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【關鍵詞】四大管道;支吊架;設計;檢驗
The design principles and inspection methods of four main pipes’ supports and hangers for power station boilers
Tang Qi
(Zhejiang Special Equipment Inspection and Research Institute, Zhejiang Hangzhou 310020)
Abstract:This paperfocuses on the issues about four main pipes’ (main stream, hotreheat steam, coldreheat steam and feedwater)supports and hangers for power station boiler.The design principles, types of pipe supports and hangers and the theory of pipe stress analysis are summarized. Meanwhile, the main flow and contents of inspection methods are expressed. The common problems and solutionsduring the inspectionare also presented.
Key words: four main pipes; supports and hangers; design; inspection
1.概述
電站鍋爐中,主蒸汽、高溫再熱蒸汽、低溫再熱蒸汽和給水管道并稱為四大管道。這些管道長期在高溫高壓狀態下運行,其安全性能主要取決于運行狀態、管道材質以及受力狀態,運行狀態和管道材質都是由工作要求來決定的,而受力狀態則主要取決于管道布置及沿程支吊裝置的設置。支吊架是管道系統的重要組成部分,其主要作用是承受管道荷載、限制管道位移和控制管道振動。隨著大容量、高參數機組的不斷發展,四大管道的管徑、壁厚及保溫層厚度都隨之增加,這就對這些管道上的支吊架提出了更高的要求。如果在一組支吊架中出現部分支吊架過載或失效,將造成管道各支吊點工作載荷發生轉移,使得整組支吊架不能按設計要求運行,從而引起管道局部應力增大造成裂紋或破損,從而嚴重威脅機組安全。因此,對支吊架進行合理設計與調整,使管道受力均衡,應力水平滿足工作要求,消除存在的缺陷和安全隱患,延長管道的使用壽命在近年來越來越受到重視[1,2]。
2.管道支吊架設計與選用
2.1 基本原則
管道支吊架的設計主要遵循以下幾個原則[3,4]:
(1)按照支吊架設計中對于跨距的要求,控制支吊架間距,以保證其撓度不超過限制。同時支吊架位置的確定還必須考慮現場的實際條件,確保支吊架可生根于鋼架結構或地面上;
(2)支吊架的設置還應滿足管系的柔性要求,利用管系的自支撐與補償能力,合理布置及分配支吊架。對于某些有特殊要求的位置,則需利用支吊架有效控制管道的縱向及橫向位移;
(3)具體到某一位置的支吊架類型及結構,則應根據該支承點管道材質、保溫層厚度、載荷大小與方向及管道位移情況來進行選擇。
2.2 支吊架類型
管道支吊架類型主要包括承重支吊架、限位支吊架和振動控制支吊架[5]。
承重支吊架主要用于承受管道的重量,包括剛性支吊架、變力彈簧支吊架和恒力彈簧支吊架。剛性支吊架用于管道無垂直位移或垂直位移很小的地方,變力彈簧支吊架用于管道垂直位移較小的地方,而恒力彈簧支吊架則用于管道垂直位移較大的地方。
