UC3842的Cs端通過電阻i 1Q、電容C接地；脈寬調(diào)制器UC3842的RT/CT端接有電阻
^和電容Cr ；采樣電阻乓8的上端通過電阻馬接到運(yùn)算放大器的同向輸入端，運(yùn)算放大器選擇LM308，運(yùn)算放大器LM308的反向輸入端接地，運(yùn)算放大器LM308的同向輸入端和輸出端之間接有電阻乓，運(yùn)算放大器LM308的輸出端接到脈寬調(diào)制器UC3842的Comp端；變
壓器T1的副邊繞組^通過二極管VD3接到該無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置的輸入端，二極
管VD3兩端并聯(lián)有串聯(lián)的電容C1和電阻爲(wèi)，二極管VD3的陰極通過電阻E9,接到光電耦合
器PC817原邊的陽極；光電耦合器PC817原邊的陰極接到可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陰極，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陽極接地，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陰極和基準(zhǔn)極之間接有串聯(lián)的
電容C4和電阻乓，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431基準(zhǔn)極和地之間接有可調(diào)電阻^ ；光電耦合器
PC817副邊的集電極接到脈寬調(diào)制器UC3842的Comp端，光電耦合器PC817副邊的集電極通
過電阻乓接到脈寬調(diào)制器UC3842的Vref端，光電耦合器PC817副邊的源極接地；脈寬調(diào)
制器UC3842的Fb端和GND端接地。所述的電源/g 1為該裝置提供電能；采樣電阻& 8用于調(diào)節(jié)待模擬的火花放電強(qiáng)度；場效應(yīng)晶體管MOSFET 6用于代替原復(fù)雜昂貴的火花放電實(shí)驗(yàn)設(shè)備，檢測通過場效應(yīng)晶體管MOSFET 6的電壓變化率和電流變化率，從而判斷火花等級是否安全；所述的負(fù)載裝置i 7可以是電阻、電感和電容的組合，以適應(yīng)各種不同類型負(fù)載。使用時，通過調(diào)節(jié)電源4 1和可變電阻& 2，檢測場效應(yīng)晶體管MOSFET 6兩端的電壓波形9和通過場效
應(yīng)晶體管MOSFET 6兩端的電流波形10并分析它們的變化率，對比實(shí)際要求的指標(biāo)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的本安電路是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)模擬火花放電過程。本實(shí)施例采用反激變換器拓?fù)?，器件選型如下采用100-375V供電端，所述的可
變電阻& 2阻值范圍取0-100 Ω，平波電阻^ 4阻值取2 Ω，平波電容Cgd 5取值范圍為0-10 μΡ，脈寬調(diào)制器選擇UC3842，光電耦合器采用PC817，電位器乓的阻值范圍取 0-100 kQ ,可調(diào)分流基準(zhǔn)源采用TL431，電阻乓、R3取值為IOk Q ；運(yùn)算放大器選擇LM308。在電源/ε 1中，由供電端『丨、變壓器Tl、光電耦合器PC817、電位器茂、可調(diào)分流
基準(zhǔn)源TL431和脈寬調(diào)制器UC3842組成，該電源/g 1為本發(fā)明所述的無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置供電，根據(jù)上述所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和器件選型，無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置供電的輸入端能得到12-36V的直流電壓。使用時，通過調(diào)節(jié)供電端&、電位器戰(zhàn)和可變電阻
Rs 2，檢測場效應(yīng)晶體管MOSFET 6兩端的電壓波形9和通過場效應(yīng)晶體管MOSFET 6
兩端的電流波形10并分析它們的變化率，對比實(shí)際要求的指標(biāo)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的本安電路是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求，達(dá)到無觸點(diǎn)模擬火花放電過程的目的。
權(quán)利要求
