一種自動量程的伏安相位表的製作方法
2023-07-10 05:23:56 1
專利名稱：一種自動量程的伏安相位表的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電工測量儀表，具體地說是測量電壓、電流、相位等電參數的雙鉗型伏 安相位表。
背景技術：
目前較為常見的SMG2000、 ML12等雙鉗伏安相位表，是繼電保護工、校表工和線路裝修 工的通用測量工具。該儀表的主要結構如圖1所示，主要由輸入選擇開關J、分壓電阻、運 算放大器、A/D轉換器、微控制器和液晶顯示組成。因為該電路中運算放大器的增益是固定 的，不能自動調節，所以該電路只能通過改變開關J的擋位，以調節分壓電阻大小的方式實 現量程轉換。即，當用該儀表測量電力系統的電流、電壓時，需要採用手動的方式，先確定 選擇信號的測量範圍，如測量電流時，需先行設置好測量範圍200mA或2A、 10A等，來滿 足測量精度要求，繼而進行測量。故此，傳統測量儀表存在著操作煩瑣的缺點。發明內容本發明的目的在於改進傳統儀表存在的不足，提供一種操作便捷的自動量程的伏安相位表。本發明是這樣實現的主要有輸入選擇開關、1/V轉換器、運算放大器、可編程增益放 大器、A/D轉換器、微控制器和LCD液晶屏構成。微控制器內核系控制該可編程增益放大器 的自動量程軟體模塊。由於選擇的微控制器型號不同，可編程增益放大器和A/D轉換器可獨 立於微控制器外部，也可集成在微控制器內部。輸入選擇開關，用來選擇測量的信號量；I/V 轉換器，用來將互感器輸出的電流信號轉化為電壓信號；運算放大器用來提高放大通道的增 益；可編程增益放大器、A/D轉換器和微控制器構成信號調整電路，負責自動量程調節和信 號採集；微控制器還用於採集數據，並轉換成真實有效值後，通過液晶屏顯示出來。自動量程的量程劃分是將測量信號的測量範圍劃分為幾個小的測量範圍即劃分量程， 再根據A/D轉換器的性能指標，確定每個量程下滿足測量精度的增益要求。本發明的工作原理是信號經過開關J進入自動量程調節電路，微控制器通過A/D採樣 值和可編程增益運算放大器的增益設置值，來確定輸入信號所在量程；微控制器再根據確定 的量程重新設置可調節增益放大器的增益值，來滿足該量程下的增益要求；然後微控制器重 新進行A/D採樣，根據量程增益設置和採樣值計算得到輸入信號的真實有效值，通過液晶屏 顯示出來。本發明結構簡單、操作方便。不僅解決了手動換檔的問題，還可以根據需要將量程隨意劃分，降低了對運算放大器本身性能的要求，節約成本。
圖l. SMG2000雙鉗伏安相位表電路原理示意圖；圖2.本發明電路結構示意圖；圖3.微控制器的自動量程的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖敘述一個本發明的實施例。圖2顯示了本實施例的電路結構主要由輸入選擇開關J 、 1/V轉換器、運算放大器、 含有可編程增益放大器和A/D轉換器的微控制器、液晶屏構成。I/V轉換器和運算放大器採 用0PA2277運算放大器，微控制器選用C8051F系列單片機。電源分為VCC、 AGND、 GND三種 電壓，VCC為3.3V，用做微控制器和模擬電路的電源；AGND為1.5V，用做模擬電路的參考 中點電壓；GND為OV，用做微控制器和模擬電路的地線。輸入選擇開關J、 1/V轉換器構成信號的輸入級，實現信號的輸入。運算放大器和微控制 器內部的可編程增益放大器、A/D轉換器、內核構成自動增益調整電路，用來處理信號。微 控制器的內核和A/D轉換器構成數據採集、處理，負責計算出結果。本實施例的自動量程實現由控制程序和硬體兩部分組成，其中控制程序存在於微控制 器內核中，硬體部分含有以下幾個部件。1. 運算放大器，用來補償可編程增益放大器的增益不足。2. 微控制器內部的可編程增益放大器，用來根據信號所處於的量程調整信號增益。3. 微控制器內部的A/D轉換器，用來採集經過調整後的信號。4. 微控制器內核，由內部的程序完成控制A/D採樣、計算當前輸入信號所處於的量程 和控制可編程增益放大器的增益。設定本實施例之電流量程的測量範圍為0 10A，將其劃分為0 100raA、 100mA lA、 1A IOA三個量程。當測量電流時，由電流鉗感應電流信號，然後經過開關J進入自動增益調整 電路。信號經過運算放大器、可編程增益放大器後，微控制器內核控制A/D採樣、計算獲得 信號的有效值；然後由微控制器判斷出信號所在的量程，並根據判斷出的量程重新設置微控 制器內部的可編程增益放大器的增益。當增益設置正確後，再由微控制器通過A/D釆樣、計 算得到被測信號的真實有效值，通過液晶屏顯示出來。從而實現自動量程的測量工作。圖3系本發明之微控制器的自動量程流程圖，過程如下-1. 微控制器控制A/D，對調整過的信號進行採樣；2. 用均方根的方法，計算採樣值獲得信號的有效值；3. 根據當前可編程增益放大器的增益設置和互感器的轉換比例，計算出輸入信號的真實有效值；4.據預先劃分的量程範圍，計算出輸入信號所在的量程； 5.判斷本次計算出的量程與上次計算出的量程是否相同；(1) 如果相同，說明本次採樣是在正確的增益下進行的，第3步計算出的信號的真 實有效值是正確的。將有效值送液晶屏顯示。返回第1步，進行新一次的量程調節。(2) 如果不同，說明本次採樣是在不正確的增益下進行的，第3步計算出的信號的 真實有效值存在誤差，結果不能滿足精度要求。所以需要重新設置可編程增益放大器的 增益。返回第1步，進行新一次的量程調節。
權利要求
1. 一種自動量程的伏安相位表，有輸入選擇開關J、運算放大器、A/D轉換器、微控制器和液晶屏，其特徵在於在輸入選擇開關J和運算放大器之間連接有I/V轉換器，微控制器的內核系控制該可編程增益放大器的自動量程軟體模塊。
2. 根據權利要求1所述的一種自動量程的伏安相位表，其特徵在於可編程增益放大 器和A/D轉換器集成在微控制器內部或獨立於微控制器外部。
全文摘要
本發明涉及一種電工測量儀表，該自動量程的伏安相位表具有自動量程功能，其主要由輸入選擇開關、I/V轉換器、運算放大器、可編程增益放大器、A/D轉換器、微控制器和液晶屏構成，可編程增益放大器和A/D轉換器集成在微控制器內部或獨立於微控制器外部，可編程增益放大器由自動量程軟體模塊控制。本發明結構簡單、操作方便，較好地解決了傳統測量儀表的手動換檔問題。
文檔編號G01R15/00GK101241146SQ20071001871
公開日2008年8月13日 申請日期2007年9月20日 優先權日2007年9月20日
發明者穆明健 申請人:西安愛邦電氣有限公司