Маалыматтарды алуу ыкмалары
Бир клеткалык чыңалууну аныктоо ыкмасы
Батарея клеткасынын чыңалуусун алуу модулу батареяны башкаруу системасынын маанилүү компоненти болуп саналат. Анын иштеши жана тактыгы системанын батареянын абалы тууралуу маалыматынын тууралыгын аныктайт жана андан ары башкаруунун кийинки стратегияларынын натыйжалуу ишке ашырылышына таасир этет. Уюлдук чыңалууну аныктоо үчүн кеңири колдонулган методдорго релелик массив ыкмасы, туруктуу ток булагы ыкмасы, изоляцияланган оперативдүү күчөткүч алуу ыкмасы, чыңалуу/жыштык конверсиясынын схемасын алуу ыкмасы жана сызыктуу оптокоуплер күчөткүч схемасын алуу ыкмасы кирет.
1. Реле массивинин методу
8-6-сүрөттө реле массивинин методуна негизделген батарейканын чыңалуусун алуу схемасынын блок схемасы көрсөтүлгөн. Ал терминалдык чыңалуу сенсорунан, релелик массивден, A-D (аналогдук-тан{8}}санарипке) конвертер чипинен, оптокоуплерден жана мультиплексордон турат. Катар менен туташтырылган n батарейканын терминалдык чыңалуусун өлчөө үчүн, батарея топтомундагы ар бир түйүнгө n+1 зымдарды туташтыруу керек. m--чи батареянын терминалдык чыңалуусун өлчөөдө микроконтроллер тиешелүү башкаруу сигналын жөнөтөт, ал мультиплексор, оптокоуплер жана релелик жетектөө схемасы аркылуу m--чи жана м+1- зымдарды A-D конвертер микросхемасына туташтыруу аркылуу тиешелүү релени тандайт. Эреже катары, коммутациялык түзүлүштөрдүн каршылыгы салыштырмалуу аз, ал эми коммутациялоочу түзүлүштөрдүн каршылыгынан келип чыккан ката чыңалуу бөлгүч схемасы менен айкалышкандан кийин дээрлик жокко эсе. Мындан тышкары, бүт схема түзүлүшү жөнөкөй; акыркы натыйжанын тактыгына чыңалуу бөлүүчү резисторлор, AD конвертер чиптери жана чыңалуу шилтеме тактыгы гана таасир этет. Резисторлордун жана чиптин каталары, адатта, өтө аз болушу мүмкүн. Ошондуктан, реле массивинин ыкмасы аккумулятордун чыңалуусун жогорку жеке өлчөөлөрдү жана жогорку тактыкты талап кылган колдонмолор үчүн эң ылайыктуу.
2. Туруктуу токтун булагы ыкмасы
Туруктуу ток булагы схемасын колдонуу менен параллелдүү батареянын чыңалуусун алуунун негизги принциби - конверсиялык резисторду колдонбостон, батареянын терминалынын чыңалуусун сызыктуу өзгөрүүчү ток сигналына айландыруу. Бул системанын тоскоолдуктарга каршы-мүмкүнчүлүгүн жакшыртат. Батарейканын терминалынын чыңалуусу бир-этаптуу топтомдо салыштырмалуу төмөн болгондуктан, көбүнчө 2V жана 5V ортосунда, чыңалуу разряд учурунда салыштырмалуу туруктуу болуп, системанын тоскоолдуктарга каршы-мүмкүнчүлүгү жакшырат. Ошондуктан, долбоорлоо процессинде буга жетишүү үчүн бир-каналдын операциялык күчөткүчү тандалат. Схемалардын дизайны жана колдонуудагы айырмачылыктардан улам, туруктуу ток булагы чынжырлары ар кандай формада болушу мүмкүн.
8-7-сүрөттө көрсөтүлгөн схема ушундай мисалдардын бири; бул бир катар-тандалган операциялык күчөткүчтөн жана изоляцияланган-талаа эффективдүү транзистордон турган туруктуу ток булагы схемасы.
