专利名称：一种新型的数字多用表的保护电路的制作方法
技术领域：
一种新型的数字多用表的保护电路技术领域 本实用新型涉及一种数字多用表的保护电路，用于保护数字多用 表避免因错误操作误测高电压而导致损坏。
背景技术：
目前，数字多用表的主运算放大器的保护电路如图1所示。在主运算放大器输入回路串接髙阻值电阻R并用晶体二极管Dl、 D2构成放电回路。 当在低量程误测高电压时，该高电压产生的电流经电阻R和晶体二极管Dl或D2 注入电源，高电压的绝大部分都降在电阻R上，主运算放大器上得到的电压近 似等于电源电压，从而实现对主运算放大器的保护。当数字多用表处于自动量 程转换功能时，数字多用表将立即升至高量程，数字多用表即能正常工作而不 致损坏。但是，若数字多用表处于手动量程转换功能，在低量程接入高电压时 间过长，电阻R将发热，温度过高也将导致仪器损坏。数字多用表损坏最多发生在测量电阻时误测高电压。数字多用表测量电阻 有多种方案，其中常见的一种的原理图如图2所示。基准电压源由电阻R2、齐 纳二极管Zl和运算放大器Al构成。运算放大器Al输出基准电压Vr。被测电阻 Rx直接接在运算放大器A2的反向输入端和输出端之间。基准电压源通过基准电 阻R1向被测电阻Rx供给基准电流。该电流流经被测电阻Rx后流入运算放大器 A2的输出端，同时产生与被测电阻Rx的阻值成正比的电压Vout。显然，运算 放大器的输出端和基准电压源的输出端不能再串接任何电阻，更不能接高阻值 电阻。 一旦误测高电压(即高电压代替了被测电阻Rx)高电压将直接加到运算 放大器A2的输出端，高电压也将通过电阻R1加到运算放大器A1的输出端。而 在低电阻量程Rl的阻值只有100 Q或lk Q 。高电压将烧毁运算放大器Al和A2。为此，也产生了许多保护电路(这些保护电路广泛采用了热敏器件)，当误测高 电压时保护电路的元器件将首先烧毁，从而保护了核心的运算放大器和精密电 阻不致损坏。这时必须打开仪器，更换被烧毁的元器件，修复的仪器还须重新 检测和计量。实用新型内容 本实用新型是一种用于保护数字多用表避免因错误操作误测髙电压而导致损坏的保护电路，由继电器K、鉴别电路、或门电路H、执行电路、 低通滤波器和复原键组成，利用鉴别电路对数字多用表内因误测高电压而出现 的反常电压进行监测，所有的鉴别电路的输出端连接或门电路H的输入端，或 门电路H的输出端连接执行电路的输入端，执行电路的输出连接继电器K的激 励线圈。数字多用表的输入端经继电器K的触点与表内电路连接。 具体措施如下1，数字多用表的输入端经继电器K的触点与表内的测量电路连接。继电器 的触点闭合时，数字多用表正常工作。继电器的状态由执行电路控制。执行电 路状态翻转时继电器的触点打开，数字多用表的输入端与表内测量电路切断， 数字多用表立即处于被保护状态。2，当误测高电压时，误测的高电压进入数字多用表内，将在某些点上产生 反常的高电压，数字多用表可能因此而损坏。利用鉴别电路对这些点的电压进 行检测。如果发现电压反常(例如比正电源电压还高或比负电源电压还低)鉴 别电路将给出报警信号。3，所有的鉴别电路的报警信号输入或门电路H，或门电路H的输出信号触发执行电路使其翻转，继电器的触点打开，数字多用表立即处于被保护状态。 只要有一个鉴别电路发出报警信号数字多用表的输入端与内部测量电路就将完全隔离。由于不同的数字多用表可以有不同数目的测量功能，测量方案也各不 相同，因此对不同的数字多用表需要通过技术分析确定需要检测的点的位置， 所需的鉴别电路的数目也将不同。从鉴别电路发现反常电压到继电器切断输入电路需要几毫秒的反应时间。