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1、 氯离子渗透性测试专用程控电源设计氯离子渗透性测试专用程控电源设计学生姓名 学 号 系 别 专业班级 指导教师 填写日期 20142014 年年 5 5 月月 I氯离子渗透性测试专用程控电源设计氯离子渗透性测试专用程控电源设计摘 要氯离子是引发钢筋锈蚀从而造成混凝土结构耐久性下降的最主要原因之一。国内一般采用电通量法得到固定时间内通过混凝土的电通量，从而对混凝土进行氯离子渗透性评价。为了给实验装置提供稳定、可调的电压，研制了一个可以测量实验装置的电压和电流的程控电源。程控电源的硬件系统由主回路、反馈回路、保护电路、人机交互等部分组成。主回路包括隔离变压器降压部分、整流桥整流部分及DC-DC B
2、oost升压部分。反馈回路则包括电压电流采样部分、小信号放大部分、单片机A/D及D/A部分。软件系统则简单介绍了系统工作流程图。关键词 氯离子；渗透性；程控电源IITheThe chloridechloride ionion permeabilitypermeability testtest specialspecial programmableprogrammable powerpower supplysupply designdesignABSTRACTABSTRACTChloride ion is one of the main causes of corrosion of reinfo
3、rcement and concrete durability decrease. General domestic use flux method to obtain the fixed time through the concrete dielectric flux, thereby evaluating the chloride ion permeability of concrete. In order to provide a stable voltage to the experimental device, adjustable, developed a programmabl
4、e power supply an experimental device for measuring the voltage and current. The hardware system programmable power supply is composed of a main circuit, feedback circuit, protection circuit, human-computer interaction and other components. The main circuit includes the isolation transformer, rectif
5、ier bridge rectifier buck part DC-DC and part Boost booster. A feedback loop including sampling part, small signal amplifier, MCU A/D and D/A voltage and current. The software system is introduced the working flow chart.KEYWORDS chlorine ion; permeability; programmable power supply目录目录第一章 前言.11.1 研究
6、的背景意义.11.1.1 快速氯离子渗透试验方法（ASTMC1202 法）.11.1.2 CSIRO 改进法 .11.1.3 ACMT 法 .11.1.4 NEL 法 .11.2 可调电源技术的发展现状.21.3 研究内容.3第二章 电源硬件设计.42.1 系统整体框图.42.2 变压、整流、滤波.42.3 Boost 升压电路.52.4 TL494 应用电路.62.5 IR2110 驱动电路.72.6 电流电压测量电路 .82.7 开关电路及过流保护.102.8 数字控制部分.102.9 LCD 显示.112.10 电通量的计算 .122.11 辅助电源的设计.12第三章 电源软件设计.14
7、3.1 主程序流程图.143.2 系统流程图 .14总 结.16致谢.191第一章第一章 前言前言1.1 研究的背景意义氯离子是引发钢筋锈蚀从而造成混凝土结构耐久性下降的最主要原因之一。钢筋混凝土和预应力混凝土构筑物常因氯化物污染而导致钢筋锈蚀, 从而耐久性下降, 给国民经济和人民的生命安全带来了巨大损失。引起结构中钢筋锈蚀的氯化物通常来自结构外部,如海水、除冰盐等, 当渗入的氯化物含量达到混凝土重量的 0.1% 0.2% 时就能引起钢筋的锈蚀。在含氯化物环境中, 氯离子的渗透性是反映混凝土抵抗氯离子侵蚀的一个重要参数，因而，氯离子渗透性测试必不可少。氯离子渗透性试验方法可分为三大类: 自然扩
8、散法、外加电场加速扩散法、压力渗透法。自然扩散法需要的时间较长，相比之下，氯离子加速扩散法快速、简单，是目前应用最广泛的方法。加速扩散法目前主要有以下几种：1.1.1 快速氯离子渗透试验方法（ASTMC1202 法）这一方法的原理是溶液中的离子在电场作用下渗透速度加快, 使试验时间缩短。目前大量实验结果表明，ASTMC1202 法适用于所测电量在 1000 3000库仑的混凝土。1.1.2 CSIRO 改进法这种方法在 ASTMC1202 的基础上，考虑了混凝土孔溶液的组成及离子浓度对 TCPs 值的影响，引入一个孔溶液影响 TCPw 值，对混凝土氯离子渗透性能得出更为正确的评价。1.1.3
9、ACMT 法ACMT 方法与 ASTMC1202 法区别在于:（1）ACMT 中用 24V 的电场，每隔 5min 记录通过电流，测试时间为 9h，而 ASTMC1202 中用 60V 的电场，每隔 30min 记录一次电流，测试时间为 6h；（2）ACMT 中溶液室容积为4750ml，而 ASTMC1202 中溶液室容积为 4500ml，增加的溶液体积能减少焦耳效应对试验结果的影响；（3）ACMT 中试件厚度为 30mm，而 ASTMC1202 试件厚度为 50mm；（4）ACMT 中需要定期对上游（负极）溶液中的氯离子浓度进行监测，而 ASTMC1202 中则不需要。1.1.4 NEL 法
10、NEL法采用小的电压可大大减少电极反应的不良影响，此法的创新之处是巧妙解决了Nernst-Einstein方程中离子迁移系数难以确定的问题，测试结果可转化为自由和表观氯离子扩散系数值，对于预测氯盐环境中混凝土结构的使用寿命十分有用。NEL法尤其适用于评价高性能混凝土的渗透性，它计算得到的氯离子扩散系数与混凝土的孔隙率有很好的相关性。2如图1-1所示，氯离子渗透性测试的原理主要是通过RS采集模块从实验装置得到固定时间内通过混凝土的电通量，从而对混凝土进行氯离子渗透性评价。图1-1 氯离子渗透性测试的原理本课题正是为氯离子加速扩散法设计一个专用电源，为实验装置提供稳定、可调的电压。1.2 可调电源
11、技术的发展现状 一般把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低。但效率较低(现在经常看的 LDO 就是为了解决效率问题而出现的)；发热量大（尤其是大功率电源） ，间接地给系统增加热噪声。开关稳压电源的特点是：功耗小、效率高、体积小、重量轻；稳压范围宽；实现稳压方法多；滤波的效率高；电路形式灵活多样。但存在较为严重的开关干扰；电路结构复杂；故障率高；维修麻烦。开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。不过经过多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新
12、型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率 MOSFET 和 IGBT 可使中小型开关电源的工作频率达到400KHZ(AC/DC)或1MHZ(DC/DC)；软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率，国产6KHZ 通信开关电源，采用软开关技术，效率可达93；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高。因为是可调直流电源，所以必须考虑到 DC/DC 变换。DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式 Ts 不变，改变 ton(通用)，二是频率调制。（1）Buck 电路降压斩波器，其输出平均电压 U0 小于输入电压 Ui，极性相同。3（2）Boost 电路升压斩波器，其输出平均电压 U0 大于输入电压 Ui，极性相同。（3）BuckBoost 电路降压或升压斩波器，其
