专利名称：用于消散电气测量中所产生的热量的系统和方法
技术领域：
本发明提供一种用于消散电气测量中所产生的热量的系统和方法。
背景技术：
现代数字万用表(DMMs)会受到寄生电压(ghost voltage)的影响。当通电电路和未通电布线彼此紧密接近布置的时候，比如在同一导管或者电线管内时，就会产生上述寄生电压。这种状况形成了电容器并产生了通电布线与相邻的未使用的布线之间的电容性耦合。当万用表的引线放置在该开放电路和该中性导体之间时，通过该万用表的输入端而被有效地形成了完整的电路。在被连接的热导体和浮置导体之间的电容与万用表的输入阻抗一起形成了分压器。于是，该万用表测量到并显示的电压值可能是错误的。
用于测试工业、电力、和电子系统的大多数现代DMM具有高于1兆欧姆的高阻抗输入电路。因此，当DMM被与电路跨接以便进行测量时，它对电路性能几乎不会产生影响。这是在大多数的电压测量应用中所期望的效果，并且在敏感电子电路或者控制电路中尤为重要。但是，高阻抗会带来上述寄生电压效应。许多DMM具有足够高的、呈现电容性耦合电压的输入阻抗，产生一带电导体的假象。亦即，该仪表是实际上测量了耦合到断开的导体上的电压。
为了补偿这种效应，DMM可以包括低阻抗的功能，通常称为“LoZ”。这种特性体现了输入到被测试电路的低阻抗。这样就减少了由于寄生电压而错误读数的可能性并改善了测试确定是否存在电压时的精确度。当读数不可信的时(可能存在寄生电压)或当测试是否存在电压时，可以使用位于DMM上的LoZ开关。LoZ功能的典型应用是利用经过电阻器的电流实现的。在LoZ模式中，该电阻器可以产生大量的热量，并且这些热量反过来可以对DMM的进一步测量的精确度产生影响。
发明内容
本发明提供一种用于散除在LoZ模式下运行万用表时产生的热量的系统和方法。
本发明提供一种用于消散电作用中所产生的热量的装置，包括第一热敏电阻，与电阻器串联耦接在测量路径中；第二热敏电阻；和开关，耦接到测量路径和该第二热敏电阻，用于选择性地将第二热敏电阻耦接到该测量路径中。
图1表示数字式万用表的正面图。
图2表示LoZ电路的一个实施例的示意图。
图3表示LoZ电路的另一个实施例的示意图。
图4表示用于在LoZ模式下操作数字万用表的方法。
图5表示具有不同尺寸的焊盘的印刷电路板。
这里所提供的标题只是为了方便并且对要求保护的本发明的范围或意思没有必然的影响。
具体实施例方式 在广义上，用于散除在LoZ模式下运行万用表时产生的热量的系统和方法在以下进行详细地描述。这里所描述的系统和方法可以通过测量电路中的热敏电阻耦合串联的非临界热敏电阻有效地散发能量。
仪表的基本操作 图1表示了示例性仪表100。该仪表包括显示器105和旋转开关120。使用者可以通过利用几个界面中的任何一个与仪表交互操作。对于输入，任何一个按钮和/或旋转开关120都可用于请求各种测量和完成这些测量。可以通过按下辅助按钮来选择旋转开关的任何备用功能。其它按钮可用来选择所选功能的调节器。
输入插孔121-124上的模拟连接可用于向仪表提供测量输入。在一些实施方式中，可以沿着该仪表的底部具有四个插孔，使用者可以将用于测量待测信号的输入探针连接于上述插孔。用诸如显示器105的点阵型LCD、指示灯、和/或音频蜂鸣器将输出呈现给使用者。也可以利用远程接口来提供另一途径来控制和查询该仪表。
显示器105和旋转开关120之间的区域可以包含各种软键和按钮。在显示器下方，显示区域105的下部可以包含对应于软键107(标记为[F1]到[F4])的标签106。按下其中一个软键来执行在显示器上的对应标签所指定的功能。该仪表100还可以包括导航按钮114、开/关键118和背光控制按钮119。在一些实施例中，仪表可以使用四节AA碱性电池并可以利用各种技术中的任何一种来保存电池能量。
在支持LoZ功能的实施例中，旋转开关120可以被旋转到标记有“LoZ”的位置150。在位置150，仪表将会在LoZ模式下操作并可以进一步实施用于如下所述散热的系统和方法。在其它实施例中，可以通过操作多个软键107中的一个来选择LoZ模式。
LoZ操作模式 该LoZ模式可用于利用低输入阻抗测量电压或者电容。在这种模式下，DMM对被测试电路呈现低阻抗输入。这样就减少了由于寄生电压而产生错误读数的可能性并改善了当测试以确定是否存在电压时的精确度。在低阻抗模式下，由于可能在器件的引脚上施加高电压而可能在测量电路中流过高强度电流的风险增大。为了保护DMM电路，可以将电阻器和热敏电阻与被测量的电流或电压源串联连接。这里所述的热敏电阻可以是电阻值随器件温度而改变的任何一种电器件。