限位支吊架主要用于限制管道的自由位移,包括限位裝置和導向支架。限位裝置主要用于限制管道某一方向的位移,導向支架則用于引導管道在某一方向的位移,而同時控制其它方向的位移。
振動控制支吊架則主要用于控制管道的振動和沖擊,主要包括減振器和阻尼器。
2.3 管道應力分析
管道應力分析的任務是在完成管道走向布置和支吊架位置選擇后,計算在外部載荷(自重、溫度等)作用下,管道的變形、應力分布及對端點設備的推力是否符合使用條件,從而評估管道使用的安全性。
在管道應力分析中,將管道應力分為兩種:一次應力和二次應力。一次應力是指由管道內壓、自重和其他持續外載所產生的應力;二次應力是指由熱脹、冷縮和其它位移約束而產生的應力。通過管道應力分析,應當保證管道的一次應力和二次應力均在許用范圍內[6,7]。
(1)管道的一次應力,不得大于鋼材在計算溫度下的基本許用應力:
σL=pDi2/(Do2-Di2)+0.75iMA/W≤1.0[σ]t
式中,σL為管道一次應力,Mpa;p為設計壓力,Mpa;Do為管道外徑,mm;Di為管道內徑,mm;MA為管道自重和其它持續外載作用在管道橫截面上的合成力矩,N?mm;W為管道截面抗彎矩,mm3;[σ]t為鋼材在設計溫度下的許用應力,Mpa;i為應力增強系數。
(2)管道的二次應力,應滿足以下計算式:
σE=iMC/W≤f[1.2[σ]20+0.2[σ]t+([σ]t-σL)]
式中,σE為管道二次應力,Mpa;MC為按全補償值和鋼材在20℃時的彈性模量計算的,熱脹引起的合成力矩,N?mm;[σ]20為鋼材在20℃時的許用應力,Mpa;f為修正系數;修正系數f與電廠在預期運行年限內管道全溫度周期變次數N有關。當N≤2500時,f=1;當N>2500時,f=4.78N-0.2。
管道應力計算的對象為即為電站鍋爐四大管道,由于計算量較大且計算復雜,管道應力分析一般采用軟件(如CAESAR II等)計算來進行。應力分析計算時對主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、低溫再熱蒸汽管道、高/低壓旁路蒸汽管道和高壓給水管道進行1:1建模。其中主蒸汽管道、高壓旁路管道和低溫再熱管道連接在一起計算,高溫再熱管道和低壓旁路管道連接在一起計算。通過計算獲得管道各支吊點的載荷與位移、端點位移和應力分布,從而驗證管道設計及使用的安全性。
3.管道支吊架檢驗
3.1 檢驗流程及主要內容
當電站管道支吊架設計安裝完成,管道投用之后,為確保管道長期安全的運行,就應該定期對管道支吊架進行檢驗。管道支吊架檢驗流程主要包括資料審查,支吊架熱態檢查,支吊架冷態檢查,管系應力計算,提出調整方案進行工程實施及驗收等步驟,主要檢查內容如下[8,9]:
(1)資料審查:收集設計資料,包括管線布置圖,支吊架明細表和材料匯總表等,繪制管道單線圖。逐一對支吊架進行核查,檢驗實際安裝的各支吊架位置、型號是否與設計相符。
(2)支吊架熱態檢查:在機組正常運行狀態下利用望遠鏡、相機及刻度尺等工具對支吊架進行檢驗。檢查彈簧支吊架內部機構是否卡死,是否存在過載或失載,記錄熱位移情況;檢查剛性支吊架是否失載;檢查支吊架管部、根部的連接是否牢固,吊桿偏斜角度是否正常;檢查限位裝置及阻尼器狀態是否正常。
(3)支吊架冷態檢查:在機組停爐狀態下對支吊架進行檢查。檢查工具及檢驗內容與熱態檢查相同。
(4)管道應力計算:根據管道設計資料結合現場支吊架實際情況對管系進行應力校核計算,為支吊架調整提供必要的理論支持;
(5)綜合分析設計資料及支吊架冷熱態檢驗、應力分析情況,提出整改方案并進行工程實施及驗收。
3.2 檢驗中的常見問題