Операциялык күчөткүчтүн түзүмүнөн көрүнүп тургандай, бул схема ачык циклдин жогорулашы жана терең терс пикири- менен көп баскычтуу түз{1}}кошулган күчөткүч схемасы. Анын киргизүү баскычы дифференциалдык күчөткүч схемасын колдонот жана ошол эле кремний чипине бириктирилген, натыйжада экөөнүн ортосунда эң сонун аткаруу дал келет жана ортоңку баскычта күчөтүү мүмкүнчүлүгү жогору. Дифференциалдык схемалардын принцибинин негизинде бул схема күчтүү жалпы-режимдеги сигналды четке кагуу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Ошондуктан, батарея топтомундагы айрым клеткалардын чыңалуусун өлчөө үчүн операциялык күчөткүчтү колдонууда, жогорку жалпы{7}}режимди четке кагуу жана күчөтүү мүмкүнчүлүгү өлчөө тактыгын жакшыртат. Изоляцияланган-дарбаза талаасы-эффект транзистору (IGFET) чыгуу чынжырынын токун башкаруу үчүн кириш чынжырынын электр талаасынын эффектин колдонгон жарым өткөргүч түзүлүш. Ал өзгөрүлмө каршылык чөлкөмүндө иштегенде, чыгуучу дренаждык ток I кириш дренаждын-булак чыңалуусу Us менен сызыктуу түрдө байланыштуу болот. Андан тышкары, транзистордун дарбазасынын-булак импедансы өтө жогору, натыйжада өтө аз агып кетүү агымы пайда болот, ал эми дренаждык{15}}булагы{16}}өтө аз, натыйжада-абалдын чыңалуусу өтө төмөн. 8-7-сүрөттө P-каналды жакшыртуу-режим талаасы-эффект транзистору (FET) колдонулат жана стабилдик диод туруктуу дарбаза-Ucs чыңалуусун кармап туруу үчүн туташтырылган. Операциялык күчөткүч сызыктуу аймакта иштейт. Төмөн-каршылык FET тандалган болсо, абалдагы чыңалуунун төмөндөшү анчалык деле болбойт. Ошондуктан,
жетүүгө болот
Жогорудагы теңдемелерде u₁ менен u₂ ортосундагы айырма батареянын терминалынын чыңалуусу, ал эми U₁ инвертирлөөчү операциялык күчөткүч схемасынын чыгыш чыңалуусу. Операциялык күчөткүчтүн чыгышына туташтырылган стабилдик диод схеманы тең салмактуу абалда кармап, кайтарым байланышты камсыздай турганын көрүү оңой. V₀ ↑→ |Уз| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. Мында V₀ – операциялык күчөткүчтүн чыгыш чыңалуусу; VR – R₁ резисторундагы чыңалуу; жана VI – операциялык күчөткүчтүн кириш дифференциалдык чыңалышы, б.а., VI=U₁ - U₂. Схема тең салмактуулукта болгондо, VI=0. Туруктуу ток булагы схемасы жөнөкөй түзүлүшкө, күчтүү жалпы-режимден баш тартууга, жогорку алуу тактыгына жана жакшы практикалыкка ээ.
3. Изоляциялык операциялык күчөткүч
Изоляциялык операциялык күчөткүч – аналогдук сигналдарды электрдик изоляциялоого жөндөмдүү электрондук компонент. Ал өнөр жай процесстерин башкарууда изоляторлор катары жана ар кандай электр менен жабдуу түзүлүштөрүндө изоляциялоочу каражаттар катары кеңири колдонулат. Ал жалпысынан эки бөлүктөн турат: киргизүү жана чыгаруу бөлүмү. Булар өз-өзүнчө иштетилет жана магниттик туташтыруу менен бириктирилет. Сигнал киргизүү бөлүмү тарабынан модуляцияланат, изоляциялык катмардан өтөт, андан кийин чыгуу бөлүгү тарабынан демодуляцияланат жана калыбына келтирилет. Изоляциялык операциялык күчөткүчтөр батарейка клеткасынын чыңалуусун алуу схемалары үчүн идеалдуу. Алар кирүүчү батареянын терминалынын чыңалуу сигналын чынжырдан обочолонтуп, тышкы кийлигишүүнү болтурбай, системаны алуу тактыгын жана ишенимдүүлүгүн жогорулатат. Төмөндө типтүү колдонуу үлгүсү келтирилген.
