一种时间电流表的校准检测装置制造方法
【专利摘要】一种时间电流表的校准检测装置，包括校准检测器，校准检测器包括显示模块、MCU、计时模块、DA模块、电压源模块、电流泵模块、输出保护模块、取样电阻模块、AD模块、通讯模块、存储模块和键盘模块，并分别与外壳体的控制面板上设置有LCD显示屏幕、时间溯源端口、电流溯源端口、电流输出端口、电流输入端口、通讯端口以及键盘的对应接口通过排线连接。本实用新型能对时间电流表进行校准检测，使用方便，检测精度高。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于计量校准检测装置，特别是涉及一种时间电流表(毫安秒表）的校 准检测装置。 一种时间电流表的校准检测装置
【背景技术】
[0002] 时间电流表是将电流(单位：毫安，符号：mA)和时间(单位：秒，符号：s)的乘积(单 位毫安秒，符号：mAs)作为测量值显示的。虽然现有的标准的电流源(无论是直流或交流)只 能输出单一的直流电流或正弦波交流电流，而且输出带负载能力有限，一般不能适应时间 电流表的较高的输入电阻（10 Ω?100 Ω )，直流电流的准确度很高，但不能输出可控的时 间电流乘积信号，况且无法给出准确的时间指标，也不能实现重复测量(测量没有复现性)。 时间电流表的测量电流大到l〇〇〇mA，毫安秒的测量准确度（1. 0%?3. 5%)。现时没有一种 对时间电流表(毫安秒表）的专用检测设备来实现对时间电流表的校准和检测，当然也就无 法实现对时间电流表(毫安秒表）的溯源。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的，是提供一种时间电流表的校准检测装置，能对时间电流表(毫 安秒表）进行校准检测，使用方便，检测精度高。
[0004] 该装置达到：能够输出标准的时间电流乘积(毫安秒）信号，输出值可以任意设置， 可实现重复测量(复现性好)。满足时间电流表的负载要求，准确的达到0. 2%，符合计量检测 的误差传递要求(即准确度高于被测设备的三分之一)。装置具有输出保护功能，同时电流、 时间可以单独输出，方便装置向上溯源，使时间电流表的校准检测更加合理，溯源链条更加 完整。
[0005] 采用的技术方案是：
[0006] 一种时间电流表的校准检测装置，包括外壳体和校准检测器，其特征在于：
[0007] 外壳体的控制面板上设置有IXD显示屏幕、时间溯源端口、电流溯源端口、电流输 出端口、电流输入端口、通讯端口以及键盘，它们都由排线与校准检测器的接口对应相连。
[0008] 其中，IXD显示屏幕主要由北京青云生产的12864液晶显示屏幕构成，其自带中文 字库，可以显示4行文字；时间溯源端口主要由BNC(Female)接头构成，在溯源时能输出指 定脉宽（l〇ms?1000ms，步进精度10ms)的正脉冲信号以及lpps的方波信号，校准时能根 据其正脉冲的脉宽对本实用新型的时间参数进行溯源；电流溯源端口主要由BNC (Female) 接头构成，在溯源时能输出指定幅度（1mA?1000mA，步进精度1mA)的直流信号，校准时可 以根据其幅度对本实用新型的电流参数进行溯源；电流输出端口与电流输入端口主要由香 蕉接头（Female)构成，用于连接被校准的毫安秒表；通讯端口用于设备调试及上位机通 讯；键盘主要由四个薄膜按键构成，用于完成对本实用新型的基本操作。
[0009] 校准检测器，包括显示模块、MCU (微控制单元)、计时模块、DA模块、电压源模块、 电流泵模块、输出保护模块、取样电阻、AD模块、通讯模块、存储模块和键盘模块，它们都通 过排线与外壳上的相应部分连接。
[0010] 其中，显示模块主要由贴片封装总线扩展芯片74LS245构成，用于提高总线驱动 能力和将LCD显示屏幕与MCU隔离，以对MCU的相应管脚进行保护。
[0011] MCU是校准检测器的核心，用于显示控制、键盘按键捕获、计时中断响应、DA输出 电压控制、AD电压采样读取、通讯和关键数据的存取与读取。本实用新型的MCU采用了 ST 公司生产的具有64管脚的ARM7芯片STM32F103R，其倍频后的最高频率为72MHz。
[0012] 在本实用新型中MCU用其PA 口作为数据总线，控制IXD屏幕的显示；使用I2C总 线完成对存储模块的存储和读取；使用其串口 I完成对通讯模块的控制；使用SMB总线完 成对DA模块、AD模块的读写操作；使用外部中断与PC端口完成对计时模块的控制。
