一種時間電流表的校準檢測裝置製造方法

2023-10-06 07:11:34 2

一種時間電流表的校準檢測裝置製造方法
【專利摘要】一種時間電流表的校準檢測裝置，包括校準檢測器，校準檢測器包括顯示模塊、MCU、計時模塊、DA模塊、電壓源模塊、電流泵模塊、輸出保護模塊、取樣電阻模塊、AD模塊、通訊模塊、存儲模塊和鍵盤模塊，並分別與外殼體的控制面板上設置有LCD顯示屏幕、時間溯源埠、電流溯源埠、電流輸出埠、電流輸入埠、通訊埠以及鍵盤的對應接口通過排線連接。本發明能對時間電流表進行校準檢測，使用方便，檢測精度高。
【專利說明】一種時間電流表的校準檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於計量校準檢測裝置，特別是涉及一種時間電流表(毫安秒表)的校準檢測裝置。
【背景技術】
[0002]時間電流表是將電流(單位:毫安，符號:mA)和時間(單位:秒，符號:s)的乘積(單位毫安秒，符號:mAs)作為測量值顯示的。雖然現有的標準的電流源(無論是直流或交流)只能輸出單一的直流電流或正弦波交流電流，而且輸出帶負載能力有限，一般不能適應時間電流表的較高的輸入電阻(10 Ω?100 Ω)，直流電流的準確度很高，但不能輸出可控的時間電流乘積信號，況且無法給出準確的時間指標，也不能實現重複測量(測量沒有復現性)。時間電流表的測量電流大到1000mA，毫安秒的測量準確度(1.0%?3.5%)。現時沒有一種對時間電流表(毫安秒表)的專用檢測設備來實現對時間電流表的校準和檢測，當然也就無法實現對時間電流表(毫安秒表)的溯源。

【發明內容】

[0003]本發明的目的，是提供一種時間電流表的校準檢測裝置，能對時間電流表(毫安秒表)進行校準檢測，使用方便，檢測精度高。
[0004]該裝置達到:能夠輸出標準的時間電流乘積(毫安秒)信號，輸出值可以任意設置，可實現重複測量(復現性好)。滿足時間電流表的負載要求，準確的達到0.2%，符合計量檢測的誤差傳遞要求(即準確度高於被測設備的三分之一)。裝置具有輸出保護功能，同時電流、時間可以單獨輸出，方便裝置向上溯源，使時間電流表的校準檢測更加合理，溯源鏈條更加完整。
[0005]採用的技術方案是:
一種時間電流表的校準檢測裝置，包括外殼體和校準檢測器，其特徵在於:
外殼體的控制面板上設置有IXD顯示屏幕、時間溯源埠、電流溯源埠、電流輸出埠、電流輸入埠、通訊埠以及鍵盤，它們都由排線與校準檢測器的接口對應相連。
[0006]其中，IXD顯示屏幕主要由北京青雲生產的12864液晶顯示屏幕構成，其自帶中文字庫，可以顯示4行文字；時間溯源埠主要由BNC(Female)接頭構成，在溯源時能輸出指定脈寬(IOms?1000ms,步進精度IOms)的正脈衝信號以及Ipps的方波信號,校準時能根據其正脈衝的脈寬對本發明的時間參數進行溯源；電流溯源埠主要由BNC(Female)接頭構成，在溯源時能輸出指定幅度(ImA?1000mA，步進精度ImA)的直流信號，校準時可以根據其幅度對本發明的電流參數進行溯源；電流輸出埠與電流輸入埠主要由香蕉接頭(Female)構成，用於連接被校準的毫安秒表；通訊埠用於設備調試及上位機通訊；鍵盤主要由四個薄膜按鍵構成，用於完成對本發明的基本操作。
[0007]校準檢測器，包括顯示模塊、MCU (微控制單元)、計時模塊、DA模塊、電壓源模塊、電流泵模塊、輸出保護模塊、取樣電阻、AD模塊、通訊模塊、存儲模塊和鍵盤模塊，它們都通過排線與外殼上的相應部分連接。
[0008]其中，顯示模塊主要由貼片封裝總線擴展晶片74LS245構成，用於提高總線驅動能力和將LCD顯示屏幕與MCU隔離，以對MCU的相應管腳進行保護。
[0009]MCU是校準檢測器的核心，用於顯示控制、鍵盤按鍵捕獲、計時中斷響應、DA輸出電壓控制、AD電壓採樣讀取、通訊和關鍵數據的存取與讀取。本發明的MCU採用了 ST公司生產的具有64管腳的ARM7晶片STM32F103R，其倍頻後的最高頻率為72MHz。
[0010]在本發明中MCU用其PA 口作為數據總線，控制IXD屏幕的顯示；使用I2C總線完成對存儲模塊的存儲和讀取；使用其串口 I完成對通訊模塊的控制；使用SMB總線完成對DA模塊、AD模塊的讀寫操作；使用外部中斷與PC埠完成對計時模塊的控制。
