一種電壓信號標定儀的製作方法

2023-04-25 04:13:56

本實用新型屬於電力電子技術領域，特別涉及一種電壓信號標定儀。

背景技術：

在電力電子領域的某些應用場合中，需要測量記錄各種參數，如提升機運行過程中或電機車運行過程中，需要記錄電機的電流跟隨特性等。

為了確保測量記錄到的各種參數準確可靠，需要在測量之前對測量裝置（如示波器、電壓測量儀等）進行校準和標定，一般採用電壓信號標定儀作為電壓信號發生器對測量裝置本身進行校正。

現有的電壓信號標定儀一般包括電源模塊、調壓模塊、顯示模塊和輸出控制模塊，電源模塊與調壓模塊連成迴路，調壓模塊的正輸出端經過二極體和三極體電路後，接至顯示模塊和輸出控制模塊；調壓模塊的負輸出端經過二極體和三極體電路後，接至顯示模塊和輸出控制模塊。輸出控制模塊用於選擇控制電壓信號標定儀輸出正電壓信號或負電壓信號，顯示模塊用於顯示電壓信號標定儀輸出的電壓值。

現有的電壓信號標定儀因而雖然結構簡單，但無法做到高阻輸入，使得當其加入設備時，相當於加入了一個幹擾環節，會對原來的電氣迴路產生影響，致使對測量裝置的校正不準確，進而導致測量記錄結果不準確。同時，有些電壓信號標定儀還因追求多功能（如數字顯示、誤差直讀等）而致使其電路複雜而價格昂貴，對於某些只需要測量電壓信號的場合，增加了用戶的使用成本。

技術實現要素：

現有的電壓信號標定儀無法實現高阻輸入，對測量裝置的校正不準確，測量記錄結果不準確，同時功能眾多，成本高。本實用新型的目的在於，針對上述現有技術的不足，提供一種改進了的電壓信號標定儀，能夠實現高阻輸入，基本能夠避免輸入電壓信號對既有測量裝置的幹擾，確保測量裝置校正的準確性和測量記錄結果的精確性，同時結構簡單，成本低廉。

為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是：

一種電壓信號標定儀，包括電源模塊、調壓模塊、顯示模塊和輸出控制模塊，電源模塊與調壓模塊電連接成迴路，其結構特點是還包括第一射極跟隨器和第二射極跟隨器；所述調壓模塊的正輸出端與第一射極跟隨器的輸入端電連接，顯示模塊的第一輸入端和輸出控制模塊的第一輸入端均與第一射極跟隨器的輸出端電連接；所述調壓模塊的負輸出端與第二射極跟隨器的輸入端電連接，顯示模塊的第二輸入端和輸出控制模塊的第二輸入端均與第二射極跟隨器的輸出端電連接。

藉由上述結構，所述調壓模塊的正輸出端首先經過第一射極跟隨器，調壓模塊的負輸出端首先經過第二射極跟隨器，而射極跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低，因而從信號源索取的電流小而且帶負載能力強，可以減少接入測量裝置時對原有電氣迴路的幹擾，確保測量裝置校正的準確性和測量記錄結果的精確性。

作為一種優選方式，所述電源模塊包括蓄電池組、第一開關、第二開關、第一穩壓模塊和第二穩壓模塊，所述蓄電池組的正極通過第一開關與第一穩壓模塊的輸入端相連，蓄電池的負極通過第二開關與第二穩壓模塊的輸入端相連，第一穩壓模塊的輸出端與第二穩壓模塊的輸出端均與調壓模塊電連接，第一穩壓模塊的接地端與第二穩壓模塊的接地端均接地。

藉由上述結構，本實用新型電壓信號標定儀能夠實現自供電，使用方便。

進一步地，還包括限向二極體，所述限向二極體的陽極與蓄電池的正極電連接，限向二極體的陰極與第一穩壓模塊的輸入端電連接。

限向二極體用於限制電流的走向，從而保護蓄電池組。

作為一種優選方式，所述調壓模塊包括第一串聯支路和第二串聯支路，所述第一串聯支路包括相互串接的第一電阻和第一電位器，第二串聯支路包括相互串接的第二電阻和第二電位器，第一串聯支路的一端與第一穩壓模塊的輸出端電連接，第二串聯支路的一端與第二穩壓模塊的輸出端電連接，第一串聯支路的另一端與第二串聯支路的另一端均接地；第一電位器的調節端與第一射極跟隨器的輸入端電連接，第二電位器的調節端與第二射極跟隨器的輸入端電連接。

通過調節第一電位器和第二電位器的阻值，可以得到相應的標定信號值。

進一步地，還包括接於第一穩壓模塊輸出端與第二穩壓模塊輸出端之間的指示模塊，所述指示模塊包括相互串接的第一發光二極體、第三電阻、第二發光二極體和第四電阻；第一發光二極體的陽極和第二發光二極體的陽極均與第一穩壓模塊電連接，第一發光二極體的陰極和第二發光二極體的陰極均與第二穩壓模塊電連接。