支吊架狀態異常會導致支吊架功能失效,從而影響管系的峰值應力大小及分布,造成管系局部應力增加且影響鄰近支吊架的載荷分布或對端點設備造成較大的推力,影響管道的安全運行。支吊架狀態檢查中的常見問題[10,11]有:
(1)管道及支吊架位移受阻。管道、支吊架與附近管道或設備卡碰嚴重,影響管道的正常熱膨脹。
(2)支吊架吊桿偏斜嚴重,吊桿松動不承力,吊桿斷裂;支吊架管部或根部出現裂紋、損壞等。
(3)支吊架類型選擇不當或使用錯誤,應使用變力或恒力彈簧支吊架的位置,使用了剛性吊架,造成管道位移受阻,造成管道或支吊架損壞。
(4)變力彈簧支吊架狀態異常。彈簧壓縮不足,支吊架欠載、甚至脫載;或彈簧過度壓縮,支吊架過載。
(5)變力彈簧支吊架安裝時的定位銷或卡塊未拔除,實際上變為了剛性吊架使用,影響管道正常熱位移。
(6)恒力彈簧支吊架狀態異常。位移指針不在工作范圍,指針完全卡在上極限或下極限等,造成載荷轉移,影響鄰近其它支吊架的受力情況。
(7)限位裝置、導向支架、滑動支架異常。限位裝置剛性支撐支點脫離,導向支架導向錯誤、位移受阻,滑動支架滑動受阻、失載等。
(8)阻尼器失效,油系統與工作位移異常,承受管道工作載荷。
3.3 主要調整方法
針對在支吊架狀態檢查中的發現的問題,結合管道應力計算的理論支持,就可以對存在問題的支吊架采取相應的調整維護措施,使其恢復到有效的工作狀態[10,12]。主要的調整方法包括:
(1)對于應力分析中發現使用有誤的支吊架,應當進行更換和重新選型,滿足管系的應力要求。
(2)對熱位移受阻的支吊架進行重新設計和安裝,保證管道與支吊架、管道與設備不發生卡碰。
(3)對于吊桿偏斜過大,斷裂的支吊架,進行重新偏裝,生根。對管部或根部出現裂紋的支吊架進行修復或更換。
(4)對于支吊架類型安裝錯誤的,應進行更換,恢復為設計狀態。
(5)對于過載或失載的變力彈簧支吊架應調整花籃螺絲,使其恢復至正常工作位置。
(6)安裝時未拔除定位銷或卡塊的變力彈簧支吊架應拔除定位銷或卡塊,恢復其正常功能。
(7)對于位移指針不在工作范圍,卡在上極限或下極限的恒力彈簧支吊架,應當調整花籃螺絲,使其恢復至工作位置。
(8)對于狀態異常的限位裝置、導向支架、滑動支架和阻尼器,應進行更換和修復。
4.結語
電站鍋爐四大管道支吊架的設計與檢驗正越來越受到重視,是確保電站鍋爐安全運行的重要環節。本文主要討論了電站鍋爐上四大管道:主蒸汽、高溫再熱蒸汽、低溫再熱蒸汽和給水管道支吊架的相關問題。主要分為兩個部分,第一部分是支吊架的設計與選用:總結了支吊架設計的基本原則,列舉了支吊架的類型與選用方法,介紹了管道應力分析的原理及作用。第二部分是支吊架的檢驗:給出了支吊架檢驗的主要流程和內容,列舉了支吊架檢驗過程中遇到的常見問題,并給出一些了解決方法。
參考文獻
[1]谷敬澤.汽水管道支吊架問題分析及調整措施.河北電力技術,2006,25(4): 35-37.
[2]李國斌,張書俊,劉玉春.支吊架零部件重量及吊零方式對彈簧選型和管道應力分析的影響.鍋爐制造,2008, 1:73-76.
[3]彭進.管道設計中支吊架的正確設置.煉油設計,1999, 29(5): 54-58.
[4]陳昊.管道設計中關于管道應力的分析與考慮.科技信息,2009, 16: 317-318.
[5]劉國印,張蘭青.管道支吊架設計及注意事項.價值工程, 2010, 19: 83-84.
[6]黎雄.火電廠鍋爐汽水管道應力計算研究.現代商貿工業, 2010, 8: 286-287.
[7]李彥萍.霍州電廠主蒸汽管道應力分析及優化設計.華北電力大學碩士學位論文, 2013, 1.
[8]李慶釗,馬崇, 杜箏,于立達.管道應力分析及失效支吊架調整對策. 華北電力技術, 2008, 7: 9-11.
[9]楊錚.電站鍋爐管道支吊架的檢驗調整.中國設備工程,2010, 8: 34-35.