8.8-сүрөттө 600 В кубаттуулуктагы батареяны башкаруу системасында изоляциялык операциялык күчөткүчтүн колдонулушу көрсөтүлгөн. Батарея топтомунда номиналдуу чыңалуудагы 12V-50 горизонталдуу коргошун-кислота батареялары бар жана алардын терминалдык чыңалуулары обочолонуучу операциялык күчөткүч схемасы аркылуу бир-бирден алынат. ISO 122 - бул АКШдагы Black & Decker (BBB) тарабынан пакеттелген модуляция жана демодуляция технологиялары менен иштелип чыккан изоляция күчөткүч, так конденсаторлорду бириктирүү технологиясын жана кадимки кош-линиядагы (DIP) пиндик түзүлүштү колдонот. ISO 122 киргизүү жана чыгаруу бөлүмдөрү изоляция катмарын түзгөн эки дал келген 1pF конденсаторлор менен бөлүнгөн үлгү алуу схемасында жайгашкан. Номиналдуу изоляциянын чыңалуусу 1500V (AC 60Hz үзгүлтүксүз) чоңураак, изоляциянын жогорку импедансы жана жогорку пайда тактыгы жана сызыктуулугу менен практикалык колдонуу талаптарына жооп берет. 8.8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ISO 122 кирүүчү кубаттуулугу автоматтык батарея топтомунан алынат жана аны менен сызыктуу байланышы бар чыгуу сигналы мультиплекстелет, андан кийин киргизүүгө жөнөтүлгөнгө чейин микроконтроллер башкарган эки тактык резистор менен автоматтык түрдө бөлүнөт. Чыгуу кубаттуулугу схемадагы электр менен камсыздоо модулу менен камсыз кылынат, ал эми аккумулятордун терминалынын чыңалуусу обочолонгон. Белгилей кетсек, 50-батареянын терминалдык чыңалуусун алуу схемасында чыгыш сигналын терстен оңго өзгөртүү үчүн изоляцияланган операциялык күчөткүч схемасынан кийин инвертор кошулат. Ошондой эле, обочолонгон операциялык күчөткүч алуу схемасы мыкты көрсөткүчтөргө ээ болсо да, анын жогорку баасы анын кеңири жайылышын чектегендигин белгилей кетүү керек.
4. Чыңалуу/Жыштыктарды конвертациялоо схемасын алуу ыкмасы
Батарея клеткасынын чыңалуусун алуу үчүн чыңалуу/жыштык (V/F) конвертациялоо схемасын колдонууда V/F конвертер абдан маанилүү. Бул чыңалуу сигналдарын жыштык сигналдарына айландыруучу, эң сонун тактыкты, сызыктуулукту жана интегралдык киргизүүнү сунуш кылган компонент.
8-9-сүрөттө жогорку тактыктагы V/F конверсиясы үчүн колдонулган LM331 V/F конвертеринин схемасы көрсөтүлгөн. LM331 — FS Microcontroller тарабынан чыгарылган жогорку-өндүрүмдүүлүктөгү интеграцияланган V/F чип. Ал бүт иштөө температурасы диапазонунда жана 4,0 В чейин төмөн электр менен жабдуу чыңалууларында өтө жогорку тактыкты камсыз кылуучу жаңы температура менен компенсацияланган тилкелүү шилтеме схемасын колдонот.
Бул алуу методунда чыңалуу сигналы түздөн-түз жыштык сигналына айландырылат, андан кийин A-D конвертациясын талап кылбастан микроконтроллердин эсептегич порту тарабынан иштетиле алат. Андан тышкары, батарейка клеткасынын чыңалуусун алуу тутумундагы V/F конвертациялоо схемасын толуктоо үчүн, тиешелүү тандоо схемалары жана операциялык күчөткүч схемалары да көп каналдуу алуу функциясына жетишүү үчүн иштелип чыгышы керек. Бул ыкма азыраак компоненттерди камтыйт, бирок чыңалуу{4}}башкарылуучу осциллятор конденсаторлорду камтыйт жана конденсаторлордун салыштырмалуу катасы жалпысынан чоң, чоңураак конденсаторлор дагы чоңураак салыштырмалуу каталарды көрсөтөт.