如图2中所示，电阻器R4和热敏电阻RT1可以与电源串联连接，以便电流可以流过电阻器R4和热敏电阻RT1。作为非限制性的例子，电阻器R4可以是1.1千欧姆的电阻器，RT1可以是1.1千欧姆的热敏电阻。如果高强度电流流经热敏电阻RT1，RT1会发热，并且它的电阻将会增大。这会降低通过该测量电路的电流。由于热敏电阻RT1变热，它的热量被传导到印刷电路板上的其它元件。这种传导到其它元件的热传导会对其它测量的精确度产生负面影响。另外，当RT1受热时，它本身的电阻值也会临时增大，并影响到使用相同测量电路的其它测量的精确度。
在使用中，热敏电阻RT1会变热并且在DMM中的各种元件恢复到正常工作温度之前会消耗一些时间。另外，仪表中的其它元件会变热并且产生热电压、热梯度及影响测量精确度的其它问题。如果只要求相对低的测量精确度，对于只使用一个热敏电阻的单元，可能需要等待5-10分钟，以使其恢复到正常工作温度。如果需要比较高的测量精确度，对于只使用一个热敏电阻的单元，可能需要等待30-40分钟，以使其恢复到正常工作温度。
第二热敏电阻 为了使测量路径中的热敏电阻RT1尽快地恢复到正常工作温度，可以在电路中增加非关键的第二热敏电阻。在一些实施例中，增加第二热敏电阻可以充分地减少通过测量路径获得精度要求范围内的读数所需的时间。在图2中所示，热敏电阻RT2可以与开关S1串联连接并据此耦接接地。因此，电路可以包含附加热敏电阻以便使两个热敏电阻(RT1和RT2)与电阻器(R1)串联设置在电路中。开关S1可以通过旋转开关120闭合或者通过响应于软键107处理器而闭合。一旦S1闭合，R4就与RT1和RT2串联连接。在这种结构下，测量中产生的热量就可以通过两个热敏电阻消散。
在一些实施例中，可以使用具有+/-20％精确度的热敏电阻。在一些实施例中，热敏电阻RT2的阻值可以大于热敏电阻RT1的阻值。如果RT2具有较大的阻值，与热敏电阻RT1相比RT2将要消散更多的热量。为了选择一对电阻器作为RT1和RT2来使用，要将一对认为具有相同电阻值的热敏电阻进行测试并彼此比较。假如发生微小的样品偏差，具有较大电阻值的热敏电阻可以被放置在RT2的位置上。
图3描述了一种用于在LoZ操作中启动非关键的热敏电阻的替代电路。如图3所示，热敏电阻RT1和电阻器R1串联设置。热敏电阻RT2可以通过开关S1(301)的动作与RT1和R1串联耦接。图3进一步描述了包含有箝位器RV2和RV3。
在一些实施例中，可以不使用旋转开关来进行操作。在这样实施例中，如图4所示，万用表可以接收使用者通过软键107中的一个对操作模式401的选择，来确定所选择的模式是否为低阻抗操作模式402，如果在步骤402中选择的是低阻抗模式，就将非关键的热敏电阻与测量路径403中的热敏电阻电机械地(electromechanically)耦接。
增加的焊盘尺寸 在一些实施例中，安装有万用表元件的电路板可以具有用于安装如热敏电阻RT1和RT2元件的不同尺寸的焊盘。这些焊盘可以是铜或其它的金属覆盖的区域，与用于安装RT1和/或RT2的通孔相连接。通过利用较大的焊盘来制成安装垫，可以增强散热能力。亦即在小焊盘上的热敏电阻将会首先被加热并保持热量的时间较长。安装在较大焊盘上的热敏电阻将以相对快的速率消散热量。对焊盘尺寸的增加会加快热量从该焊盘上的元件消散的速率。
在一些实施例中，希望尽快地为测量路径中的热敏电阻的散热。根据图5，用于安装RT1的区域可以包括相对大的焊盘505和510。在一些实施例中，RT2可以具有比RT1的焊盘小的焊盘或也可以没有焊盘。
附加实例 使用这里所记载的系统和方法的不同的DMM可以具有不同的精确度。一些具有高精确度的DMM可以精确到测量读数的0.025％，而低精确度的仪器可能只精确到测量读数的0.1％或者0.05％。印刷电路板上的热敏电阻发热可以产生影响到仪器精确度的热问题。当高精确度的DMM在长时间内不能恢复到正常灵敏度时，使用者可能希望了解何时到达了正常工作的温度和精确度。
在一些实施例中，DMM允许当其一些元件没有在它们的正常工作温度时使用其测量功能。在一些这种实施例中，如果DMM被加热到超出了正常工作温度，DMM将利用温度传感器检测该温度并自动地以降低的精度显示测量值，直到该温度充分下降。作为非限制性的实例，已经超过其额定温度的DMM只能在毫伏的精确度下显示电压直到温度恢复正常，在该正常温度下测量单元会在微伏的精确度下再一次显示电压。
在一些实施例中，DMM可以包括指示器，用于当DMM恢复到正常操作温度时进行显示。在一些实施例中，指示器显示印刷电路板的一个或多个部分的温度。在其他实施例中，该指示器可以基于电路板的一个或多个部分的温度显示“准备就绪”、“等待”的二元状态或者其他状态。
