網絡電阻虛擬分斷測試技術及其應用的製作方法

2023-05-06 20:31:46

專利名稱：網絡電阻虛擬分斷測試技術及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及電阻測試技術，具體地說是網絡電阻虛所分斷測試技術及其應用。
在電氣測量技術中，用於測量電阻的技術和儀器儀表已有多種。從技術上來說，有電橋法，電流電壓法和基於電流電壓法的數字測量技術等；從儀器來說，有早期的凱爾文電橋、惠斯登電橋和新近發展的快速電阻測量儀和迴路電阻測量儀以及通常使用的萬用表等。它們可以測量各種阻值的電阻，測量精度有高有低。但是，用這些測量技術和儀器儀表測量電阻時，無一例外地要求被測電阻的至少一端從其所在電氣網絡(迴路)中斷開，即至少有一端懸空，才能準確測得出其電阻值。否則，因為其它並聯支路的影響，測得的電阻值就不是其真實值，而是與其它電阻並聯後的值。
在電氣測量的實踐中，在許多情況下，被測電阻很難從其所在網絡中斷開，或者根本不可能斷開。這時用現有測量技術和測量儀器就不能測量其電阻值了。
本發明的目的在於提供一種能解決上述問題，被測電阻無需從電氣網絡中斷開，測量結果不受並聯在其兩端的其它支路中電阻元件的影響的網絡電阻虛擬分斷測試技術及其應用。
本發明是這樣實現的虛擬分斷的概念是，被測電阻在物理上和實質上沒有從網絡中斷開，但從電氣上和測量結果上相當於從網絡中斷開了一樣。網絡電阻虛擬分斷測試技術是當用一個電源測量一個處於複雜電阻網絡(如最簡單的三角形結線網絡)中的電阻時，再用另一個電源在被測電阻的一端(基點)和網絡中某參考點之間加電壓，調節這個電壓，使參考點與被測電阻的平衡點端之可沒有電流流過而實現被測電阻與其並聯支路的虛擬分斷，於是，無需將被測電阻從其所在網絡中斷開即能準確測得其阻值，而不受其並聯支路中其它電阻的影響。如

圖1所示，當用一個電源E1測量Rx的電阻時，由於R1和R2支路對測量電流的分流，使測得的電阻數值比Rx的實際值小(實測值為Rx與R1和R2串聯後之並聯值)。以被測電阻之低電位端B為基點，用另外一個電源E2通過一個可變電阻R3給並聯支路中的某參考點C加電壓，參考點C的選取要求在它與被測電阻兩端A、B之間各有一個電阻(這裡為R1和R2)。調節R3以改變C點的電壓使之與被測電阻的高電位端A點(稱為平衡點)等位，就可使R1上的電壓等於零，於是流過電阻R1的電流等於零，測量電流就不再被分流，得以準確測量Rx的阻值。
從電工學原理來說，如果某一個支路裡的電流為零時，那就可以將這個支路斷開，而不會影響整個電路裡各部分的電流和電壓值。從測量電阻的實際效果來說，這就相當於把被測電阻與並聯支路斷開，而在物理上和實際上，被測電阻並沒有從其所在網絡中斷開。這樣就實現了被測電阻與其所在網絡的虛擬分斷。
虛擬分斷是由儀器在測量時自動完成而不需人為操作。其關鍵在於儀器能自動調節輸出電壓以使旁路支路中某參考點的電位與被測電阻一端的平衡點的電位相等或平衡。實現這一目的的線路和方法可能有多種。
如用該網絡電阻虛擬分斷測試技術製成的普通型網絡電阻虛擬分斷器，採用運算放大器的電壓跟隨器，它輸入平衡點的電壓，輸出電壓到參考點，使參考點的電壓自動跟隨或等於平衡點的電壓，而實現參考點與平衡點之間無電流流過，即實現兩點之間的虛擬分斷，如圖2所示。
用一支普通萬用電錶與該電阻虛擬分斷器組合，使普通萬用電錶具有測量網絡電阻的虛擬分斷功能。
