专利名称:交流数字式自动钳形表的制作方法
本实用新型涉及电量测量仪表，是一种专用于测量在线交流电流、交流电压及电阻的交流数字式自动钳形表。
目前国内外钳形表有指针式、非自动数字式及自动数字式三种钳形表。指针式钳形表抗振动性能差，其显示器易发生轧表，读数精度低并无读数锁定装置，即离开现场后测量数值也随之消失，量程转换及测量对象转换均容易产生误动作。
图1为现有钳形表外形图。
如图1所示，钳形互感器〔1〕专用于测量在线交流电流，而插孔〔3〕、〔5〕插入测试棒后可分别测量交流电压和电阻，转换开关〔2〕可实现测量对象转换和量程转换，当测量在线交流电流时，必须将转换开关〔2〕中的A挡的量程挡次对准尖头，随后用钳形互感器〔1〕钳住被测导线。当测量交流电压时，必须将转换开关〔2〕中的V挡的量程挡次对准尖头，随后将二根测试棒一头插入插孔〔3〕，用另一头去测量电压。当测量电阻时，必须将转换开关〔2〕中的Ω挡的量程挡次对准尖头，随后将二根测试棒一头插入插孔〔5〕，用另一头去测量电阻。因此极易发生误动作而损坏仪表。表头〔4〕作显示用。另外现有钳形表外形结构在测量靠近壁板汇流排上的导线的电流时操作不方便。
非自动数字式钳形表，量程转换和测量对象转换开关容易搞错，并且容易产生误动作。
现有的自动数字化钳形表，只有一种测量量程自动转换，也容易产生误动作。
本实用新型的目的，设计一种具有自动数字显示又有自动量程转换和测量对象转换，且无误动作发生的一种钳形表，同时，使其具有测量数值的锁定功能，测量时操作方便，测量精度高于2.5级。
本实用新型解决的技术方案a.电流、电压、电阻三路输入线路是通过线路切换，根据需要加到A／D转换器进行切换，不采用传统的旋钮开关，而是采用双线插头推动插座内的微动开关，从而实现测量对象自动切换。b.量程自动切换采用R－S触发器，R端接受LCD显示器的数字溢出信号UR输出自动转换信号auto，S端接受LCD显示器的非溢出信号OR，输出非自动控制信号来控制电流、电压、电阻输入线路的高量程。c.测量值的数字锁定对钳形表非常重要。数字锁定功能一般用7116A／D转换器芯片作主件，而7116A／D转换器芯片生产工艺要求高，价格贵，本实用新型采用八片CMOS及五只电阻，一只电容来代替7116A／D转换器芯片，具有相同功效，从而达到数字锁定功能。d.对电源电压低落的处理，采用CMOS电路的阈值电平，控制液晶显示LCD上的标志显示。
图2是交流数字式自动钳形表外形图。
图3是原理框图图4是整机线路图图5是测量对象切换装置结构图图6是测量对象切换装置线路图本实用新型实施例输入线路部份中电流输入线路，如图3和图4所示，当被测交流电流经过钳形互感器于电阻R1上产生压降，R2与R3组成分压线路，由集成模拟开关IC1、电阻R4、电位器W1及R－S触发器实现量程自动切换，当R－S触发器输出auto信号为低电平时，集成模拟开关IC1不导通，此回路断开不起作用，这时为低量程，当R－S触发器输出auto信号为高电平时，集成模拟开关IC1导通，则对电阻R3起分流作用，这时为高量程。电阻R3、电位器W1、电阻R4、集成模拟开关IC1组成的输入阻抗，由此产生的交流电压经电阻R5和R13、二极管D1和D2、电阻R6、电位器W2及放大器F1组成的线性整流电路整流，在A点输出直流电压，A点上的电压再经由电阻R7、电容C1、电阻R8、电容C2组成的二级电阻电容低通滤波，最后在B点电阻R9上输出与交流电流输入成正比的直流电压，经过由三个微动开关组成的测量对象切换装置送至7106A／D转换器。电位器W3、电阻R11和R10、运算放大器F2和F3、电阻R12、二极管D3组成稳压稳流线路，稳定运算放大器F1同相端，即正端。
输入线路部份中的电压输入线路，如图3和图4所示，交流电压经过输入端钮，经电阻R14降压，经二极管D4和D5组成半波整流，经电阻R15和电容C3低通滤波，于电阻R16产生电压降，集成模拟开关IC2、电阻R17、电位器W3及R－S触发器组成量程自动转换，当R－S触发器输出auto信号为低电平时，集成模拟开关IC2不导通，此回路断开，这时处于低量程，当R－S触发器输出auto信号为高电平时，集成IC2导通，此回路对R16起分流作用，这时处于高量程，D点产生与电压输入成正比的直流电压，经过由三个微动开关组成的测量对象切换装置送至7106A／D转换器。