第一發光二極體用於指示正標定信號的輸出，第二發光二極體用於指示負標定信號的輸出。

進一步地，還包括第一直流斬波器和第二直流斬波器，所述第一射極跟隨器包括第一運算放大器、第一電容、第五電阻和NPN型三極體，第二射極跟隨器包括第二運算放大器、第二電容、第六電阻和PNP型三極體，所述蓄電池組的正極與第一直流斬波器的輸入端相連，蓄電池的負極與第二直流斬波器的輸入端相連，第一直流斬波器的輸出端與第一穩壓模塊的輸入端相連，第二直流斬波器的輸出端與第二穩壓模塊的輸入端相連，第一直流斬波器的接地端和第二直流斬波器的接地端均接地；第一直流斬波器的輸出端與第一運算放大器的電源端相連，第一運算放大器的電源端還通過第一電容接地，第一電位器的調節端與第一運算放大器的同相輸入端相接，第一運算放大器的反相輸入端與NPN型三極體的發射極相連，第一運算放大器的輸出端與NPN型三極體的基極相連，第一直流斬波器的輸出端通過第五電阻與NPN型三極體的集電極相連，顯示模塊的第一輸入端和輸出控制模塊的第一輸入端均與NPN型三極體的發射極相連；第二直流斬波器的輸出端與第二運算放大器的電源端相連，第二運算放大器的電源端還通過第二電容接地，第二電位器的調節端與第二運算放大器的同相輸入端相接，第二運算放大器的反相輸入端與PNP型三極體的發射極相連，第二運算放大器的輸出端與NPN型三極體的基極相連，第一直流斬波器的輸出端通過第六電阻與NPN型三極體的集電極相連，顯示模塊的第二輸入端和輸出控制模塊的第二輸入端均與NPN型三極體的發射極相連。

藉由上述結構，由第一直流斬波器和第二直流斬波器將電源分別轉換成第一射極跟隨器和第二射極跟隨器所需的電壓值，無需額外接入電源，結構簡湊，使用方便。

作為一種優選方式，所述第一開關和第二開關聯鎖成第一聯鎖開關。

第一開關和第二開關聯鎖，操作更加方便。

與現有技術相比，本實用新型能夠實現高阻輸入，基本能夠避免對既有測量裝置產生幹擾，確保測量裝置校正的準確性和測量記錄結果的精確性，同時結構簡單，成本低廉。

附圖說明

圖1為本實用新型一實施例的結構示意圖。

其中，1為電源模塊，2為調壓模塊，3為顯示模塊，4為輸出控制模塊，5為第一射極跟隨器，6為第二射極跟隨器，7為蓄電池組，8為第一穩壓模塊，9為第二穩壓模塊，10為指示模塊，11為第一直流斬波器，12為第二直流斬波器，C1為第一電容，C2為第二電容，D1為第一發光二極體，D2為第二發光二極體，D3為限向二極體，F1為第一運算放大器，F2為第二運算放大器，K1為第一聯鎖開關，K2為第二聯鎖開關，K3為第三聯鎖開關，K4為第四聯鎖開關，Q1為NPN型三極體，Q2為PNP型三極體，R1為第一電阻，R2為第二電阻，R3為第三電阻，R4為第四電阻，R5為第五電阻，R6為第六電阻，WR1為第一電位器，WR2為第二電位器，S1為第一開關，S2為第二開關，V為電壓表。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的一實施例包括電源模塊1、調壓模塊2、顯示模塊3和輸出控制模塊4，電源模塊1與調壓模塊2電連接成迴路，還包括第一射極跟隨器5和第二射極跟隨器6；所述調壓模塊2的正輸出端與第一射極跟隨器5的輸入端電連接，顯示模塊3的第一輸入端和輸出控制模塊4的第一輸入端均與第一射極跟隨器5的輸出端電連接；所述調壓模塊2的負輸出端與第二射極跟隨器6的輸入端電連接，顯示模塊3的第二輸入端和輸出控制模塊4的第二輸入端均與第二射極跟隨器6的輸出端電連接。

所述電源模塊1包括蓄電池組7、第一開關S1、第二開關S2、第一穩壓模塊8和第二穩壓模塊9，所述蓄電池組7的正極通過第一開關S1與第一穩壓模塊8的輸入端相連，蓄電池的負極通過第二開關S2與第二穩壓模塊9的輸入端相連，第一穩壓模塊8的輸出端與第二穩壓模塊9的輸出端均與調壓模塊2電連接，第一穩壓模塊8的接地端與第二穩壓模塊9的接地端均接地。

本實用新型還包括限向二極體D3，所述限向二極體D3的陽極與蓄電池的正極電連接，限向二極體D3的陰極與第一穩壓模塊8的輸入端電連接。

所述調壓模塊2包括第一串聯支路和第二串聯支路，所述第一串聯支路包括相互串接的第一電阻R1和第一電位器WR1，第二串聯支路包括相互串接的第二電阻R2和第二電位器WR2，第一串聯支路的一端與第一穩壓模塊8的輸出端電連接，第二串聯支路的一端與第二穩壓模塊9的輸出端電連接，第一串聯支路的另一端與第二串聯支路的另一端均接地；第一電位器WR1的調節端與第一射極跟隨器5的輸入端電連接，第二電位器WR2的調節端與第二射極跟隨器6的輸入端電連接。