[0011]計時模塊主要由貼片封裝的X1226構成，為了保證輸出時間的準確，本發明為其配備了準確度高達10_5的恆溫高穩晶振，其頻率為32.768kHz。
[0012]DA模塊主要由TI公司生產的貼片DA晶片TLV5618與參考電壓晶片TL431構成，其中DA晶片具有12位的輸出精度，轉換時間優於10us。
[0013]電壓源模塊主要由集成的開關電源組成，用於對校準檢測器所有晶片的供電以及電流源的供電。
[0014]電流泵模塊的電流輸出端與輸出保護模塊的電流輸入接線端子連接。
[0015]電流泵模塊主要由運算放大器晶片和MOS管構成。本發明所使用的運算放大器晶片有貼片封裝的TL082和直插封裝的IRF740構成。本電流泵模塊由基本的Howlandcurrent pump變化而成,最大輸出電流為1000mA,其帶載能力為120 Ω，完全滿足毫安秒表的計量校準需求。
[0016]輸出保護模塊主要由二極體構成，用於防止由電流輸出埠、電流輸入埠的誤操作對本發明造成的損壞。
[0017]輸出保護模塊經取樣電阻模塊與AD模塊的電流輸入端子連接。
[0018]取樣電阻主要由高精度電阻構成，其主要用於將電流轉化為電壓，並經由AD模塊採集到MCU，以再次構成反饋迴路，保障電流泵的輸出精度。
[0019]通訊模塊主要由貼片封裝的MAX3232晶片構成，通訊模塊與MCU的對應信號輸出、輸入串口連接，用於將MCU輸出的串口信號轉換成符合串口通訊的電壓信號，並將輸入的串口信號轉換為符合MCU電壓要求的數位訊號，進而完成通訊。
[0020]存儲模塊的信號輸出、輸入端分別與MCU的對應接口連接，存儲模塊主要由貼片封裝的AT24LC64晶片構成，其主要用於關鍵校準數據的存取以及本發明關鍵參數的存取。
[0021]鍵盤模塊的信號輸出、輸入端分別與MCU的對應接口連接。
[0022]鍵盤模塊主要由直插封裝的BC7281晶片、貼片封裝的74LS164晶片以及1N4148構成，主要用於按鍵的擴展，其最多可以擴展出64個按鍵。
[0023]顯示模塊通過30線的排線與控制面板上的IXD的對應接口連接。鍵盤模塊通過4線的排線與控制面板上的鍵盤連接。通訊模塊通過3線的排線與控制面板上的通訊埠COMM連接。MCU通過2線的排線與控制面板上的溯源埠 2連接。電流泵模塊通過4線的排線與控制面板上的電流輸入、輸出埠及電流溯源埠連接。
[0024]本發明能夠完成對時間電流表(毫安秒表)的檢測；並可實現重複測量，測量準確度達到0.2%，{參考電壓的AD轉換採用12位的測量數據，即控制電流準確度可達到0.1%，時間指標10_5即準確度達到0.01%，毫安秒的準確度依據JJF1059《測量不確定度評定與表示》採用方差合成法即=為0.1%，擴展不確定度作0.2%，k =2}。滿足溯源系統
表的傳遞誤差要求，即校準裝置的準確度(0.2%)要高於被測儀表準確度(1.0%?3.5%)三分之一的要求。該檢測裝置完善了對時間電流表(毫安秒表)的量值溯源體系表；同時對時間電流表(毫安秒表)校準檢測裝置的設計考慮了進一步向上溯源的要求，配置標準時間和電流輸出測量接口，實現本裝置的電流和時間的溯源，可以進一步溯源到國家基準。作為計量檢測機構使用本裝置，對提高檢測能力，對社會開展計量校準服務合法性和權威性提供了技術保障，並且還可以收取計量校準服務費用，具有一定的經濟和社會效益。
[0025]本發明的工作原理說明如下:使用者通過鍵盤進行設定後，本發明的鍵盤模塊獲取使用者的設定信息，MCU根據設定信息控制顯示模塊進而在LCD顯示屏幕上顯示相關設定信息，然後MCU對相關的控制電壓幅值、輸出時間進行計算，通過DA模塊輸出相應的電壓幅值，該電壓作用在電流泵模塊上，從而產生設定要求的電流；然後MCU設定計時模塊的中斷輸出時間(該時間很短，僅us級，可以在輸出時間中剔除以保證輸出時間準確度);在此期間，MCU通過AD模塊採集取樣電阻上的電壓，進而對輸出電流的幅值進行判斷，然後MCU再通過DA模塊對其輸出電壓幅值進行微調，進而對電流泵模塊的輸出電流進行微調，進而達到輸出電流幅值準確的目的；在達到指定時間後，計時模塊輸出相應的中斷脈衝，MCU捕獲後立即控制DA模塊停止電壓輸出，從而停止電流輸出。