[10]安慧,安付立,韓光輝,王軍民.發電機組管道支吊架常見問題分析及處理.熱力發電, 2012, 41(11): 80-82.
[11]趙星海,鄭明秀,魏春明,辛國華,倪紹一.火電廠蒸汽管道支吊架失效問題的研究.鍋爐技術,2010, 41(3): 5-7.
[12]任杰,李世明,任飛.330MW機組鍋爐管道支吊架故障分析及調整.發電設備,2013, 27(3): 197-199.
關鍵詞:電路設計;接地設計;電源控制器
前言
當今社會,隨著汽車的普及,自燃事故頻發,其中由電路短路引發起火是汽車自燃的主要原因之一。目前汽車電路的設計方法是用車身鈑金或車架等金屬件作為公用接地,即:將蓄電池的負極線和電器負載的負極線都接到車身鈑金或車架等金屬件上,利用車身鈑金或車架等金屬件的導電性,形成了蓄電池正極經電器負載、再由車身鈑金或車架等金屬件到蓄電池負極的回路。該設計方法的缺陷是電器負載的電源線絕緣層一旦出現磨損,就會通過車身鈑金或車架等金屬件和蓄電池負極直接導通,造成電路短路,輕則保險熔斷,重則起火自燃。本文提出的汽車電路設計方法,使用負極連接裝置取代車身鈑金或車架等金屬件作為整車公共接地,并且增加了電源斷路控制器和斷路執行器。斷路控制器實時監測整車電路工作狀態,在出現短路的情況下,控制斷路執行器能夠切斷整車電源供電,從而避免了由電路短路引發的汽車自燃的危險,提高的汽車的安全性能。
1、目前的汽車電路設計
如圖1所示,目前汽車電路的設計思路是蓄電池正極輸出電源,經過電器負載,再由車身鈑金或車架等金屬件回到蓄電池負極,形成完整的電路回路。這種電路設計的優點在于汽車車身或車架的任意位置都可以作為公共接地,方便電器負載就近搭鐵,既簡化了裝配流程,又可節約汽車線束成本。但是這種電路設計有一個缺陷,當電器負載的電源線絕緣層磨損后觸碰到車身鈑金或車架等金屬件,蓄電池正負極就會直接連通,導致汽車電路短路。
2、提升汽車安全性的電路設計
2.1電路原理
如圖2所示,本文提出的汽車電路設計在原有電路的基礎上,增加了負極連接裝置、斷路控制器和斷路執行器。其工作原理如下,在汽車電路正常工作的情況下,蓄電池正極輸出電源,經斷路執行器進入電器負載,再由負極連接裝置回到蓄電池負極,形成完整的回路。當某個電器負載電源線的絕緣層出現磨損后,碰觸到車身鈑金或車架等金屬件,會將高電平信號傳輸到斷路控制器。斷路控制器接收到信號后,控制斷路執行器斷開蓄電池正極電源,保護汽車電路。7-負極連接裝置;8-斷路控制器;9-斷路控制器圖2改進后的汽車電路設計原理。
2.2電路實現
如圖3所示,負極連接裝置中包含螺栓螺母、導電板、絕緣板。導電板和絕緣板固定在一起,通過螺栓螺母裝在車身鈑金或車架上,絕緣板將導電板和車身鈑金或車架進行隔離,導電板作為公共接地將電器負載和蓄電池負極連接在一起。斷路執行器是由一個線圈和常閉觸點組成。初始狀態時,線圈不帶電,蓄電池正極通過常閉觸點向電器負載提供電源。斷路控制器為CD4013雙D觸發器[1],控制器針腳A為輸入電源,針腳B為NPN三極管的發射極,針腳C接收高電平觸發信號,針腳D為NPN三極管的集電極。初始狀態時,針腳Q1輸出低電平至NPN三極管的基極,集電極和發射極不導通,斷路控制器針腳B和針腳D斷開;當針腳C接收到高電平并發送給CLOCK1針腳,針腳Q1輸出低電平至NPN三極管的基極,集電極和發射極導通,斷路控制器針腳B和針腳D導通。