专利名称：程控交直流模拟标准电阻器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可程控的交直流模拟标准电阻器，应用于接地导通电阻测试仪的检测和校准，属计量技术领域。
背景技术：
接地导通电阻是交流电网供电的电器设备的可触及金属壳体与该设备引出的安全接地端(线)之间的导通电阻。接地导通电阻测试仪是通过输出交流或者直流电流，施加于被测体的可触及金属壳体与其安全接地端(线)之间，并测量电流流过被测体所产生的压降，然后通过电压和电流之比得出被测体的接地导通电阻。检测和校准接地导通电阻测试仪的电阻示值误差和报警电阻预置误差时，需要使用到大电流标准电阻器；前者要求标准电阻器提供一系列数值的标准电阻(如100mΩ和200mΩ)，后者要求所使用的标准电阻器是可调式，而且需要有足够小的调节细度。由于接地导通电阻测试仪校准所需要的可调式电阻器的阻值低、功率大，难以用实体电阻制作，因此目前广泛使用的是模拟电阻器。现有的模拟电阻器通过机械式电位器或者旋转开关调整输出的模拟电阻的大小；前者输出的模拟电阻可连续调整，后者一般有多组旋转开关，是步进式的。现有的使用机械式电位器或者旋转开关的模拟电阻器存在以下缺点调整繁琐需要操作人员手动反复调整电位器或者旋转开关才能得到所需的电阻，不能满足现今自动校准的需求；噪声大机械式电位器和旋转开关的实质是通过改变机械触点的位置来实现调整，随着机械触点逐渐老化，触点接触不良导致输出信号出现严重噪声。
实用新型内容本实用新型针对上述问题，提供一种基于数字电位器的，无需调整机械式电位器或者旋转开关的，电阻器内没有机械触点的程控交直流模拟标准电阻器。
为实现上述目的，本实用新型的程控交直流模拟标准电阻器包括基准电阻、电压分配调节电路、电压合成器和控制与显示模块，所述基准电阻的一个接线端与电压分配调节电路的一个输入端电连接，电压分配调节电路的输出端与电压合成器电连接，控制与显示模块与电压分配调节电路的控制端电连接。
进一步的，所述基准电阻是一个大功率精密电阻，额定电流不小于30A，如图2，从基准电阻的两端分别引出两个接线端子PH和PL，PH端与电压分配调节电路的输入端连接。
进一步的，所述电压分配调节电路由放大器、数字电位器阵列和电压跟随器组成。放大器对基准电阻的输出信号进行放大，输出端与数字电位器阵列连接。数字电位器阵列由一组数字电位器组成，每个数字电位器的控制端分别与控制显示模块的微处理器的I/O引脚连接，输出端与电压跟随器的输入端连接。电压跟随器起电压缓冲作用，其输出端与电压合成器的输入端连接。
进一步的，所述电压合成器对电压分配调节电路输出的多个电压信号，按照一定的比例进行叠加，所合成出的信号就是本模拟标准电阻器的输出信号。
进一步的，所述控制与显示模块由微处理器、输入键盘、显示屏组成。数字电位器阵列的控制端、输入键盘的控制端、显示屏的控制端均与微处理器的I/O引脚连接，用户通过输入键盘设置模拟电阻器的输出电阻，设置值在显示屏上显示。
本实用新型可以通过数字键盘直接设置输出指定大小的标准电阻，完成接地导通电阻测试仪电阻示值误差的检测；在用户的设置下，输出电阻可以从某个值开始，以一定的速度自动增大，直至被检测的接地导通电阻测试仪发出报警为止，从而实现了报警电阻预置误差的自动检测。
本实用新型的程控交直流模拟标准电阻器通过数字键盘直接设置输出电阻的大小，无需调整机械式电位器或者旋转开关，设置过程方便快速；而且该模拟标准电阻器实现了一种无触点电阻调节技术，电阻器内没有机械触点，不存在由机械触点接触不良造成的噪声。
图1是本实用新型的电路框图。
图2是本实用新型的基准电阻示意图。
图3是本实用新型的信号处理电路原理图。
图4是本实用新型的接线端子示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细的描述。
参见图1，本实用新型主要包括基准电阻1，电压分配调节电路2，电压合成器3，控制与显示模块4，其中，电压分配调节电路2与电压合成器3组成信号处理电路。
图2是采用“四端对”接法的基准电阻示意图。在电阻的两端分别引出两个接线端子，图示的四个端子中的IH和IL是电流端子，测试时电流从这两个端子流过；而PH和PL是电压测量端子。在实施例中，PL接信号地，PH上的电压信号即为信号处理电路(示于图3)的输入信号Vin。接地导通电阻的“四端对”测量方法即测量出PH和PL之间的电压降Up，以及回路中的电流I，再根据欧姆定律Up/I，得出电阻体的实际电阻值。