5. Сызыктуу Optocoupler күчөткүч схемасын алуу ыкмасы
Сызыктуу оптокоуплерге негизделген батарейка клеткасынын чыңалуусун алуу схемасы сигналды кабыл алуунун аягы менен кайра иштетүү аягынын ортосундагы изоляцияга жетишип, чынжырдын туруктуулугун жана{0}}тоскоолдукка каршы жөндөмүн жакшыртат. 8-10-сүрөттө TIL300 сызыктуу оптокоуплери көрсөтүлгөн, ал инфракызыл LED жарыгы менен экиге бөлүнгөн изоляцияланган пикир фотодиодунан жана чыгуучу фотодиоддон турат. Атайын процесс технологиясы LED убакыттын жана температуранын мүнөздөмөлөрүнүн сызыктуу эместигин компенсациялоо үчүн колдонулат, бул чыгаруу сигналын LED чыгарган серво жарык агымына сызыктуу пропорционалдуу кылат. TIL300 3500V чокусу изоляцияга ээ, өткөрүү жөндөмдүүлүгү 200кГцден жогору, DC жана AC сигналдарын обочолонгон күчөтүү үчүн ылайыктуу жана ±0,05%/градус чыгаруу туруктуулугуна ээ. Диаграммадан көрүнүп тургандай, бир аккумулятордук батареянын чыңалуусу (U1 жана U2 ортосундагы айырма) А операциялык күчөткүч аркылуу Ip ток сигналына айландырылат жана TIL300 сызыктуу оптокоплери аркылуу агат. Опто{18}}обочолонгондон кийин, ал Ip1 менен сызыктуу байланышкан учурдагы Ip2 чыгарат. Бул ток андан кийин A-D конверсиясы жана маалыматтарды алуу үчүн операциялык күчөткүч A2 тарабынан чыңалуунун маанисине кайра айландырылат. Белгилей кетчү нерсе, сызыктуу оптокоуплердин эки учу диаграммада I+12V жана ±12V деп белгиленген ар кандай көз карандысыз электр булактарын талап кылат. Бул сызыктуу оптокоуплер күчөткүч чынжырынын күчтүү изоляцияга жана тоскоолдуктарга каршы{25}}мүмкүнчүлүктөрүн гана эмес, берүү учурунда аналогдук сигналдын жакшы сызыктуулугун да сактай турганын көрсөтөт. Ошондуктан, аны көп каналдуу алуу системаларында релелик массивдер же шлагбаум схемалары менен бирге колдонсо болот. Бирок анын схемасы салыштырмалуу татаал жана анын тактыгына көптөгөн факторлор таасир этиши мүмкүн.
Температураны алуу ыкмалары
Батареянын иштөө температурасы батареянын иштешине гана таасирин тийгизбестен, электрдик унаалардын коопсуздугуна да түздөн-түз байланыштуу. Ошондуктан, так температура параметрин алуу абдан маанилүү болуп саналат. Температураны алуу кыйын эмес; негизги ылайыктуу температура сенсор тандоо болуп саналат. Учурда термисторлор, термопарлар, термисторлор транзисторлору жана интегралдык температура сенсорлору сыяктуу көптөгөн температура сенсорлору бар.
1. Термисторду алуу ыкмасы
Термисторду алуу ыкмасынын принциби термистордун каршылыгы температурага жараша өзгөрө турган мүнөздөмөгө негизделген. Туруктуу резистор чыңалуу бөлгүчтү түзүү үчүн термистор менен катар туташтырылып, температуранын деңгээлин чыңалуу сигналына айландырышат. Андан кийин бул сигнал аналогдук--санарипке айландыруу аркылуу санариптик температура маалыматына айландырылат. Термисторлор арзан, бирок сызыктуулугу начар жана көбүнчө өндүрүштүк каталар салыштырмалуу чоң.