該電路工作邏輯如下:汽車電路正常工作時,斷路控制器針腳B和針腳D不導通,斷路執行器線圈不帶電,蓄電池正極通過常閉觸點向電器負載提供電源。當汽車上電器負載的電源線絕緣層磨損碰觸到車身鈑金或車架等金屬件,控制器針腳C會通過信號采集線接收到高電平信號,將斷路控制器的陣腳B和針腳D導通,斷路執行器線圈得電,常閉觸點斷開,蓄電池停止為汽車電器負載供電。根據雙D觸發器CD4013的特性,斷路控制器針腳C接收到一次高電平信號后,針腳Q1會一直輸出高電平,控制器針腳B和針腳D的導通,保證在破損的電源線更換前,整車始終處在切斷電源的狀態[2]。在檢修汽車故障時,斷開蓄電池正極線,斷路控制器失去供電電源,雙D觸發器CD4013的Q1端口恢復到低電平狀態,針腳B和針腳D斷開,斷路執行器觸點恢復初始閉合狀態。再斷開斷路控制器的信號采集線,重新接上蓄電池正極線,蓄電池為整車電器負載供電,進行線束漏電檢修。當短路問題排查解決后,再將斷路控制器的信號采集線重新連接,汽車電路恢復到正常工作狀態。
3、結束語
本文提出的汽車電路設計有兩個優點:一方面,當電器負載的電源線絕緣層磨破碰觸到車身鈑金或車架等金屬件后,斷路控制器可以及時切斷整車供電電源,消除發生短路自燃的隱患;另一方面,即使斷路控制器不切斷整車電源,由于負極連接裝置和車身鈑金或車架有絕緣板隔離,也不會導致汽車電路短路。當然,對于發動機ECM和變速箱TCU這類不能隨便斷電的重要零部件可以單獨從蓄電池正極直接引電,防止在汽車行駛過程中斷路控制器監測到電路短路突然切斷電源導致車輛熄火的隱患。
參考文獻
[1]王卿;淺談器件CD4013[J];新余高專學報;2005年02期
關鍵詞:數控直流電源;穩壓電源;電壓源;電流源
中圖分類號:TM461文獻標識碼:A文章編號:10053824(2013)04006707
0引言
數控直流穩壓電源應用非常廣泛,是學習電子信息工程、通信工程、機電一體化、電氣自動化等電類專業學生必然涉及到的一個電工電子課程設計項目。全國大學生電子設計競賽曾于第一屆A題、第二屆A題和第七屆F題(電流源),全國首屆高職院校技能競賽樣題以及省級院校競賽都有涉及,用來檢驗學生的電子設計能力,可見其普遍性。
雖然較多論文都涉及,但電路設計的多樣性以及制作經驗篇幅鮮少,不足以使讀者完成作品并舉一反三。筆者參閱數十篇關于數控直流電源系統的設計,發現許多很難讀懂的問題。例如,給出參數設計輸出達20 V電壓,但運放直接驅動達林頓管明顯無法輸出達22 V以上。又如,通篇無關緊要的內容,唯獨缺少比較放大環節設計及關鍵電路的完整連接,也就是說DAC輸出到調整管之間內容匱乏,這也是本文解決問題的初衷。
直流穩壓電源按照功率管工作狀態,分為線性穩壓電源、開關穩壓電源2種。鑒于電類專業課程設計的需要,本文重點解析線性穩壓電源之關鍵設計,如與OP放大器設計聯系密切的部分,希望對讀者制作該項目或寫論文有所幫助。
1設計要求的性能指標與測試方法
1)輸出電流IL(即額定負載電流),它的最大值決定調整管(三端穩壓器)的最大允許功耗PCM和最大允許電流ICM,要求:IL (Vimax-Vomin)
2)根據輸出電壓范圍和最大輸出電流的指標,U/I可計算出等效負載阻值。例如,輸出電壓要求達30 V,最大輸出電流1 A,因此模擬負載應滿足從幾Ω到30 Ω之間,調整管耗散功率應滿足30 W以上,考慮加散熱片。
1.2質量指標