图3是本实施例的信号处理电路，主要由放大器、数字电位器阵列、电压跟随器和电压合成器3组成。运放OP1对输入信号进行放大。数字电位器阵列包括数字电位器IC1、IC2和IC3，其对放大后的输入信号进行分压，每个数字电位器的分压比由控制与显示模块4中的微处理器控制。运放OP2、OP3和OP4对分压后的信号进行缓冲。运放OP5对多路信号进行合成，它的输出信号Vout即为本实施例的输出信号。为便于分析，采用了以下符号I-基准电阻上的电流；Rref-基准电阻的阻值；K1-运放OP1的增益；K2-数字电位器IC1的分压比；K3-数字电位器IC2的分压比；K4-数字电位器IC3的分压比；P1-数字电位器IC1的抽头位置；P2-数字电位器IC2的抽头位置；P3-数字电位器IC3的抽头位置；V1-运放OP1的输出电压；V2-数字电位器IC1的输出电压；V3-数字电位器IC2的输出电压；V4-数字电位器IC3的输出电压；以运放OP5为核心组成一个加法运算电路，把V2、V3和V4进行加法合成。运放OP5的输出电压Vout的计算式为Vout=R7·(V2R8+V3R9+V4R10)]]>因为Vin＝I·Rref，V1＝Vin·K1V2＝V1·K2，V3＝V1·K3，V4＝V1·K4
则Vout=I·Rref·K1·R7(K2R8+K3R9+K4R10)]]>假设IC1、IC2和IC3都是32抽头的数字电位器，则整数P1、P2、P3的取值范围是0～31，有K2=P131,K3=P231,K4=P331]]>则Vout=I·Rref·K1·R731(P1R8+P2R9+P3R10)]]>进行如下变换Vout=30I·Rref·K1·R731(P130R8+P230R9+P330R10)]]>令P1＝3N1，P2＝3N2，P3＝3N3，整数N1、N2、N3的取值范围是0～10，则Vout=3I·Rref·K1·R731(N1R8+N2R9+N3R10)]]>令R8=30R731,R9=300R731,R10=3000R731]]>则Vout＝I·Rref·K1(0.1N1+0.01N2+0.001N3)再令Rref＝100mΩ，K1＝10，则Vout＝I·(100N1+10N2+N3)合成电压Vout与输入电流I的商即为所模拟出的电阻R，即R=VoutI=100N1+10N2+N3(N1,N2,N3:0~10)]]>
由本实施例可见，由100mΩ基准电阻模拟出0mΩ～1110mΩ间的任意阻值，调节细度是1mΩ；模拟电阻R的大小决定于数字电位器抽头的位置P1、P2和P3，通过改变抽头位置就可改变R的大小。本实用新型是交直流两用模拟标准电阻器，所输出的模拟电阻的最大值决定于基准电阻和运放OP1的增益，输出电阻的调节细度决定于数字电位器阵列中电位器的个数和电阻之间的比例，输出电阻的准确度主要决定于基准电阻的准确度和信号处理电路中R3、R4、R7、R8、R9、R10的匹配程度。
图4是本实用新型的接线端子示意图，端子A与基准电阻的IL连接，端子B与基准电阻IH连接，端子C与信号处理电路的信号地连接，端子D与信号处理电路的Vout连接。
权利要求1.一种程控交直流模拟标准电阻器，其特征在于包括基准电阻、电压分配调节电路、电压合成器和控制与显示模块，所述基准电阻的一个接线端与电压分配调节电路的一个输入端电连接，电压分配调节电路的输出端与电压合成器电连接，控制与显示模块与电压分配调节电路的控制端电连接。
2.根据权利要求1所述的程控交直流模拟标准电阻器，其特征在于所述基准电阻一个大功率精密电阻，额定电流不小于30A；其中，从基准电阻的两端分别引出两个接线端子PH和PL，PH端与电压分配调节电路的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的程控交直流模拟标准电阻器，其特征在于所述电压分配调节电路由放大器、数字电位器阵列和电压跟随器组成；放大器对基准电阻的输出信号进行放大，输出端与数字电位器阵列连接，数字电位器阵列由一组数字电位器组成，每个数字电位器的控制端分别与控制显示模块的微处理器的I/O引脚连接，输出端与电压跟随器的输入端连接，电压跟随器起电压缓冲作用，其输出端与电压合成器的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的程控交直流模拟标准电阻器，其特征在于所述电压合成器对电压分配调节电路输出的多个电压信号，按照一定的比例进行叠加，所合成出的信号就是本模拟标准电阻器的输出信号。
5.根据权利要求1所述的程控交直流模拟标准电阻器，其特征在于所述控制与显示模块由微处理器、输入键盘、显示屏组成。数字电位器阵列的控制端、输入键盘的控制端、显示屏的控制端均与微处理器的I/O引脚连接，用户通过输入键盘设置模拟电阻器的输出电阻，设置值在显示屏上显示。
专利摘要本实用新型公开了一种程控交直流模拟标准电阻器包括基准电阻、电压分配调节电路、电压合成器和控制与显示模块，所述基准电阻的一个接线端与电压分配调节电路的一个输入端电连接，电压分配调节电路的输出端与电压合成器电连接，控制与显示模块与电压分配调节电路的控制端电连接。其有益效果在于，无需调整机械式电位器或者旋转开关，设置过程方便快速；而且该模拟标准电阻器实现了一种无触点电阻调节技术，电阻器内没有机械触点，不存在由机械触点接触不良造成的噪声。
文档编号G01R27/20GK2831129SQ20052012966
公开日2006年10月25日 申请日期2005年10月27日 优先权日2005年10月27日
发明者陈志雄 申请人:广州赛宝计量检测中心服务有限公司