[0013] 计时模块主要由贴片封装的X1226构成，为了保证输出时间的准确，本实用新型 为其配备了准确度高达ΚΓ 5的恒温高稳晶振，其频率为32. 768kHz。
[0014] DA模块主要由ΤΙ公司生产的贴片DA芯片TLV5618与参考电压芯片TL431构成， 其中DA芯片具有12位的输出精度，转换时间优于10us。
[0015] 电压源模块主要由集成的开关电源组成，用于对校准检测器所有芯片的供电以及 电流源的供电。
[0016] 电流泵模块的电流输出端与输出保护模块的电流输入接线端子连接。
[0017] 电流泵模块主要由运算放大器芯片和M0S管构成。本实用新型所使用的运算放大 器芯片有贴片封装的TL082和直插封装的IRF740构成。本电流泵模块由基本的Howland current pump变化而成，最大输出电流为1000mA，其带载能力为120 Ω，完全满足毫安秒表 的计量校准需求。
[0018] 输出保护模块主要由二极管构成，用于防止由电流输出端口、电流输入端口的误 操作对本实用新型造成的损坏。
[0019] 输出保护模块经取样电阻模块与AD模块的电流输入端子连接。
[0020] 取样电阻主要由高精度电阻构成，其主要用于将电流转化为电压，并经由AD模块 采集到MCU，以再次构成反馈回路，保障电流泵的输出精度。
[0021] 通讯模块主要由贴片封装的MAX3232芯片构成，通讯模块与MCU的对应信号输出、 输入串口连接，用于将MCU输出的串口信号转换成符合串口通讯的电压信号，并将输入的 串口信号转换为符合MCU电压要求的数字信号，进而完成通讯。
[0022] 存储模块的信号输出、输入端分别与MCU的对应接口连接，存储模块主要由贴片 封装的AT24LC64芯片构成，其主要用于关键校准数据的存取以及本实用新型关键参数的 存取。
[0023] 键盘模块的信号输出、输入端分别与MCU的对应接口连接。
[0024] 键盘模块主要由直插封装的BC7281芯片、贴片封装的74LS164芯片以及1N4148 构成，主要用于按键的扩展，其最多可以扩展出64个按键。
[0025] 显示模块通过30线的排线与控制面板上的IXD的对应接口连接。键盘模块通过 4线的排线与控制面板上的键盘连接。通讯模块通过3线的排线与控制面板上的通讯端口 C0MM连接。MCU通过2线的排线与控制面板上的溯源端口 2连接。电流泵模块通过4线的 排线与控制面板上的电流输入、输出端口及电流溯源端口连接。
[0026] 本实用新型能够完成对时间电流表(毫安秒表）的检测；并可实现重复测量，测量 准确度达到0. 2%，{参考电压的AD转换采用12位的测量数据，即控制电流准确度可达到 〇. 1%，时间指标ΚΓ5即准确度达到〇. 01%，毫安秒的准确度依据JJF1059《测量不确定度评 定与表示》采用方差合成法即*?=#+*4为〇. 1%，扩展不确定度炉〇. 2%，i =2}。满足 溯源系统表的传递误差要求，即校准装置的准确度（0. 2%)要高于被测仪表准确度（1. 0%? 3. 5%)三分之一的要求。该检测装置完善了对时间电流表(毫安秒表）的量值溯源体系表； 同时对时间电流表(毫安秒表）校准检测装置的设计考虑了进一步向上溯源的要求，配置标 准时间和电流输出测量接口，实现本装置的电流和时间的溯源，可以进一步溯源到国家基 准。作为计量检测机构使用本装置，对提高检测能力，对社会开展计量校准服务合法性和权 威性提供了技术保障，并且还可以收取计量校准服务费用，具有一定的经济和社会效益。
[0027] 本实用新型的工作原理说明如下：使用者通过键盘进行设定后，本实用新型的键 盘模块获取使用者的设定信息，MCU根据设定信息控制显示模块进而在LCD显示屏幕上显 示相关设定信息，然后MCU对相关的控制电压幅值、输出时间进行计算，通过DA模块输出相 应的电压幅值，该电压作用在电流泵模块上，从而产生设定要求的电流；然后MCU设定计时 模块的中断输出时间（该时间很短，仅us级，可以在输出时间中剔除以保证输出时间准确 度）;在此期间，MCU通过AD模块采集取样电阻上的电压，进而对输出电流的幅值进行判断， 然后MCU再通过DA模块对其输出电压幅值进行微调，进而对电流泵模块的输出电流进行 微调，进而达到输出电流幅值准确的目的；在达到指定时间后，计时模块输出相应的中断脉 冲，MCU捕获后立即控制DA模块停止电压输出，从而停止电流输出。