紋波電壓:是指疊加在輸出電壓Uo上的交流分量。在額定輸出電壓和負載電流下,用示波器觀測其峰一峰值,Uo(p-p)一般為毫伏量級,也可以用交流電壓表測量其有效值。紋波系數是紋波電壓與輸出電壓的百分比。設計中主要涉及濾波電路RLC充放電時間常數的計算。一般在全波式橋式整流情況下,根據下式選擇濾波電容C的容量:RL?C=(3-5)T/2,式中T為輸入交流信號周期,因而T=1/f=1/50=20 ms;RL為整流濾波電路的等效負載電阻。
穩壓系數Su和電壓調整率Ku均說明輸入電壓變化對輸出電壓的影響[2],因此只需測試其中之一即可。電源輸出電阻ro和電流調整率Ki均說明負載電流變化對輸出電壓的影響[2],因此也只需測試其中之一即可,具體操作參照指標的定義來實施。
2.2DAC接口電路的設計
2.3調整管控制電路、電壓采樣與電流采樣電路的
2.4ADC接口電路的設計、同時具備電壓源與電流源功能的設計
2.6具備電壓預置記憶存儲部分的設計
2.7保護電路的設計
2.8.2濾波電路的設計
3結語
曾經查閱數十篇類似穩壓電源電路圖,深感模擬電路設計的重要性。本文將電壓源與電流源的設計方案同時羅列,便于讀者理解設計要領。重點解析DAC輸出后的電路設計,圖中電壓、電流數據全部基于proteus交互式仿真完成。電路設計的連貫性、采樣電路取值、運放電路與驅動電路設計等,是同類論文較少論述的環節,可以有效解決目前存在的諸多問題,有助于讀者提高電路解析能力。僅此拋磚引玉,希望本文的設計能對讀者在實際工作中有所幫助,不當之處請多指教。
參考文獻:
[1]高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程――基本技能訓練與單元電路設計[M].北京:電子工業出版社,2007.
[2]鄧堅,楊燕翔,齊剛. 數控直流穩壓電源設計[J].計算機測量與控制,2008,16(12):19911993.
[3]楊秀增,黃燦勝. 基于Nios II的高精度數控直流穩壓電源設計[J]. 電子設計工程,2009,17(9):4749.
[4]許艷惠. 一種智能化高精度數控直流電源的設計與實現[J]. 微計算機信息,2007,23(32):136138.
[5]DAC0832手冊.National Semiconductor Corporation DS005608[EB/OL].(20020120)[20121011]. http:///product/dac0832.
[6]岡村迪夫.OP放大電路設計[M].王玲,徐雅珍,李武平,譯.北京:科學出版社,2004.
[7]鈴木雅臣.晶體管電路設計(上)[M].周南生,譯.北京:科學出版社,2004.
[8]江海鷹,孫王強,孫杰,等. 實用高精度數控直流電流/電壓源[J].濟南大學學報:自然科學版,2006,20(3):249251.
[9]彭軍.運算放大器及其應用[M].北京:科學出版社,2008.
[10]清華大學電子學教研組.模擬電子技術基礎簡明教程[M].3版.北京:高等教育出版社,2006.
[11]黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,2011.
[12]陳光明,施金鴻,桂金蓮.電子技術課程設計與綜合實訓[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.