输入线路部份中的电阻输入线路，如图3和图4所示，被测A2、B2之间输入电阻Rλ与稳压管D6和电阻R21并联。场效应三极管3DJ6产生恒流作用于稳压管D6上，使其产生稳压值，此稳压电压的作用是使被测电阻输入为∞时，输向7106A／D转换器的两端输入端电压不偏高。运算放大器F4、电阻R18和R19、电位器W4产生测量电路所必需的恒流电流为I，电阻R20、电位器W5、集成模拟开关IC3组成运算放大器的反馈电阻R反，如果调节电位器W4使运算放大器F4的同相端，即正端，对7106A／D转换器的COM端电位为V，输入电阻为Rλ，则根据以下计算能说明电阻测量过程，7106A／D转换器接受的输入测量电压Vλ＝Rλ·I (1)由于运算放大器F4的放大系数足够大，可认为反相端电位与同相端，即正端电位相同为V，则流过反馈电阻R反的电流为
I＝ (V)/(R反) (2)综合上述二式R反＝ (Vλ)/(V) R反(3)由于本实用新型电阻量程有0～200Ω和0～2000Ω二挡量程，Vλ对7106A／D转换器来说为100mV至2V，可任取一值作固定，V值可通过调节电位器W4作固定，所以只要取二个R反值切换就可满足200Ω和2000Ω量程转换的要求，当R反为200Ω量程时，集成模拟开关IC3导通，电阻R20与电位器W5并联，当Rλ＝2000Ω时，集成模拟开关IC3断开，反馈电阻只有R20。
测量对象切换装置是用于电阻、电压、电流三种测量对象的自动转换，是本实用新型的最大特点，采用双线插座及插头推动侧旁的微动开关，如图5及图6所示，微动开关〔16〕、〔17〕组成的线路来切换电阻输入线路的直流电压，微动开关〔18〕组成的线路来切换电压输入线路的直流电压。其中微动开关〔16〕、〔17〕和插座〔15〕、插座凸芯〔14〕、接头A和B组成了如图2所示的电阻输入插座〔9〕。微动开关〔18〕和插座〔15〕、插座凸芯〔14〕接头A1和B1，组成了如图2所所示的电压输入插座〔10〕。插头上盖〔11〕、插头下盖〔13〕、插头凹芯〔12〕，测试棒一头二导线焊于〔12〕上，组成了测试棒插头。
如图6所示，当测试棒插头插入电阻输入插座〔9〕时，微动开关〔16〕接头H与接头G相通，微动开关〔17〕接头E与接头D相通，这样电阻输入线路的直流电压即送7106A／D转换器，这时如果有交流电流或交流电压输入，经输入线路整流后的直流电压、电流都不能送入7106A／D转换器，此时只能测得电阻值。当电阻输入插座〔9〕无插头插入，而插头插入电压输入插座〔10〕时，微动开关〔18〕的接头H1与G1相通，而微动开关〔16〕接头H与接头F相通，微动开关〔17〕接头E与接头C相通，这样，电压输入线路的直流电压即送7106A／D转换器，此时才能测量电压。当插座〔9〕和〔10〕都无插头插入，则微动开关〔17〕接头E与接头C相通，微动开关〔16〕接头H与接头F相通，微动开关〔18〕接头H1与接头F1相通，这样，电流输入线路的直流电压即送7106A／D转换器，此时就能测量电流。
采用上述电阻、电压、电流先后排列切换，既保证测量交流电流时钳形表无任何拖线，又保证测量某一量时其它输入量不起作用，如果万一有二个插头同时插入插座〔9〕和〔10〕时，保证只对电阻测量起响应，而将危险的电压测量输入隔离，并保证了仪表的安全。
自动量程切换线路如图4所示，它是采用具有保持电平信号的R－S触发器，它由集成与非门电路IC4、IC5、电阻R22和R23、电容C4、C5组成，R－S触发器的R端接受液晶显示器LCD的数字溢出信号UR，输出自动转换auto信号，控制产生电流输入线路和电压输入线路的高量程，R－S触发器的另一端S端，接受LCD的非溢出信号OR，输出非自动转换auto信号，控制产生电阻输入线路的高量程。
本实用新型的数字显示锁定控制，是采用如图2所示功能开关〔7〕即图4中K的手控信号，产生人为的锁定数字显示信号，使7106A／D转换器的OS1端通过集成模拟开关IC6导通而接TEST端，故振荡停止，即7106A／D转换器B／P波形消失，同时外接振荡器由集成与非门IC9、IC10、电阻R26、R27、电容C6组成，由于集成模拟开关IC8的截止而起振，产生EXB／P波形信号，该信号与7106A／D转换器B／P波形消失后的电平经“异或”后通过集成模拟开关IC13控制IC16～IC37的集成“异或”门一端，其另一端则仍由7106A／D转换器的数字输出端控制，由于7106A／D转换器本身数字输出电平与7106A／D转换器B／P波形停振后的电平是成“异或”关系，而EXB／P波形信号又与7106A／D转换器B／P波形停振后电平成“异或”关系，因而EXB／P波形信号与7106A／D转换数字输出电平通过IC16～IC37“异或”后，仍能正常启辉液晶显示，因为7106A／D转换器B／P波形停振，而7106A／D转换器数字输出电平不变，所以LCD显示值也不变，实现了锁定的功能。