又如用網絡電阻虛擬分斷測試技術製成的精密型網絡電阻測試儀，其主要由電阻的常規測試電路及虛擬分斷測試電路組成。其主要由採樣A/D變換、平衡檢測、邏輯控制、阻抗識別、D/A變換、大功率運放和輸出迴路組成，從被測電阻採得的電壓信號經A/D變換成數位訊號後送入邏輯控制器中，從參考電阻上採得的電壓送入平衡檢測器，放大後又送入邏輯控制器，經處理合又送入阻抗識別器，然後又分兩路，一路接控制大功率運放的Ⅰ通道，輸出電流到被測電阻，另一路送入D/A轉換器，與從邏輯控制來的數位訊號一起，經比較放大後送至控制大功率運放的Ⅱ通道，輸出電流到網絡中的平衡電阻，以實現虛擬分斷。
應用本發明的網絡電阻虛擬分斷測試技術還可根據實際需要設計不同型號、測量範圍、測量誤差、靈敏度以及顯示位數等技術指標的儀器。
本發明與現有技術比較的積極效果1、採用本發明的測試技術進行網絡電阻測量，不僅方法簡單而且快捷、輕便，大大減輕了勞動強度，提高了工作效率。
如現有技術對三角形結線的電力變壓器繞組線圈電阻的測量有兩種方法一是拆開結線進行測量，測完再恢復接線。一般拆線、恢復接線等輔助工作量比測量工作量大幾倍，工作強度大，費時費力。二是採用計算法，測量時不拆開結線，測量每個電阻與其它兩電阻串聯後之並聯值，三次測完後再通過公式計算求出每相繞組的電阻。但在現場條件下，進行比較複雜的數字計算也有所不便，且所得結果不直觀，也難免出錯。如果被測電阻所在網絡不是三角形接線，而是更複雜的網絡，那就不能採用計算法了。而採用本發明的測量技術不需拆線，也不計算，直接測得電阻值，簡單、快捷。
2、採用本發明可以解決那些根本不可能從其所在電氣網絡中拆開或斷開的電阻的測量。
如直流電機電樞繞組電阻的測量。電樞共有n個繞組，其相鄰繞組的兩端首尾相連再分別焊接到整流子片上(整流子片子也有n片)，成為首尾相連的閉合迴路，如圖5所示。直流電機在製造時、檢修時，或在運行中需要分別測量每個電樞繞組的電阻，通過它們的相對比較來判斷繞組是否有焊接，接線上的缺陷或其它質量問題。但不可能為了測量而將某個繞組從整流片子處斷開或拆開。現有技術對電樞繞組的測量實際上是從未得到過單個繞組的電阻，而是得到一個繞組與其它(n-1)個繞組串聯後的並聯電阻值。這樣的測量方法以及結果的比較是不靈敏的，許多缺陷被隱蔽或覆沒了。採用本發明的測量技術(網絡電阻測試儀)進行測量時，不需拆開整流子片下的焊接線，仍能測得單個繞組的電阻，測量方法簡單，結果準確，對繞組缺陷的判斷和發現自然就更靈敏和可靠。
3、採用本發明還能測量金屬閉合園環焊接頭的過渡電阻，如圖6所示。在電氣設備的製造中，有許許多多導線的焊接頭，其焊接質量的好壞直接關係到整臺設備質量的好壞。現有技術對那些位於環路中的焊接頭，是無法用測量其直流電阻的方法來檢驗的。採用本發明的測試技術，卻可非常簡單的予以解決。異步電動機轉子鼠籠條斷裂的故障也可用本項技術和儀器測量尋找解決。
4、在電子儀器儀表、無線電設備以及家用電器的檢修中使用本發明的如圖2所示的電阻虛擬分斷器加普通萬用表測量其中的某個電阻而不需將其從迴路中斷開，實屬非常方便快捷。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但不限於附圖和實施例所示。
圖1為本發明的網絡電阻虛擬分斷技術的電路原理圖。
圖2為本發明的網絡電阻虛擬分斷器的電路原理圖。
圖3為本發明的網絡電阻測試儀的原理框圖。