2. Термопарларды алуу ыкмасы
Термопардын иштөө принциби биметаллдык дененин ар кандай температурада ар кандай термоэлектрдик потенциалдарды жаратышы. Бул термоэлектрдик потенциалды алуу менен температуранын маанисин таблицаны карап чыгууга болот. Термоэлектрдик потенциалдын мааниси материалга гана көз каранды болгондуктан, термопарлардын тактыгы өтө жогору. Бирок, термоэлектрдик потенциалдар милливольт{3}}деңгээлдеги сигналдар болгондуктан, тышкы схема комплексин түзүүчү күчөтүү талап кылынат. Негизинен металлдардын эрүү чекиттери жогору болгондуктан, термопарлар адатта жогорку -температураны өлчөө үчүн колдонулат.
3. Интегралдык температура сенсорун алуу ыкмасы
Температураны өлчөө күнүмдүк жашоодо жана өндүрүштө барган сайын кеңири таралгандыктан, жарым өткөргүч өндүрүүчүлөр көптөгөн интегралдык температура сенсорлорун киргизишти. Бул сенсорлордун көбү термисторлорго негизделгени менен, алар өндүрүш учурунда калибрленет, натыйжада термопарлар менен салыштырууга болот. Андан тышкары, алар түздөн-түз санариптик маанилерди чыгара алат, бул аларды санариптик системаларда колдонууга-жакшы кылат.
Учурдагы сатып алуу ыкмалары
Токту аныктоонун кеңири таралган ыкмаларына шунттар, трансформаторлор, Холл эффектиси ток сенсорлору жана оптикалык була сенсорлор кирет.
Ар бир ыкманын мүнөздөмөлөрү 8-1-таблицада көрсөтүлгөн.
| пункт | Шунт | Трансформатор | Холл элементинин ток сенсору | Fiber Optic Sensor |
|---|---|---|---|---|
| Insertion Loss | Ооба | Жок | Жок | Жок |
| Аранжировка формасы | Негизги схемага киргизүү керек | Ачык тешик, зым менен кирүү | Ачык тешик, зым менен кирүү | - |
| Өлчөө объектиси | DC, AC, импульс | AC | DC, AC, импульс | DC, AC |
| Электрдик изоляция | Изоляция жок | Изоляцияланган | Изоляцияланган | Изоляцияланган |
| Колдонуунун жеңилдиги | Кичинекей сигналды күчөтүү, изоляцияны иштетүү керек | колдонууга салыштырмалуу жөнөкөй | Колдонууга жөнөкөй | - |
| Колдонмо сценарийи | Чакан ток, контролдук өлчөө | AC өлчөө, электр тармагын көзөмөлдөө | Контролдук өлчөө | Көбүнчө жогорку-чыңалууларды өлчөөчү электр системаларында колдонулат |
| Баасы | Салыштырмалуу төмөн | Төмөн | Салыштырмалуу жогору | Жогорку |
| Популяризация деңгээли | Популярдуу | Популярдуу | Салыштырмалуу популярдуу | Популяризацияланган эмес |
Бул факторлордун арасында була-оптикалык сенсорлордун жогорку баасы башкаруу тармагында алардын колдонулушун чектейт; шунттар арзан{0}}баасы жана жакшы жыштык реакциясына ээ, бирок аларды колдонуу кыйын, анткени аларды учурдагы циклге туташтыруу керек; ток трансформаторлору AC өлчөө үчүн гана колдонулушу мүмкүн; жана Холл элементинин учурдагы сенсорлору жакшы аткарууну сунуштайт жана колдонууга оңой. Азыркы учурда, шунттар жана Холл элементинин ток датчиктери көбүнчө электр унаасынын кубаттуулугунун аккумуляторун башкаруу тутумдарын учурдагы алууда жана мониторингде колдонулат.
Түтүндү аныктоо ыкмалары
Унаанын иштеши учурунда татаал жол шарттарынан жана аккумуляторду өндүрүүдөгү көйгөйлөрдөн улам, ысып кетүү, кысуу же кагылышуудан улам түтүн же өрт сыяктуу өзгөчө кырдаалдар келип чыгышы мүмкүн. Эгерде бул инциденттер тез арада аныкталбаса жана натыйжалуу чара көрүлбөсө, алар сөзсүз түрдө курчуп, курчап турган батареяларга, транспорт каражатына жана жүк салмасындагы кызматкерлерге коркунуч жаратып, унаанын иштөө коопсуздугуна олуттуу таасирин тийгизет. Мындай окуялардын алдын алуу үчүн акыркы жылдары батареяны башкаруу тутумдарына түтүн мониторинги киргизилип, ага көбүрөөк көңүл бурулуп жатат.