4，当高电压出现在数字多用表内高精度运算放大器的输出端时(例如图2 中的运算放大器A1和A2)，可能继电器还来不及切断高电压，运算放大器A1和 A2已经损坏。为了保护这些运算放大器不致损坏，这些运算放大器应该在输出 电路插入低通滤波器。由于有较大的时间常数，滤波电容上的电压需要一定的 时间才能建立，误接的高电压还来不及对运算放大器构成威胁即已被鉴别电路 发觉并被切断。低通滤波器可以采用T形滤波电路。图3是输出电路插入低通 滤波器的基准电压源的原理图，电阻器R3、 R4和电容器C1构成低通滤波器。 由于低通滤波器在反馈回路以内，因此它的存在不影响基准电压源的输出电压。 同理，图4是输出电路插入低通滤波器的电阻-电压转换器的原理图，电阻器R5、 R6和电容器C2构成低通滤波器，由于低通滤波器在反馈回路以内，因此Vout 仍与被测电阻Rx成正比。如果滤波器的电阻的阻值不超过lkQ,滤波电容的容 量不超过luF，这对于数字多用表中输出电流较小的直流运算放大器是可以接 受的。5，图5以电阻测量功能为例画出了本实用新型的原理图。主运算放大器 A2经低通滤波器后接通被测电阻形成负反馈。它的输入端接了高电阻R和二极 管D1和D2保护电路。被测电阻Rx经过继电器K的接点接入测量电路。由图可 见被测电阻与测量电路有两个点相接，即X点和Y点。鉴别电路1监测X点的 电压，鉴别电路2监测Y点的电压。两个鉴别电路的输出加到或门电路H的输入端，或门电路H的输出驱动执行电路，执行电路控制输入继电器。当X点和Y 点的电压处在正常范围时鉴别电路无输出信号，当误测高电压时X点或Y点的 电压将处在反常范围，鉴别电路将输出报警信号。只要有一个鉴别电路输出报 瞀信号或门电路就会有输出信号驱动执行电路，只需几毫秒的时间就可使继电 器翻转，切断外来的高电压输入信号，实现了对数字多用表的保护。由于基准 电压源的运算放大器A1插入低通滤波器作为输出电路(见图3)， X点短暂出现 的高电压不可能在电容器C1上建立起较高的电压，因此不会损坏运算放大器A1。 同样由于主运算放大器A2也插入低通滤波器作为输出电路，Y点短暂出现的高 电压也不可能在电容器C2上建立起较高的电压，因此也不会损坏运算放大器A2。 由于主运算放大器A2的输入端有高电阻R和二极管Dl和D2保护电路，X点短 暂出现的高电压也不会损坏主运算放大器A2。6，误测高电压后执行电路被触发翻转，数字多用表的显示窗口立即给出报 警提示，操作者应仔细检査报警原因。待误测的高电压去除后按下仪器面板上 的复原键，即可使执行电路复原，数字多用表恢复正常工作，仪器的测量准确 度不受影响。复原工作既不需打开机箱也不需重新检测和计量。本实用新型的有益效果是在直流电压功能的低量程或在测量电阻时，即 使误测220伏的市电，数字多用表也不会损坏。待误测的220伏市电去除后， 按下仪器面板上的复原键，即可使数字多用表恢复正常工作，仪器的测量准确 度不受影响。由于迅速切断，误接的高压源也不会由于大量输出电流而损坏。
图1是目前常用的数字多用表主运算放大器保护电路。图2是数字多用表测量电阻最常用的一种原理图。图3是输出电路插入低通滤波器的基准电压源的原理图。图4是输出电路插入低通滤波器的电阻-电压转换器的原理图。图5以电阻测量功能为例画出了本实用新型的原理图。图6是鉴别电路、或门电路H和执行电路的原理图。
具体实施方式