[0026]在進行溯源時，本發明可以通過時間溯源埠、電流溯源埠分別輸出指定的正脈衝和電流，對它們進行計量校準，就可以達到對本裝置的時間參數、電流參數進行溯源的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是外殼體控制面板示意圖。
[0028]圖2是校準檢測器結構示意圖。
[0029]圖3是校準檢測器與外殼體控制面板連接示意圖。
【具體實施方式】
[0030]一種時間電流表的校準檢測裝置，包括外殼體和校準檢測器，其特徵在於:
外殼體的控制面板20上設置有IXD顯示屏幕1、時間溯源埠 2、電流溯源埠 3、電流輸出埠 4、電流輸入埠 5、通訊埠 C0MM6以及鍵盤7，它們都由排線與校準檢測器對應接口相連。
[0031]其中，IXD顯示屏幕I主要由北京青雲生產的12864液晶顯示屏幕構成，其自帶中文字庫，可以顯示4行文字；時間溯源埠 2主要由BNC(Female)接頭構成，在溯源時能輸出指定脈寬(IOms?1000ms,步進精度IOms)的正脈衝信號以及Ipps的方波信號，校準時可以根據其正脈衝的脈寬對本發明的時間參數進行溯源；電流溯源埠 3主要由BNC(Female)接頭構成，在溯源時能輸出指定幅度(ImA?1000mA，步進精度ImA)的直流信號，校準時可以根據其幅度對本發明的電流參數進行溯源；電流輸出埠 4與電流輸入埠 5主要由香蕉接頭(Female)構成，用於連接被校準的毫安秒表；通訊埠 6用於設備調試及上位機通訊；鍵盤7主要由4個薄膜按鍵構成，用於完成對本發明的基本操作。[0032]校準檢測器，包括顯示模塊8、MCU (微控制單元)9、計時模塊10、DA模塊11、電壓源模塊12、電流泵模塊13、輸出保護模塊14、取樣電阻模塊15、AD模塊16、通訊模塊17、存儲模塊18和鍵盤模塊19，它們都通過排線與外殼上的相應部分連接。
[0033]其中，顯示模塊8主要由貼片封裝總線擴展晶片74LS245構成，用於提高總線驅動能力和將IXD顯示屏幕與MCU9隔離，以對MCU9的相應管腳進行保護。
[0034]MCU 9是校準檢測器的核心，用於顯示控制、鍵盤按鍵捕獲、計時中斷響應、DA輸出電壓控制、AD電壓採樣讀取、通訊和關鍵數據的存取與讀取。本發明的MCU採用了 ST公司生產的具有64管腳的ARM7晶片STM32F103R，其倍頻後的最高頻率為72MHz。
[0035]在本發明中MCU 9用其PA 口作為數據總線，控制IXD屏幕的顯示；使用I2C總線完成對存儲模塊18的存儲和讀取；使用其串口 I功能完成對通訊模塊17的控制；使用SMB總線完成對DA模塊11、AD模塊16的讀寫操作；使用外部中斷與PC埠完成對計時模塊10的控制。
[0036]計時模塊10主要由貼片封裝的X1226構成，為了保證輸出時間的準確，本發明為其配備了準確度高達10_5的恆溫高穩晶振，其頻率為32.768kHz。
[0037]DA模塊11主要由TI公司生產的貼片DA晶片TLV5618與參考電壓晶片TL431構成，其中DA晶片具有12位的輸出精度，轉換時間優於10 μ S。
[0038]電壓源模塊12主要由集成的開關電源組成，用於對校準檢測器所有晶片的供電以及電流源的供電。
[0039]電流泵模塊13的電流輸出端與輸出保護模塊14的電流輸入接線端子連接。
[0040]電流泵模塊13主要由運算放大器晶片和MOS管構成。本發明所使用的運算放大器晶片有貼片封裝的TL082和直插封裝的IRF740構成。本電流泵模塊由基本的Howlandcurrent pump變化而成,最大輸出電流為1000mA,其帶載能力為120 Ω，完全滿足毫安秒表的計量校準需求。
[0041]輸出保護模塊14主要由二極體構成，用於防止由電流輸出埠 4、電流輸入埠 5的誤操作對本發明造成的損壞。
[0042]輸出保護模塊14經取樣電阻模塊15與AD模塊的電流輸入端子連接。
[0043]取樣電阻模塊15主要由高精度電阻構成，其主要用於將電流轉化為電壓，並經由AD模塊16採集到MCU9，以再次構成反饋迴路，保障電流泵的輸出精度。