本實用新型還包括接於第一穩壓模塊8輸出端與第二穩壓模塊9輸出端之間的指示模塊10，所述指示模塊10包括相互串接的第一發光二極體D1、第三電阻R3、第二發光二極體D2和第四電阻R4；第一發光二極體D1的陽極和第二發光二極體D2的陽極均與第一穩壓模塊8電連接，第一發光二極體D1的陰極和第二發光二極體D2的陰極均與第二穩壓模塊9電連接。

本實用新型還包括第一直流斬波器11和第二直流斬波器12，所述第一射極跟隨器5包括第一運算放大器F1、第一電容C1、第五電阻R5和NPN型三極體Q1，第二射極跟隨器6包括第二運算放大器F2、第二電容C2、第六電阻R6和PNP型三極體Q2，所述蓄電池組7的正極與第一直流斬波器11的輸入端相連，蓄電池的負極與第二直流斬波器12的輸入端相連，第一直流斬波器11的輸出端與第一穩壓模塊8的輸入端相連，第二直流斬波器12的輸出端與第二穩壓模塊9的輸入端相連，第一直流斬波器11的接地端和第二直流斬波器12的接地端均接地；第一直流斬波器11的輸出端與第一運算放大器F1的電源端相連，第一運算放大器F1的電源端還通過第一電容C1接地，第一電位器WR1的調節端與第一運算放大器F1的同相輸入端相接，第一運算放大器F1的反相輸入端與NPN型三極體Q1的發射極相連，第一運算放大器F1的輸出端與NPN型三極體Q1的基極相連，第一直流斬波器11的輸出端通過第五電阻R5與NPN型三極體Q1的集電極相連，顯示模塊3的第一輸入端和輸出控制模塊4的第一輸入端均與NPN型三極體Q1的發射極相連；第二直流斬波器12的輸出端與第二運算放大器F2的電源端相連，第二運算放大器F2的電源端還通過第二電容C2接地，第二電位器WR2的調節端與第二運算放大器F2的同相輸入端相接，第二運算放大器F2的反相輸入端與PNP型三極體Q2的發射極相連，第二運算放大器F2的輸出端與NPN型三極體Q1的基極相連，第一直流斬波器11的輸出端通過第六電阻R6與NPN型三極體Q1的集電極相連，顯示模塊3的第二輸入端和輸出控制模塊4的第二輸入端均與NPN型三極體Q1的發射極相連。

所述第一開關S1和第二開關S2聯鎖成第一聯鎖開關K1。

如圖1所示，顯示模塊3包括電壓表V和第二聯鎖開關K2，輸出控制模塊4包括第三聯鎖開關K3和第四聯鎖開關K4。

在本實施例中，輸出正電壓範圍為0～+10V，輸出負電壓範圍為0～-10V，正電壓和負電壓輸出均有工作和短接兩種工作方式。

採用4節1.5V的電池串聯（1.5×4=6V），然後通過外串一個限向二極體D3（壓降0.7V）使輸出降為5.3V左右，再通過第一聯鎖開關K1接至兩個直流斬波器。

第一直流斬波器11輸出+15V，第二直流斬波器12輸出-15V，然後分別接到第一穩壓模塊8（78L12）和第二穩壓模塊9（79L12）兩個三端穩壓器上，並獲得+12V和-12V的穩壓電壓，+12V和-12V的電壓加到電阻值為1K的電阻和電位器（5K）上，調節電位器即能夠使第一電位器WR1輸出電壓在0~+10V（「﹢」信號）之間，第二電位器WR2輸出電壓在0~-10V（「-」信號）之間。此電壓經由放大倍數為1的運算放大器和三極體構成的射極跟隨器，不僅使輸出電壓穩定而且能夠有較大的輸出電流（最大輸出電流Imax≈30~50mA）,即可做校正信號，分別經兩組端子輸出，運算放大器可實現高阻輸入功能。

輸出的信號電壓經輸出端子（+ M -）到第二聯鎖開關K2上，接到電壓表V來顯示其幅值大小，當第二聯鎖開關K2扳向左邊，則電壓表V顯示「﹢」信號電壓；第二聯鎖開關K2扳在右邊，則電壓表V顯示「-」信號電壓。第三聯鎖開關K3、第四聯鎖開關K4可以分別構成「﹢」「-」輸出信號的兩種狀態，即「工作」和「短接」。「工作」狀態時，端子輸出由電位器所調定的電壓值信號；在「短接」狀態時，輸出端子被短接，輸出信號為0V。

本實用新型信號標定儀既簡潔又精確地實現了電壓信號標定功能，且可實現高阻功能，基本上不會對既有測量設備產生任何幹擾，可滿足各企業對相應電壓信號標定儀的要求。

上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是局限性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬於本實用新型的保護範圍之內。