专利名称：一种自动量程的伏安相位表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电工测量仪表，具体地说是测量电压、电流、相位等电参数的双钳型伏 安相位表。
背景技术：
目前较为常见的SMG2000、 ML12等双钳伏安相位表，是继电保护工、校表工和线路装修 工的通用测量工具。该仪表的主要结构如图1所示，主要由输入选择开关J、分压电阻、运 算放大器、A/D转换器、微控制器和液晶显示组成。因为该电路中运算放大器的增益是固定 的，不能自动调节，所以该电路只能通过改变开关J的挡位，以调节分压电阻大小的方式实 现量程转换。即，当用该仪表测量电力系统的电流、电压时，需要采用手动的方式，先确定 选择信号的测量范围，如测量电流时，需先行设置好测量范围200mA或2A、 10A等，来满 足测量精度要求，继而进行测量。故此，传统测量仪表存在着操作烦琐的缺点。发明内容本发明的目的在于改进传统仪表存在的不足，提供一种操作便捷的自动量程的伏安相位表。本发明是这样实现的主要有输入选择开关、1/V转换器、运算放大器、可编程增益放 大器、A/D转换器、微控制器和LCD液晶屏构成。微控制器内核系控制该可编程增益放大器 的自动量程软件模块。由于选择的微控制器型号不同，可编程增益放大器和A/D转换器可独 立于微控制器外部，也可集成在微控制器内部。输入选择开关，用来选择测量的信号量；I/V 转换器，用来将互感器输出的电流信号转化为电压信号；运算放大器用来提高放大通道的增 益；可编程增益放大器、A/D转换器和微控制器构成信号调整电路，负责自动量程调节和信 号采集；微控制器还用于采集数据，并转换成真实有效值后，通过液晶屏显示出来。自动量程的量程划分是将测量信号的测量范围划分为几个小的测量范围即划分量程， 再根据A/D转换器的性能指标，确定每个量程下满足测量精度的增益要求。本发明的工作原理是信号经过开关J进入自动量程调节电路，微控制器通过A/D采样 值和可编程增益运算放大器的增益设置值，来确定输入信号所在量程；微控制器再根据确定 的量程重新设置可调节增益放大器的增益值，来满足该量程下的增益要求；然后微控制器重 新进行A/D采样，根据量程增益设置和采样值计算得到输入信号的真实有效值，通过液晶屏 显示出来。本发明结构简单、操作方便。不仅解决了手动换档的问题，还可以根据需要将量程随意划分，降低了对运算放大器本身性能的要求，节约成本。
图l. SMG2000双钳伏安相位表电路原理示意图；图2.本发明电路结构示意图；图3.微控制器的自动量程的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图叙述一个本发明的实施例。图2显示了本实施例的电路结构主要由输入选择开关J 、 1/V转换器、运算放大器、 含有可编程增益放大器和A/D转换器的微控制器、液晶屏构成。I/V转换器和运算放大器采 用0PA2277运算放大器，微控制器选用C8051F系列单片机。电源分为VCC、 AGND、 GND三种 电压，VCC为3.3V，用做微控制器和模拟电路的电源；AGND为1.5V，用做模拟电路的参考 中点电压；GND为OV，用做微控制器和模拟电路的地线。输入选择开关J、 1/V转换器构成信号的输入级，实现信号的输入。运算放大器和微控制 器内部的可编程增益放大器、A/D转换器、内核构成自动增益调整电路，用来处理信号。微 控制器的内核和A/D转换器构成数据采集、处理，负责计算出结果。本实施例的自动量程实现由控制程序和硬件两部分组成，其中控制程序存在于微控制 器内核中，硬件部分含有以下几个部件。1. 运算放大器，用来补偿可编程增益放大器的增益不足。2. 微控制器内部的可编程增益放大器，用来根据信号所处于的量程调整信号增益。3. 微控制器内部的A/D转换器，用来采集经过调整后的信号。4. 微控制器内核，由内部的程序完成控制A/D采样、计算当前输入信号所处于的量程 和控制可编程增益放大器的增益。设定本实施例之电流量程的测量范围为0 10A，将其划分为0 100raA、 100mA lA、 1A IOA三个量程。当测量电流时，由电流钳感应电流信号，然后经过开关J进入自动增益调整 电路。信号经过运算放大器、可编程增益放大器后，微控制器内核控制A/D采样、计算获得 信号的有效值；然后由微控制器判断出信号所在的量程，并根据判断出的量程重新设置微控 制器内部的可编程增益放大器的增益。当增益设置正确后，再由微控制器通过A/D釆样、计 算得到被测信号的真实有效值，通过液晶屏显示出来。从而实现自动量程的测量工作。图3系本发明之微控制器的自动量程流程图，过程如下-1. 微控制器控制A/D，对调整过的信号进行采样；2. 用均方根的方法，计算采样值获得信号的有效值；3. 根据当前可编程增益放大器的增益设置和互感器的转换比例，计算出输入信号的真实有效值；4.据预先划分的量程范围，计算出输入信号所在的量程； 5.判断本次计算出的量程与上次计算出的量程是否相同；(1) 如果相同，说明本次采样是在正确的增益下进行的，第3步计算出的信号的真 实有效值是正确的。将有效值送液晶屏显示。返回第1步，进行新一次的量程调节。(2) 如果不同，说明本次采样是在不正确的增益下进行的，第3步计算出的信号的 真实有效值存在误差，结果不能满足精度要求。所以需要重新设置可编程增益放大器的 增益。返回第1步，进行新一次的量程调节。
权利要求
1. 一种自动量程的伏安相位表，有输入选择开关J、运算放大器、A/D转换器、微控制器和液晶屏，其特征在于在输入选择开关J和运算放大器之间连接有I/V转换器，微控制器的内核系控制该可编程增益放大器的自动量程软件模块。
2. 根据权利要求1所述的一种自动量程的伏安相位表，其特征在于可编程增益放大 器和A/D转换器集成在微控制器内部或独立于微控制器外部。
全文摘要
本发明涉及一种电工测量仪表，该自动量程的伏安相位表具有自动量程功能，其主要由输入选择开关、I/V转换器、运算放大器、可编程增益放大器、A/D转换器、微控制器和液晶屏构成，可编程增益放大器和A/D转换器集成在微控制器内部或独立于微控制器外部，可编程增益放大器由自动量程软件模块控制。本发明结构简单、操作方便，较好地解决了传统测量仪表的手动换档问题。
文档编号G01R15/00GK101241146SQ20071001871
公开日2008年8月13日 申请日期2007年9月20日 优先权日2007年9月20日
发明者穆明健 申请人:西安爱邦电气有限公司