關鍵詞:滑動變阻器;限流式電路;分壓電路
0 引言
滑動式變阻器是一種基本且簡單的電器元件,其工作原理為通過滑動改變滑動變阻器接入電路部分的電阻線長度,從而達到調節電阻的作用。了解滑動變阻器在系統機房電路中的作用,從而正確選擇滑動變阻器的控制電路,對保障系統機房電路具有重要的意義。
1 限流式電路
(一)限流式電路設計方式及其選擇
限流是滑動變阻器的作用之一,根據滑動變阻器在電路中限制電流的作用,滑動變阻器的控制電路也需要選擇限流式電路設計。在實際設計過程中限流式電路(電源內阻不計,電源壓恒定不變),變阻器Ro分別有A、B、C三個接口,將接口A和C接入電路,將接口C在接口A和B之間來回滑動,通過改變回路內的電阻起到改變通過回路內的電流量,最終達到降低電源Rf的電壓。
(二)限流范圍
當開關S閉合后,Rf負載電壓Uf和通過的電流If分別為■U和■,當接口C逐漸移至接口A后,RAC=0,電壓Uf的值達到最高,Uf=U,最大電流If=■。當接口C移至接口B,滑動變阻器RO全部接入回路,則RAC=R,Rf的電壓達到最小值,Uf=■U、If=■U。回路內電流在■。從限流式電流設計的限流范圍可以看出,RO與Uf、If的調節范圍保持正相關關系,當U和Rf值不變,Uf、If的調節范圍隨著RO值變大而變大。
2 分壓電路
(一)分壓電路設計
分壓是滑動變阻器的另一主要作用,如滑動變阻器發揮分壓作用,其電路設計也應采用分壓電路,分壓電路設計方式。首先,將滑動變阻器的接口A和B分別接入電路內電源的兩極,接口C與負載Rf相連,負載Rf連接滑動變阻器接口A。閉合開關S后,滑動變阻器的電壓值為電源電壓UBC=U,且UAB等于接口A和C的電壓以及接口A和B的電壓的和,UBC=UAC+UAB,此時輸出電壓Uf=UAC,因此可以將電壓Uf作為UAB的一部分。
(二)分壓電路調節范圍
通過設計結構可以看出,Uf=■U(R`=■),通過簡化公式可的到Uf=■U。將接口 C逐漸向接口A滑動,RAC的值為0,且RBC的值即為Ro,此時Uf達到最小值,Uf=0。當接口C滑動至接口B,RAC的值為0,輸出電壓Uf的值最大,既Uf=U。總之,隨著接口A向接口B或接口C滑動,回路電流If、Io、I總的變化規律如下:If=■U;Io=■U;I總=■U。(RAC為自變量,0《RAC《RO)。從If和I總的變化規律公式可以看出,隨著接口C向接口B移動,If的變化范圍在0-=■之間,I總的變化范圍在■-(+)之間變動。
3 限流式電路和分壓電路比較
雖然兩種控制電路都具有調節電流和電壓的作用,但是兩者調節電流及電壓的范圍不同。分壓電路與Ro無關,而限流式電路與Ro有關,因而分壓電路的調節范圍大于限流式電路。在相應的電流調節范圍內,分壓電路調節范圍在0■,而限流式電路的調節范圍為■■,從兩個控制電路消耗對功率的需求來看,分壓電路的支路更多,在同一滑動變阻器調節下,分壓消耗的電能更多;如若Rf>Ro,限流式電路的Uf的最大值與最小值差距較小,調節電壓的范圍不大,因而電流調節范圍也不大,無法達到調節電流和電壓的目的。
4 結語
綜上所述,限流式電流和分壓電路各有特點。因此,只要了解有限電路電力和分壓電路的優缺點以及調節范圍,再結合系統機房電路對調節電流和電壓的范圍、工作功率等相關因素,即可選出正確的控制電路設計方式,保證電路安全、高效地進行。
結合實際,我在教學中概括出三點設計思路:一、先確定測量電路,后確定控制電路。二、依量程選儀器,據阻值定結構。三、注意儀器配置,便于實際操作。
一、先確定測量電路,后確定控制電路