[0028] 在进行溯源时，本实用新型可以通过时间溯源端口、电流溯源端口分别输出指定 的正脉冲和电流，对它们进行计量校准，就可以达到对本装置的时间参数、电流参数进行溯 源的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是外壳体控制面板示意图。
[0030] 图2是校准检测器结构示意图。
[0031] 图3是校准检测器与外壳体控制面板连接示意图。
【具体实施方式】
[0032] 一种时间电流表的校准检测装置，包括外壳体和校准检测器，其特征在于：
[0033] 外壳体的控制面板20上设置有IXD显示屏幕1、时间溯源端口 2、电流溯源端口 3、 电流输出端口 4、电流输入端口 5、通讯端口 C0MM6以及键盘7,它们都由排线与校准检测器 对应接口相连。
[0034] 其中，IXD显示屏幕1主要由北京青云生产的12864液晶显示屏幕构成，其自带 中文字库，可以显示4行文字；时间溯源端口 2主要由BNC(Female)接头构成，在溯源时能 输出指定脉宽（l〇ms?1000ms，步进精度10ms)的正脉冲信号以及lpps的方波信号，校准 时可以根据其正脉冲的脉宽对本实用新型的时间参数进行溯源；电流溯源端口 3主要由 BNC (Female)接头构成，在溯源时能输出指定幅度（1mA?1000mA，步进精度1mA)的直流信 号，校准时可以根据其幅度对本实用新型的电流参数进行溯源；电流输出端口 4与电流输 入端口 5主要由香蕉接头（Female)构成，用于连接被校准的毫安秒表；通讯端口 6用于设 备调试及上位机通讯；键盘7主要由4个薄膜按键构成，用于完成对本实用新型的基本操 作。
[0035] 校准检测器，包括显示模块8、MCU (微控制单元）9、计时模块10、DA模块11、电压 源模块12、电流泵模块13、输出保护模块14、取样电阻模块15、AD模块16、通讯模块17、存 储模块18和键盘模块19,它们都通过排线与外壳上的相应部分连接。
[0036] 其中，显示模块8主要由贴片封装总线扩展芯片74LS245构成，用于提高总线驱动 能力和将LCD显示屏幕与MCU9隔离，以对MCU9的相应管脚进行保护。
[0037] MCU 9是校准检测器的核心，用于显示控制、键盘按键捕获、计时中断响应、DA输 出电压控制、AD电压采样读取、通讯和关键数据的存取与读取。本实用新型的MCU采用了 ST公司生产的具有64管脚的ARM7芯片STM32F103R，其倍频后的最高频率为72MHz。
[0038] 在本实用新型中MCU 9用其PA 口作为数据总线，控制IXD屏幕的显示；使用I2C 总线完成对存储模块18的存储和读取；使用其串口 I功能完成对通讯模块17的控制；使用 SMB总线完成对DA模块11、AD模块16的读写操作；使用外部中断与PC端口完成对计时模 块10的控制。
[0039] 计时模块10主要由贴片封装的X1226构成，为了保证输出时间的准确，本实用新 型为其配备了准确度高达ΚΓ 5的恒温高稳晶振，其频率为32. 768kHz。
[0040] DA模块11主要由ΤΙ公司生产的贴片DA芯片TLV5618与参考电压芯片TL431构 成，其中DA芯片具有12位的输出精度，转换时间优于10 μ s。
[0041] 电压源模块12主要由集成的开关电源组成，用于对校准检测器所有芯片的供电 以及电流源的供电。
[0042] 电流泵模块13的电流输出端与输出保护模块14的电流输入接线端子连接。
[0043] 电流泵模块13主要由运算放大器芯片和M0S管构成。本实用新型所使用的运算放 大器芯片有贴片封装的TL082和直插封装的IRF740构成。本电流泵模块由基本的Howland current pump变化而成，最大输出电流为1000mA，其带载能力为120 Ω，完全满足毫安秒表 的计量校准需求。
[0044] 输出保护模块14主要由二极管构成，用于防止由电流输出端口 4、电流输入端口 5 的误操作对本实用新型造成的损坏。
[0045] 输出保护模块14经取样电阻模块15与AD模块的电流输入端子连接。
[0046] 取样电阻模块15主要由高精度电阻构成，其主要用于将电流转化为电压，并经由 AD模块16采集到MCU9,以再次构成反馈回路，保障电流泵的输出精度。
[0047] 通讯模块17主要由贴片封装的MAX3232芯片构成，通讯模块17与MCU9的对应信 号输出、输入串口连接，用于将MCU9输出的串口信号转换成符合串口通讯的电压信号，并 将输入的串口信号转换为符合MCU9电压要求的数字信号，进而完成通讯。
[0048] 存储模块18的信号输出、输入端分别与MCU9的对应接口连接，存储模块18主要 由贴片封装的AT24LC64芯片构成，其主要用于关键校准数据的存取以及本实用新型关键 参数的存取。
[0049] 键盘模块19的信号输出、输入端分别与MCU9的对应接口连接。
[0050] 键盘模块19主要由直插封装的BC7281芯片、贴片封装的74LS164芯片以及 1N4148构成，主要用于按键的扩展，其最多可以扩展出64个按键。
[0051] 显示模块8通过30线的排线与控制面板20上的IXD的对应接口连接。键盘模块 19通过4线的排线与控制面板20上的键盘7连接。通讯模块17通过3线的排线与控制面 板20上的通讯端口 C0MM6连接。MCU9通过2线的排线与控制面板20上的溯源端口 2连 接。电流泵模块通过4线的排线与控制面板20上的电流输入端口 5、电流输出端口 4及电 流溯源端口 3连接。
【权利要求】
1. 一种时间电流表的校准检测装置，包括外壳体和校准检测器，校准检测器，包括显示 模块（8)、MCU(9)、计时模块（10)、DA模块（11)、电压源模块（12)、电流泵模块（13)、输出保 护模块（14)、取样电阻模块（15)、AD模块（16)、通讯模块（17)、存储模块（18)和键盘模块 (19)，其特征在于： 外壳体的控制面板（20)上设置有LCD显示屏幕（1)、时间溯源端口（2)、电流溯源端口 (3)、电流输出端口（4)、电流输入端口（5)、通讯端口（6)以及键盘（7)，它们都由排线与校 准检测器对应接口相连； MCU(9)用其PA 口作为数据总线，控制LCD屏幕的显示；使用I2C总线完成对存储模块 (18) 的存储和读取；使用其串口 I完成对通讯模块（17)的控制；使用SMB总线完成对DA模 块（11)、AD模块（16)的读写操作；使用外部中断与PC端口完成对计时模块（10)的控制； 电压源模块（12)的电压输出端与电流泵模块（13)的电压信号输入端连接； 电流泵模块（13)的电流输出端与输出保护模块（14)的电流输入接线端子连接； 输出保护模块（14)经取样电阻模块（15)与AD模块的电流输入端子连接； 取样电阻模块（15)经由AD模块（16)采集信息与MCU(9)交换，以构成反馈回路的连 接； 通讯模块（17)与MCU (9)的对应信号输出、输入串口连接； 存储模块（18)的信号输出、输入端分别与MCU(9)的对应接口连接， 键盘模块（19)的信号输出、输入端分别与MCU(9)的对应接口连接； 显示模块（8)通过30线的排线与控制面板（20)上的LCD的对应接口连接；键盘模块 (19) 通过4线的排线与控制面板（20)上的键盘（7)连接；通讯模块（17)通过3线的排线 与控制面板（20)上的通讯端口 COMM(6)连接；MCU(9)通过2线的排线与控制面板（20)上 的溯源端口（2)连接；电流泵模块（13)通过4线的排线与控制面板（20)上的电流输入端 口（5)、电流输出端口（4)及电流溯源端口（3)连接。
2. 根据权利要求1所述的一种时间电流表的校准检测装置，其特征在于：LCD显示屏幕 (1)为12864液晶显示屏幕； 显示模块（8)主要由贴片封装总线扩展芯片74LS245构成； MCU(9)为64管脚的ARM7芯片STM32F103R，其倍频后的最高频率为72MHz ; 计时模块（10)为贴片封装的X1226构成； DA模块（11)主要由TI公司生产的贴片DA芯片TLV5618与参考电压芯片TL431构成； 通讯模块（17)主要由贴片封装的MAX3232芯片构成； 存储模块（18)主要由贴片封装的AT24LC64芯片构成； 键盘模块（19)主要由直插封装的BC7281芯片、贴片封装的74LS164芯片以及1N4148 构成，最多可以扩展出64个按键。
【文档编号】G01R35/00GK203881927SQ201420138779
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】宋丽霞, 孙家林, 李诺, 金月红 申请人:孙家林