电源电压低落是采用CMOS与非门电路IC38的阈值电平，根据电阻R29、R30分压使V＋为7.5V左右，使与非门电路IC38伏态翻转，通过集成模拟开关电路IC40、IC41利用与非门电路IC38和IC39的状态来控制LCDB／P波形的极性再通向LCD的电源电压低落符号端，使其启辉或熄灭，从而使LCD上的电源电压低落符号出现标志功能。
本实用新型的钳形互感器〔8〕如图2所示，外形做成“泪滴”型式的互感器，可方便地钳牢靠近壁板的汇流排上的导线。
权利要求
1.一种具有电流、电压、电阻输入和量程转换、测量对象切转、数字显示器、A/D转换器、钳形电流互感器组成的交流数字式自动钳形表，其特征在于a.电流输入测量回路由泪滴型电流互感器[8]和具有自动量程转换的电流输入线路组成；b.电压输入测量回路由插座[10]、测试棒插头和具有自动量程转换的电压输入线路组成；c.电阻输入测量回路由插座[9]、测试棒插头和具有自动量程转换的电阻输入线路组成；d.测量对象切换装置由插座[9]、[10]和微动开关[16]、[17]、[18]组成；e.自动量程切换信号装置由数字显示器电路和自动量程转换信号线路组成；f.数字显示锁定装置由功能开关[7]和数字显示锁定控制线路组成；g.电源电压低落控制器由数字显示器电路和检测电源电压阈值控制线路组成；
2.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于泪滴型电流互感器自动量程转换的电流输入线路，是采用具有同相端电位稳定控制电路的运算放大器F1、二极管D1和D2、电位器W2、电阻R5、R13、R6组成的线性整流电路，并且用电位器W1、电阻R4、集成模拟开关IC1和R－S触发器组成自动量程切换线路的执行电路。
3.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于自动量程转换的电压输入线路是采用半波整流电路和电位器W3、R17、集成模拟开关IC2及R－S触发器组成的自动量程切换线路的执行电路。
4.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于自动量程转换的电阻输入电路是采用输入电阻Rλ与稳压管D6、电阻R21并联，场效应三极管3DJ6产生恒流电流作用于稳压管D6产生稳压值，并有电位器W5、电阻R20、集成模拟开关电路IC3、运算放大器F4组成自动量程切换线路的执行电路。
5.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于测量对象切换装置，由微动开关〔16〕、〔17〕、〔18〕、插座〔9〕和〔10〕、插头凸芯〔14〕、插头上盖〔11〕、下盖〔13〕、插头凹芯组成的测试棒插头所组成。
6.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于自动量程转换信号装置，由集成电路IC4、IC5组成的R－S双稳态触发器以及电阻R22、R23、电容C4、C5所构成。
7.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于数字显示锁定控制装置，采用7106A／D转换器和与非门电路IC9、IC10、IC11、电阻R24、R25、R26、R27集成模拟开关电路IC6、IC7、IC8、IC13、IC14、IC15异或门电路IC12、IC16～IC37所组成。
8.根据权利要求
1所述的交流数字式自动钳形表，其特征在于电源电压低落电路由利用其阈值电平的与非门电路IC38、集成模拟开关IC40和IC41组成，从而使LCD上的电源电压低落符号出现标志。
专利摘要
交流数字式自动钳形表属自动数字显示电量测量仪表技术领域：
。采用微动开关和插座实现电阻、电压、电流测量对象切换，利用R-S双稳态触发器实现自动量程转换，用A/D转换器和与非门电路实现数字显示锁定，电流互感器外形为泪滴型，操作方便。广泛应用于测量在线交流电。
文档编号G01R15/00GK87201296SQ87201296
公开日1988年2月3日 申请日期1987年4月28日
发明者张安钢 申请人:张安钢导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan