CN108593180A - 一种用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，包括第一放大器、第二放大器、第三放大器和电阻、电容，构成多级放大器。首先，在使用较低阻值电阻的情况下能够实现高增益，降低了电阻热噪声；其次通过使用基准电压源对张力传感器供电可以消除电源供电纹波噪声的影响；接着，通过将第三放大器与可调电阻、电容构成带有低通滤波及零漂校准功能的放大器，能够提高张力值的测量精度和抗干扰性；最后将张力变送器集成在张力传感器金属壳内，具有屏蔽外界高频电磁干扰及消除传统数据采集电路板开关噪声的作用。
Description
技术领域
本发明涉及张力检测相关技术领域，特别是涉及一种用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，主要应用于电力施工、检修、运维时杆塔拉线张力的检测，评估拉线运行状态，排查安全隐患。
背景技术
输配电线路上的拉线是用于平衡杆塔承受的输电导线的张力，时刻都在保护着电网安全稳定运行，一旦拉线受到破坏将会造成电网事故。目前在输配电线路拉线的施工、维护、检修等工作中，作业人员杆上进行施工紧线放线过程中，导线张力会发生变化，若拉线施工不规范，可能导致拉线起不到平衡张力的作用，严重时导致倒杆，导致安全生产事故的发生。因此，对拉线张力的测量是确保施工作业安全的保障。张力能够准确测量与变送器有关，张力传感器输出信号为毫伏级，极易遭受周围电磁环境的干扰导致测量不准确，使张力测量仪误报警。
发明内容
为提高张力测量仪张力测量的精度和抗干扰性，提出一种用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器。
一种用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，包括第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容，其中：
第一放大器、第二放大器相并联，第一放大器、第二放大器的输入正极端均为张力传感器电压输出信号的输入端，第一放大器、第二放大器的输入负极端串联第一电阻，第一放大器的输入负极端与输出端并联第二电阻，第二放大器的输入负极端与输出端并联第三电阻，第一放大器的输出端与第三放大器的输入正极端串联第四电阻，第二放大器的输出端与第三放大器的输入负极端串联第五电阻，第三放大器的输入正极端与模拟地串联第六电阻，第三放大器的输入负极端与输出端并联第七电阻；第三放大器的输入正极端与输入负极端并联第一电容，第三放大器的输入正极端与模拟地并联第二电容，第三放大器的输入正极端与模拟地并联第三电容；
所述电源模块为正负双电源，电源模块的正向电压输出端与第一放大器、第二放大器、第三放大器的正向电压输入端连接，电源模块的负向电压输出端与第一放大器、第二放大器、第三放大器的负向电压输入端连接；
所述电压基准模块的输入端与电源模块的正向电压连接，电压基准模块的输出端与张力传感器连接；
所述第一电阻、第六电阻、第七电阻均为阻值可调的电位器；第二电阻与第三电阻的阻值相等，第四电阻与第五电阻的阻值相等，第六电阻与第七电阻的阻值相等；
所述第二电容（C2）与所述第三电容（C3）容值相等，所述第一电容（C1）容值比所述第二电容（C2）容值至少大于10倍。
优选地，第一放大器、第二放大器、所述第三放大器均为轨对轨输出运算放大器。
优选地，第一放大器、第二放大器为LT6234、第三放大器为LT6233。
优选地，张力变送器集成在张力传感器内并金属密封。
附图说明
图1是本发明张力变送器电路图
图2是本发明张力变送器示意性框图
图3是本发明电源模块和电压基准模块电路图
图4是本发明张力变送器安装位置示意性框图
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.电源模块；2.电压基准模块；3.张力传感器桥式电路；4.放大器模块；5.旁压式张力传感器；6.张力变送器；U1.第一放大器；U2.第二放大器；U3.第三放大器；R1.第一电阻；R2.第二电阻；R3.第三电阻；R4.第四电阻；R5.第五电阻；R6.第六电阻；R7.第七电阻；C1.第一电容；C2.第二电容；C3.第三电容。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明张力变送器电路图，包括第一放大器U1、第二放大器U2、第三放大器U3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；第一放大器U1、第二放大器U2相并联，第一放大器U1、第二放大器U2的输入正极端均为张力传感器电压输出信号的输入端，第一放大器U1、第二放大器U2的输入负极端串联第一电阻R1，第一放大器U1的输入负极端与输出端并联第二电阻R2，第二放大器的输入负极端与输出端并联第三电阻R3，第一放大器U1的输出端与第三放大器U3的输入正极端串联第四电阻R4，第二放大器U2的输出端与第三放大器U3的输入负极端串联第五电阻R5，第三放大器U3的输入正极端与模拟地串联第六电阻R6，第三放大器U3的输入负极端与输出端并联第七电阻R7；第三放大器U3的输入正极端与输入负极端并联第一电容C1，第三放大器U3的输入正极端与模拟地并联第二电容C2，第三放大器U3的输入正极端与模拟地并联第三电容C3。
在本实施例中，R2= R3，R4= R5，R6= R7，其中，R1、R6、R7采用阻值可调的电位器。则变送器的增益系数为：
对加到第一放大器U1、第二放大器U2输入端的共模电压在第一电阻R1两端具有相同的电位，从而不会在第一电阻R1上产生电流，也就无电流流过后级电路。因此，共模信号将以单位增益通过输入缓冲器，而差分电压信号将按的增益系数被放大，相当于共模抑制比相比与传统的差分电路增大了（1+(2 R2/R1)）倍。调节第一电阻R1的值可以改变变送器的增益系数，调节第六电阻R6、第七电阻R7可以使增益系数更加精准，从而降低运算放大器零漂。
第一放大器U1、第二放大器U2、第三放大器U3均为轨对轨输出运算放大器。第一放大器U1、第二放大器U2为双路轨对轨输出运算放大器LT6234，使第一放大器U1、第二放大器U2集成在一起，降低器件功耗和热噪声。第三放大器U3为单路轨对轨输出运算放大器LT6233。第二电阻R2与第一电阻R1构成第一级放大器，增益系数为（1+(2 R2/R1)），第六电阻R6与第四电阻R4构成第二级放大器，增益系数为R6/R4，同样放大比例时可降低各电阻值，从而降低电阻热噪声，提高张力采集精度。
图2是本发明张力变送器示意性框图，图3是本发明电源模块和电压基准模块电路图。电源模块1为集成的开关型电压转换器A1205S模块，输入电压12伏，输出电压为正负5伏，为放大器供电；电压基准模块2为MAX6350，输入电压范围为8伏~36伏，输出电压5伏，为张力传感器桥式电路3提供电源，张力传感器桥式电路3与放大器模块4连接，使用电压基准为桥式电路供电相对传统的电源供电，可以大大降低电源纹波噪声对张力传感器输出信号不稳定的影响，提高张力传感器输出信号线性度和稳定性。张力传感器输出信号为毫伏级，和供电电源呈线性关系，一般为2毫伏/伏，采用的放大器虽然为低零漂器件，但受温度、电路板热噪声的影响，经两级放大后仍然会产生零漂，在本实施例中，第六电阻R6、第七电阻R7采用阻值可调的电位器，能够通过调节电阻值进一步消除零漂。
为滤除放大器产生的共模信号及电源热噪声干扰，采用第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，同R6、R7构成滤波器，第一电容C1为差模电容、第二电容C2、第三电容C3为共模电容。
设R6=R7,C2=C3，则第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，同R6、R7构成的差分滤波器，截止频率为：
第二电容C2、第三电容C3，分别同R6、R7构成的共模滤波器，截止频率为：
传统方法中一般使C1=C2=C3，这样使共模抑制比较小，在本实施例中，考虑张力信号为微弱直流信号，且张力采集为低频数据采集，因此需提高共模抑制比，尽可能消除零漂，同时降低差分滤波器的截止频率以滤除电源热噪声高频干扰，故使差模电容值至少大于共模电容10倍，在本实施例中，设R6=R7=1K，C2=220pF，C1=1uF。
此外，传统的变送器一般与张力测量仪的数据采集板集成在一块电路板上，而在本实施例中，对于杆塔拉线张力测量采用旁压式张力传感器，通过将变送器与张力传感器集成在一起，张力变送器安装位置示意性框如图4所示。利用旁压式张力传感器的金属结构，可以屏蔽外界电磁干扰及传统方式下张力测量仪数据采集板产生的电磁干扰和热噪声；同时，张力传感器输出电压信号为放大后的值，在传输至张力测量仪数据采集板微处理器时，相当于提升了信噪比，可以提升张力数据采集精度。
以上实施例描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，其特征在于：包括第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、电源模块和电压基准模块，其中：
所述第一放大器、第二放大器相并联，所述第一放大器、第二放大器的输入正极端均为张力传感器电压输出信号的输入端，所述第一放大器、第二放大器的输入负极端串联第一电阻，所述第一放大器的输入负极端与输出端并联第二电阻，所述第二放大器的输入负极端与输出端并联第三电阻，所述第一放大器的输出端与所述第三放大器的输入正极端串联第四电阻，所述第二放大器的输出端与所述第三放大器的输入负极端串联第五电阻，所述第三放大器的输入正极端与模拟地串联第六电阻，所述第三放大器的输入负极端与输出端并联第七电阻；所述第三放大器的输入正极端与输入负极端并联第一电容，所述第三放大器的输入正极端与模拟地并联第二电容，所述第三放大器的输入正极端与模拟地并联第三电容；
所述电源模块为正负双电源，所述电源模块的正向电压输出端与所述第一放大器、第二放大器、第三放大器的正向电压输入端连接，所述电源模块的负向电压输出端与所述第一放大器、第二放大器、第三放大器的负向电压输入端连接；
所述电压基准模块的输入端与所述电源模块的正向电压连接，所述电压基准模块的输出端与张力传感器连接；
所述第一电阻、第六电阻、第七电阻均为阻值可调的电位器；所述第二电阻与第三电阻的阻值相等，所述第四电阻与第五电阻的阻值相等，所述第六电阻与第七电阻的阻值相等；
所述第二电容（C2）与所述第三电容（C3）容值相等，所述第一电容（C1）容值比所述第二电容（C2）容值至少大于10倍。
2.根据权利要求1所述的用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，其特征在于：所述第一放大器（U1）、第二放大器（U2）、所述第三放大器（U3）均为轨对轨输出运算放大器。
3.根据权利要求1或2所述的用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，其特征在于：所述第一放大器（U1）、第二放大器（U2）为LT6234、所述第三放大器（U3）为LT6233。
4.根据权利要求3所述的用于杆塔拉线张力测量仪的张力变送器，其特征在于：所述张力传感器为旁压式张力传感器，所述张力变送器集成在所述旁压式张力传感器底部并金属密封。
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