圖4為本發明的網絡電阻測試儀的電路原理圖。
圖5為用本發明對直流電機電繞組電阻的測量示意圖。
圖6為用本發明對金屬閉合環接頭電阻的測量示意圖。
圖4中，①1-檢測平衡，②-邏輯控制，③-顯示，④-電源，⑤-阻抗識別，⑥-大功率運放，⑦-被測電阻及其網絡；圖5、圖6中，⑧-金屬環，⑨-網絡電阻測試儀，⑩-直流電機電樞繞組。
實施例1，如圖2所示為網絡電阻虛擬分斷器，採用一個運算放大器的電壓跟隨器，它輸入來自需要平衡的點的電位(被測電阻之高電位端點A)而輸出到參考點C，由於它的輸出可自動跟隨輸入，因此可得Uc=UA，從而實現虛擬分斷。
電壓跟隨器的運算放大器如選用CF3130B，(或其它型號的運算放大器也可)，被測電阻之高電位端A經電阻R1(10kΩ)接至運算放大器的輸入端第3腳，運算放大器的輸出端第6腳接到電阻網絡中的某參考點C(參考點的選取要求與被測電阻的任何一端之間都有至少一個電阻)，同時再經過一個反饋電阻R2(1～2kΩ)回接至運算放大器的另一輸入端2。被測電阻之低電位端B與運算放大器的第4腳一起接地。運算放大器的第7腳接一個+6～9V的直流電源。運算放大器的第1和第5腳之間接入一個可變電位器R3(10kΩ)，此電位器的可動接頭接第4腳(即地)。在製造時調節這個電位器，使運算放大器的輸入失調電壓為零。可使虛擬分斷測試得到最佳的精度。
此外配合一個一般的萬用表或電阻測量儀器使用，萬用表或電阻測量儀器完成電阻的測量功能，電阻虛擬分斷器實現被測電阻與其所在網絡的虛擬分斷功能。該電阻虛擬分斷器的性能取決於所選的運算放大器，一般它只能提供出30-40mA的平衡電流，其精度也不算高，只可用於一般的電子儀器和家電設備的檢修工作中。
實施例2，用一隻普通萬用表與圖2所示的電阻虛擬分斷器組合後，具有該萬用表的全部功能，測量範圍和測量精度，它是在普通萬用表的基礎上的改進，這種改進賦予了普通萬用表所沒有的測量電阻的虛擬分斷功能。
實施例3，如圖3、圖4所示為精密網絡電阻測試儀，是一臺具有被測電阻虛擬分斷功能的數字式精密電阻測試儀。其電路結構由採樣A/D變換、平衡檢測、邏輯控制、阻抗識別、D/A變換、大功率運放和輸出迴路等組成。從被測電阻採得的電壓信號經A/D變換成數位訊號後送入邏輯控制器中，從參考電阻上採得的電壓送入平衡檢測器，放大後又送入邏輯控制器，經處理合又送入阻抗識別器，然後又分兩路，一路接控制大功率運放的Ⅰ通道，輸出電流到被測電阻，另一路送入D/A轉換器，與從邏輯控制來的數位訊號一起，經比較放大後送至控制大功率運放的Ⅱ通道，輸出電流到網絡中的平衡電阻，以實現虛擬分斷。
對被測電阻的測量採用精密的四端法，即電流電壓法。對被測電阻Rx所加的測量電流和給平衡電阻R2所加的平衡電流就是由虛擬分斷部份的兩路大功率運放Ⅰ和Ⅱ分別輸出的電流。從被測電阻Rx兩端採樣得到的電壓輸入儀器的A/D轉換器。轉換成數字電壓信號後在邏輯控制器中與從兩個標準電阻R1和R10來的參考電壓進行比較，以計算得到被測電阻的阻值，此電阻值再由顯示器顯示出來。電阻的平衡端A的電壓和參考點C的電壓即平電壓輸入平衡檢測器進行檢測與放大，並將其結果輸入邏輯控制器。經過邏輯控制器的比較和判斷，如果此平衡電壓小於預定的指標並趨穩定，不再變化，則表示虛擬分斷已實現，於是輸出一個信號，指示燈亮，表明測試已完成。如果平衡電壓還比較大，就表明虛擬分斷還未達到，這時邏輯控制器將此電壓輸出到阻抗識別器，以識別此電壓的大小與正、負。