图6是鉴别电路、或门电路H和执行电路的实例。图中 详细画出了一路鉴别电路的原理图。其他每一路鉴别电路与此全同，图中只以 方框代替。更多的鉴别电路在图中未画出。运算放大器A3构成隔离电路，运算 放大器A4和A5构成绝对值放大器，放大器A6为比较器。向运算放大器A3、 A4、 A5和A6供电的正电源为VD，负电源为VS，它们的绝对值大于运算放大器A1和 A2的电源VDD和VSS的绝对值。二极管D3、 D4、 D5等和结型场效应管VI构成 或门电路。D型触发器CD4013和功率放大器构成执行电路驱动继电器。平时D 型触发器CD4013处于0状态，继电器的接点将被测信号接入表内。运算放大器A3提供了高输入阻抗和低偏置电流，由它连接各被鉴别点可以 不影响数字多用表内部测量电路的正常工作。运算放大器A4和A5构成绝对值 放大器。被鉴别点的电压值为正时，放大器A5输出正电压，其数值与被鉴别点 的电压值相同。被鉴别点的电压值为负时，放大器A5仍输出正电压，其数值与 被鉴别点的电压值的绝对值相同。放大器A6为比较器，比较电平由正电源电压 VD及分压电阻R8和R9决定，比较电平应大于VDD，。当被鉴别电压的绝对值比 VDD小，即处在安全范围时，放大器A6输出正电源电压VD，与其相接的二极管 D3截止。当被鉴别电压的绝对值比比较电平大时，即处在报警范围，放大器A6 输出负电源电压VS。与其相接的二极管D3导通，负电源电压VS经二极管D3加到场效应管VI的栅极，使场效应管VI夹断。场效应管的漏极输出正电源电压 VD，使D型触发器CD4013置1，继电器翻转，数字多用表的输入回路切断，数 字多用表即处于保护状态。任意一路或多路鉴别电路报瞀输出负电源电压时场 效应管V1都将夹断，D型触发器CD4013置1，继电器翻转，数字多用表的输入 回路切断，数字多用表即处于保护状态。手动复原后D型触发器置0，数字多用表的输入回路接通又可正常工作。8
权利要求1. 一种用于保护数字多用表避免因错误操作误测高电压而导致损坏的保护电路，由继电器K、鉴别电路、或门电路H、执行电路、低通滤波器和复原键组成，其特征在于利用鉴别电路对数字多用表内因误测高电压而出现的反常电压进行监测，所有的鉴别电路的输出端连接或门电路H的输入端，或门电路H的输出端连接执行电路的输入端，执行电路的输出端连接继电器K的激励线圈。
2， 根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于数字多用表的输入端经 继电器K的触点与表内电路连接。
3， 根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于在主运算放大器的输出 电路和基准电压源的运算放大器的输出电路都插入低通滤波器。
专利摘要本实用新型用于在无元器件损坏的前提下保护数字多用表避免因错误操作(例如在测量电阻时误测高电压)而损坏。数字多用表的输入端子通过继电器的触点与多用表的内部测量电路相连。利用鉴别电路对数字多用表内因误测高电压而出现的反常电压进行监测。所有的鉴别电路的输出信号输入或门电路H，或门电路H的输出信号触发执行电路，执行电路控制继电器的状态。只要有一个被监测点的电压异常鉴别电路就将输出报警信号触发执行电路，使继电器状态翻转，触点打开，数字多用表立即处于被保护状态。按下仪器面板上的复原键，即可使数字多用表恢复正常工作。为了有效地保护运算放大器，运算放大器的输出端应该插入低通滤波器提供延时保护。
文档编号G01R1/00GK201110862SQ200720096480
公开日2008年9月3日 申请日期2007年6月21日 优先权日2007年6月21日
发明者顾慰君 申请人:天津市微仪电子仪器科技有限公司