1.一種無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置，其特征是本裝置由電源可變電阻&、場效應(yīng)晶體管MOSFET、采樣電阻尺和負(fù)載裝置一組成，電源^輸出接入可變電阻&，可變電阻足的兩端反并聯(lián)有續(xù)流二極管‘可變電阻&輸出接場效應(yīng)晶體管MOSEET的柵極，場效應(yīng)晶體管MOSFET的漏極接負(fù)載裝置“，場效應(yīng)晶體管 MOSFET的源極接采樣電阻乓，負(fù)載裝置￡和采樣電阻乓另一端接回電源4 ,場效應(yīng)晶體管MOSFET的柵極和漏極之間接有平波電阻^和平波電容C^。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置，其特征是所述的電源 ^由供電端《、脈寬調(diào)制器UC3842、變壓器T1、光電耦合器PC817、可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431 以及電阻、電容和二極管器件組成，其中變壓器T1由兩個原邊繞組#p、#a和一個副邊繞組Λ； 組成，供電端K負(fù)極接地，供電端&的正極通過電阻民與脈寬調(diào)制器UC3842的Fcc端相連，并通過由電阻代、Q電容和二極管VDe組成的RCD鉗位電路與變壓器T1的繞組相接，變壓器T1的繞組Ta通過二極管VD1、二極管VD2整流和電容Ci2、電容Cf3濾波后連接到脈寬調(diào)制器UC3842的&端；脈寬調(diào)制器UC3842的Out端通過電阻觸發(fā)開關(guān)管Q，開關(guān)管Q 的漏極接入變壓器T1的副邊繞組Λ；，開關(guān)管Q的源極通過電阻式！接地；脈寬調(diào)制器UC3842 的Cs端通過電阻、電容C接地；脈寬調(diào)制器UC3842的RtZCt端接有電阻乓和電容Ct ；采樣電阻代的上端通過電阻馬接到運(yùn)算放大器的同向輸入端，運(yùn)算放大器的反向輸入端接地，運(yùn)算放大器的同向輸入端和輸出端之間接有電阻乓，運(yùn)算放大器的輸出端接到脈寬調(diào)制器UC3842的Comp端；變壓器T1的副邊繞組^通過二極管VD3接到該無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置的輸入端，二極管V^D3兩端并聯(lián)有串聯(lián)的電容(^和電阻巧，二極管VID3的陰極通過電阻爲(wèi)接到光電耦合器PC817原邊的陽極；光電耦合器PC817原邊的陰極接到可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陰極，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陽極接地，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的陰極和基準(zhǔn)極之間接有串聯(lián)的電容Q和電阻乓，可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431基準(zhǔn)極和地之間接有可調(diào)電阻馬；光電耦合器PC817副邊的集電極接到脈寬調(diào)制器UC3842的Comp端，光電耦合器PC817副邊的集電極通過電「且、接到脈寬調(diào)制器UC3842的Vref端，光電耦合器 PC817副邊的源極接地；脈寬調(diào)制器UC3842的1 端和GND端接地。
全文摘要
一種無觸點(diǎn)火花放電過程模擬裝置，屬于本安設(shè)備開發(fā)過程中的模擬火花放電過程的裝置。本裝置由電源、可變電阻、場效應(yīng)晶體管、采樣電阻和負(fù)載裝置組成，電源輸出接入可變電阻，可變電阻的兩端反并聯(lián)有續(xù)流二極管，可變電阻輸出接場效應(yīng)晶體管的柵極，場效應(yīng)晶體管的漏極接負(fù)載裝置，場效應(yīng)晶體管的源極接采樣電阻，負(fù)載裝置和采樣電阻另一端接回電源，場效應(yīng)晶體管的柵極和漏極之間接有平波電阻和平波電容。優(yōu)點(diǎn)能夠模擬火花放電過程，代替爆炸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)本安性能以及進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)，縮短本安產(chǎn)品研制周期，降低開發(fā)成本，為本安性能的檢驗(yàn)提供了簡便的參考手段。
文檔編號G01R31/14GK102508138SQ20111031090
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者于月森, 伍小杰, 何慧君, 馮海兵, 劉杰, 夏晨陽, 左東升, 張望, 李世光, 謝冬瑩 申請人:中國礦業(yè)大學(xué), 徐州寶迪電氣有限公司