Түтүн датчиктери ар түрдүү жана аларды аныктоо принциптеринин негизинде үч негизги түргө бөлүнөт: ① Жарым өткөргүч түтүн сенсорлору жана контакттуу күйүүчү түтүн сенсорлору сыяктуу физика-химиялык касиеттерин пайдаланган түтүн сенсорлору; ② Жылуулук өткөргүчтүк түтүн сенсорлору, оптикалык тоскоолдук түтүн сенсорлору жана инфракызыл сенсорлор сыяктуу физикалык касиеттерди колдонгон түтүн сенсорлору; ③ Электр-химиялык касиеттерин колдонгон түтүн сенсорлору, мисалы, учурдагы{0}}түтүн датчиктери жана электр кыймылдаткыч күчү-түрү газ сенсорлору. Түтүн сенсорлору ар түрдүү болгондуктан, жарым өткөргүч түтүн сенсорлору бардык газдарды аныктай албайт. Ошондуктан, түтүндүн бир же эки белгилүү түрүн аныктоо үчүн белгилүү бир түрү тандалат. Мисалы, кычкыл жарым өткөргүч түтүн датчиктер негизинен O₂, H₂S, CO, H₂, O₃H₂O, Cl₂, OH, CO₂ ж.б., анын ичинде көмүртектүү түтүндү аныктоо үчүн колдонулат. Электроддун чектөөлөрүнөн улам, бул сенсорлор негизинен органикалык эмес түтүндү, мисалы, O₂, CO₂, C₂, C₂, аныктоо үчүн колдонулат. SO₂ ж.б.
Түтүн сенсорлору кубаттуулуктагы батарейкаларда колдонулганда, сенсорду тандоо батареянын күйүүсүнөн чыккан түтүндүн курамын түшүнүүнү талап кылат. Жалпысынан алганда, батареянын күйүүсү CO жана CO2 көп өлчөмдө пайда кылат, ошондуктан бул эки газга сезгич датчиктер тандалышы керек. Сенсордун түзүмүн жол чаңынан жана титирөөдөн улам жаңылыштыктарды болтурбоо үчүн-транспортту узак мөөнөттүү пайдалануудагы титирөө шарттарына ылайыкташтыруу керек.
Батареяны башкаруу системасындагы түтүн сигнализациясы айдоочунун консолуна орнотулушу керек. Ойготкуч сигналын алгандан кийин, ал тез арада үндүү жана визуалдык сигнализацияны жана катанын ордун чыгарып, айдоочунун сигналды дароо таап жана кабыл алуусуна кепилдик бериши керек.
Мисалы, Олимпиадалык электр автобусунда колдонулган түтүн сигнализациясы, негизинен Пекин технологиялык институту тарабынан иштелип чыккан, 24 сааттык нормалдуу иштешин камсыз кылуучу 9V щелочтук же көмүр{1}}цинк батареясы менен иштеген аккумулятордук системаны колдонот. Сигнал сигналы сигнализация системасынын көз карандысыздыгын камсыз кылуу үчүн өзүнчө жабдылган унаанын 24V аккумуляторунун электр булагы менен иштейт. Бөлүштүрүлгөн сигнализациялар түтүн концентрациясын ички түтүн сенсорлору аркылуу аныктайт. Түтүн концентрациясы чектен төмөн болгондо, сигнализациянын ички контроллери реленин чыгышын ачык чынжырга орнотот; түтүн концентрациясы чектен ашып кеткенде, ички контроллер реленин чыгышын кыска туташууга орнотот, дисплей панелине +24V кубат менен жабдууну тез чийип, дисплей панелинде -24V кубат менен сигнализациянын схемасын түзүп, үн жана визуалдык сигнал сигналын чыгарат. Системанын түзүлүшү 8-11-сүрөттө көрсөтүлгөн.