[0044]通訊模塊17主要由貼片封裝的MAX3232晶片構成，通訊模塊17與MCU9的對應信號輸出、輸入串口連接，用於將MCU9輸出的串口信號轉換成符合串口通訊的電壓信號，並將輸入的串口信號轉換為符合MCU9電壓要求的數位訊號，進而完成通訊。
[0045]存儲模塊18的信號輸出、輸入端分別與MCU9的對應接口連接，存儲模塊18主要由貼片封裝的AT24LC64晶片構成，其主要用於關鍵校準數據的存取以及本發明關鍵參數的存取。
[0046]鍵盤模塊19的信號輸出、輸入端分別與MCU9的對應接口連接。
[0047]鍵盤模塊19主要由直插封裝的BC7281晶片、貼片封裝的74LS164晶片以及1N4148構成，主要用於按鍵的擴展，其最多可以擴展出64個按鍵。
[0048]顯示模塊8通過30線的排線與控制面板20上的IXD的對應接口連接。鍵盤模塊19通過4線的排線與控制面板20上的鍵盤7連接。通訊模塊17通過3線的排線與控制面板20上的通訊埠 COMM6連接。MCU9通過2線的排線與控制面板20上的溯源埠 2連接。電流泵模塊通過4線的排線與控制面板20上的電流輸入埠 5、電流輸出埠 4及電流溯源埠 3連接。
【權利要求】
1.一種時間電流表的校準檢測裝置，包括外殼體和校準檢測器，其特徵在於: 外殼體的控制面板(20)上設置有IXD顯示屏幕(I)、時間溯源埠(2)、電流溯源埠(3)、電流輸出埠(4)、電流輸入埠(5)、通訊埠(6)以及鍵盤(7)，它們都由排線與校準檢測器對應接口相連； 校準檢測器，包括顯示模塊(8)、MCU (9)、計時模塊(10)、DA模塊(11)、電壓源模塊(12)、電流泵模塊(13)、輸出保護模塊(14)、取樣電阻模塊(15)、AD模塊(16)、通訊模塊(17)、存儲模塊(18)和鍵盤模塊(19)； MCU(9)用其PA 口作為數據總線，控制LCD屏幕的顯示；使用I2C總線完成對存儲模塊(18)的存儲和讀取；使用其串口I完成對通訊模塊(17)的控制；使用SMB總線完成對DA模塊(11)、AD模塊(16)的讀寫操作；使用外部中斷與PC埠完成對計時模塊(10)的控制； 電壓源模塊(12)的電壓輸出端與電流泵模塊(13)的電壓信號輸入端連接； 電流泵模塊(13)的電流輸出端與輸出保護模塊(14)的電流輸入接線端子連接； 輸出保護模塊(14)經取樣電阻模塊(15)與AD模塊的電流輸入端子連接； 取樣電阻模塊(15)經由 AD模塊(16)採集信息與MCU (9)交換，以構成反饋迴路的連接; 通訊模塊(17)與MCU (9)的對應信號輸出、輸入串口連接； 存儲模塊(18)的信號輸出、輸入端分別與MCU (9)的對應接口連接， 鍵盤模塊(19)的信號輸出、輸入端分別與MCU (9)的對應接口連接； 顯示模塊(8)通過30線的排線與控制面板(20)上的IXD的對應接口連接；鍵盤模塊(19)通過4線的排線與控制面板(20)上的鍵盤(7)連接；通訊模塊(17)通過3線的排線與控制面板(20)上的通訊埠 COMM (6)連接；MCU (9)通過2線的排線與控制面板(20)上的溯源埠(2)連接；電流泵模塊(13)通過4線的排線與控制面板(20)上的電流輸入埠(5)、電流輸出埠(4)及電流溯源埠(3)連接。
2.根據權利要求1所述的一種時間電流表的校準檢測裝置，其特徵在於:LCD顯示屏幕(I)為12864液晶顯示屏幕； 顯示模塊(8)主要由貼片封裝總線擴展晶片74LS245構成； MCU (9)為64管腳的ARM7晶片STM32F103R，其倍頻後的最高頻率為72MHz ； 計時模塊(10)為貼片封裝的X1226構成； DA模塊(11)主要由TI公司生產的貼片DA晶片TLV5618與參考電壓晶片TL431構成； 通訊模塊(17)主要由貼片封裝的MAX3232晶片構成； 存儲模塊(18)主要由貼片封裝的AT24LC64晶片構成； 鍵盤模塊(19)主要由直插封裝的BC7281晶片、貼片封裝的74LS164晶片以及1N4148構成，最多可以擴展出64個按鍵。
【文檔編號】G01R35/00GK103901382SQ201410114853
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】宋麗霞, 孫家林, 李諾, 金月紅 申請人:孫家林