被測電阻Rx是整個實驗的中心。因此選擇儀器及電路設計要以被測電阻Rx的阻值、額定電流和額定電壓為前提。再就是電源和控制電路的配合使用,能夠給被測電阻提供電能,并保證安全和足夠的調節范圍。因此,應該先確定測量電路,然后確定控制電路和電源。
(1)測量電路有兩種,即安培表內接法和外接法。由于所用電壓表和電流表都不是理想電表,即電壓表的內阻并非趨近無窮大,電流表也在內阻,因此實驗測量出的電阻值與真實值不同,存在誤差。為了減少測量過程中的系統誤差,通常伏安法測電阻的電路有兩個基本連接方法:那么對內接法和外接法該如何選擇呢?下面從誤差入手進行分析。
外接法:
在右圖的外接法中,考慮電表內阻的存在,則電壓表的測量值U為R兩端的電壓,電流表的測量值為干路電流,即流過待測電阻的電流與流過電壓表的電流之和,此時測得的電阻為R與Rv的并聯總電阻,即:
內接法:
在右圖的內接法中,電流表的測量值為流過待測電阻和電流表的電流,電壓表的測量值為待測電阻兩端的電壓與電流表兩端的電壓之和,即:
> (電阻的真實值)此時給測量帶來的系統誤差主要來源于RA的分壓作用,其相對誤差為:
(2)控制電路也有兩種,即限流式和分壓式為了減小系統誤差,保護儀器,節能、需要正確選擇滑動變阻器的接法。變阻器控制電路有限流電路和分壓電路兩種接法,其功能分別為限流和分壓。
如右圖所示電路中,變阻器起限流作用,變阻器電阻調到最大時,電路中仍有電流,電路中電流的變化范圍為 到 ,其中E為電源電動勢(電源內阻不計),R為滑動變阻器的最大電阻。待測電阻RX兩端電壓調節的范圍為 到E。如果RX》R,電流變化范圍小,變阻器起不到變阻作用,此時采用該接法就不能滿足多次測量的要求。一般來說,以下三種情況采用分壓接法。
1)電路中最小電流仍超過電流表最大量程或超過待測元件的額定電流;2)要求待測電阻的電壓、電流從零開始調節;3)待測電阻值遠大于變阻器的全部電阻。
如右圖所示電路中,變阻器起分壓作用。待測電阻RX兩端電壓的變化范圍是0到E(電源電動勢,不計電源內阻),電壓調節范圍比限流接法大。但是當通過待測電阻RX的電流一定時,分壓法干路電流大于限流法干路電流。因此分壓法電路消耗的功率較大。分壓電路好處是:電壓可以從0開始調節。
二、依量程選儀器,據阻值定結構
電流表和電壓表是電學實驗中兩種最基本最重要的測量儀表,所以掌握電流表和電壓表的使用方法是十分必要的。
表盤上標有字母“A”或“mA”字樣,該表就是測量電流強度的電流表。表盤上標有字母“V”字樣,該表是測量電壓的電壓表。
在接入電路時,電壓表必須并聯在待測電路的兩端,注意正負極不能接反。使用電流表的時候,千萬不能直接接到電源的兩極上,以免電流過大燒壞電流表。
電流表和伏特表均有三個接線柱,根據所需選擇合適的接線柱,比如電流表接在“+”和“0.6”兩個接線柱上,則量程為0.6A;電壓表接在“+”和“15”兩個接線柱,則量程為15V。在實驗前,應先估計電路的電流強度和電壓值,如果估計電流小于0.6A,則選擇0~0.6A量程,如果估計電流大于0.6A就選0~3A量程;若不能估計,可采用試觸法進行判斷,選用適當的量程。
直流電壓表和電流表由于受到儀器精確度的限制,也給測量結果造成了誤差,因此必須根據測量要求選擇合適的儀表。
三 、注意儀器配置,便于實際操作
當采用電流表內接法時,測量值大于真實值,即“內大”;當采用電流表外接法時,測量值小于真實值,即“外小”。
由此可對內、外接法的選擇作如下判斷:
當 時,內接法和外接法測電阻的相對誤差相等;
當 時,采用內接法測電阻產生的誤差較小;
當 時,采用上接法測電阻產生的誤差較小。
結合公式對內外接法的判斷,可總結為八個字:“大內偏大、小外偏小”