阻抗識別器有兩路輸出，輸出1到大功率運放Ⅰ，用以控制大功率運放Ⅰ通道的電流，該電流又經標準電阻R1輸出到被測電阻Rx，供測量其阻值用。阻抗識別器的第2路輸出到D/A轉換器，同時從邏輯控制器(邏輯控制器可根據需要選取或設計)又送來被測電阻的數字電壓信號，它在此又轉換成模擬信號。此信號與來自阻抗識別器的信號在經過各自的放大後又一同進入後級運算放大器進行放大，並將結果輸入到大功率運放的Ⅱ通道。此信號放大後，經標準電阻R10送入被測網絡的平衡電阻R2，用以平衡被測電阻上的測量電壓，實現虛擬分斷。從平衡電壓輸入平衡檢測器到兩路大功率電流輸出到被測網絡，形成一個控制和反饋的收斂的閉合環。
本網絡電阻測試儀的設計中將電阻測量與自動電壓跟隨和平衡融合為一體。它可以實現對更低阻值電阻的測量，更精密準確的電壓平衡，以達到較高的測量精度。用它可以測量1mΩ～199.9Ω範圍的電阻，測量電流300mA，測量精度1％，感應量0.1mΩ，測量結果數顯4位。
應用本發明的測量技術還可根據實際的需要設計不同測量範圍、測量誤差，靈敏度以及顯示位數等技術指標的儀器。
權利要求
1.一種網絡電阻虛擬分斷測試技術，其特徵在於當用一個電源測量一個處於複雜電阻網絡中的電阻時，再用另一個電源在被測電阻的一端(基點)和網絡中某參考點之間加電壓，調節這個電壓，使參考點與被測電阻的平衡點端之間沒有電流流過而實現被測電阻與其並聯支路的虛擬分斷，無需將被測電阻從其所在網絡中斷開即能準確測得其阻值，而不受其並聯支路中其它電阻的影響。
2.用權利要求1所述的網絡電阻虛擬分斷測試技術製成的普通型網絡電阻虛擬分斷器，其特徵在於採用運算放大器的電壓跟隨器，它輸入平衡點的電壓，輸出電壓到參考點，使參考點的電壓自動跟隨或等於平衡點的電壓，而實現參考點與平衡點之間無電流流過，即實現兩點之間的虛擬分斷。
3.按權利要求2所述的電阻虛擬分斷器，其特徵在於用一支普通萬用電錶與該電阻虛擬分斷器組合，使普通萬用電錶具有測量網絡電阻的虛擬分斷功能。
4.用權利要求1所述的網絡電阻虛擬分斷測試技術製成的精密型網絡電阻測試儀，其特徵在於主要由採樣A/D變換、平衡檢測、邏輯控制、阻抗識別、D/A變換、大功率運放和輸出迴路組成，從被測電阻採得的電壓信號經A/D變換成數位訊號後送入邏輯控制器中，從參考電阻上採得的電壓送入平衡檢測器，放大後又送入邏輯控制器，經處理合又送入阻抗識別器，然後又分兩路，一路接控制大功率運放的Ⅰ通道，輸出電流到被測電阻，另一路送入D/A轉換器，與從邏輯控制來的數位訊號一起，經比較放大後送至控制大功率運放的Ⅱ通道，輸出電流到網絡中的平衡電阻，以實現虛擬分斷。
全文摘要
本發明是一種網絡電阻虛擬分斷測試技術及其應用。其特徵在於當用一個電源測量一個處於複雜電阻網絡中的電阻時,再用另一個電源在被測電阻的一端(基點)和網絡中某參考點之間加電壓,調節這個電壓,使參考點與被測電阻的平衡點端之間沒有電流流過而實現被測電阻與其並聯支路的虛擬分斷,無需將被測電阻從其所在網絡中斷開即能準確測得其阻值,而不受其並聯支路中其它電阻的影響。採用本發明的測試技術進行網絡電阻測量,不僅方法簡單而且快捷、輕便,大大減輕了勞動強度,提高了工作效率。
文檔編號G01R27/02GK1310342SQ0011271
公開日2001年8月29日 申請日期2000年2月22日 優先權日2000年2月22日
發明者梅忠恕 申請人:梅忠恕