在一些实施例中，DMM可以包括定时器。一旦使用了LoZ功能或组件已经被加热到其正常工作范围之外的温度，处理器可以启动定时器来对元件达到正常工作温度所需要的时间段进行倒计时。该时间段可以是基于当使用LoZ或其它功能时所施加的电压值，或者是所测量的一个或多个待测元件的温度。这个时间可以在显示器105上显示。
在一些实施例中，由热敏电阻产生的热量可以通过疏散经过热敏电阻RT1和RT2的热量的空气通道被散出。在这种实施例中，DMM可以被适当地密封来减少电击的危险。
在一些实施例中，散热器可以直接贴附在热敏电阻RT1和RT2中的一个或多个上。选择散热器以便使热敏电阻通过快速增加电阻值来减少流经DMM的电流从而以足以实施保护功能的速率发热，并足够迅速地散热以使DMM更快地恢复到正常工作状态。
结论 本发明某些实施例的许多详细的细节在说明书和图1-5中进行了阐述，以便彻底理解这些实施例。然而，所属技术领域的专业人员会明白本发明可以在缺少这些零部件中的一部分的情况下或给本发明增加补充零部件的情况下来实现。特别地，虽然提供了上述具有具体参考的热敏电阻的记载，但该系统和方法也可以用于任何其它的可被加热到超过其正常工作温度的元件。为了避免对本发明实施例的说明带来不必要的含糊，因此没有显示或详细描述众所周知的结构和功能。如在这里所使用的，一个或多个元件彼此“耦接”可以是直接耦接(即，在耦接的元件之间没有其它元件)或者间接耦接(即，在耦接的元件之间可以放置一个或多个其它的元件)。
除非在上下文中明确地要求，否则在通篇的说明书中和权利要求中，词语“包含”、“包含有”等等均具有包括的含义，与之相反的是唯一的或详尽的含义。也就是说，是“包括而不限于”的含义。另外，词语“在这里”、“上述的”、“以下的”和具有相似含义的词语，当在本申请中使用时，是将本申请作为一个整体来提及的，而不是在本申请的任意特殊的部分中提及的。在上下文允许的部分，在上述具体描述中利用单数或复数的词语也可以分别包括复数或者单数。词语“或者”，关于包括两个或多个条目的列表，涉及以下词语的所有解释在列表中的任意条目，列表中的所有条目，以及列表中的条目的任何组合。
上述对本发明实施例的详细说明目的并不是详尽的或者要将本发明限制在上述描述的具体形式。上述本发明的具体的实施例和实例只是为了达到说明性的目的，而本领域技术人员会认识到，在本发明的范围内进行各种等同的修改是可能。例如，程序或者模块以指定的顺序执行，但是，可替换的实施例可以以不同的顺序来执行具有多个步骤的程序，或者使用不同的顺序运行具有多个模块的系统，并且可以删除、移除、增加、拆分、合并和/或者修改某些程序或模块以提供替换物或者亚组合。这些程序或者模块中的每一个都可能以各种不同方式的执行。同样，程序或模块在顺序执行的时候发生，但是，这些程序或模块可以替换为并行执行，或可以在不同的时间执行。
在这里所提供的本发明的指导可以用于其它的系统，未必是上面描述的系统。可以组合或者改变上面描述的各种实施例的元件和动作来提供更多的实施例。
根据上述详细说明可以对本发明作出这些和其他的更改。虽然以上说明所描述的是本发明的某种实施例，并且描述的是最佳实施方式，但是在上文中无论进行多详细的描述，还可以用许多方式来实施本发明。本系统的零部件可以在其配置上大幅改变，然而仍然是包含在本发明的范围内。
在详细说明中使用的术语旨在采用其最宽泛的合理范围来解释，即使其被结合用在了对本发明某具体实施例的详细说明。虽然某些术语被强调；但是，任何旨在用任何限制的方式来解释的术语将用详细说明部分同样的方式公开地并明确地定义。通常地，在所附的权利要求中使用的术语不能被理解为将本发明限制在说明书中揭示的特定实施例，除非以上所述详细说明部分明确定义了这些术语。因此，本发明实际的范围不仅包括所记载的实施例，而且还包括在所附的权利要求范围内实施或实现本发明的所有等同的方式。
权利要求
1、一种用于消散在电作用中所产生的热量的装置，包括
第一热敏电阻，与电阻器串联耦接在测量路径中；
第二热敏电阻；和
开关，耦接到测量路径和该第二热敏电阻，用于选择性地将第二热敏电阻耦接到该测量路径中。
2、如权利要求1中所述的装置，其中所述第二热敏电阻包括两个端子，并且第一端子耦接到测量路径，第二端子耦接接地。
3、如权利要求1中所述的装置，还包括位于万用表装置上用于操作耦接到测量路径的所述开关的旋转开关。
4、如权利要求1中所述的装置，其中所述第二热敏电阻被选为具有大于第一热敏电阻的电阻值。
5、如权利要求1中所述的装置，其中所述第一热敏电阻设置在用于散热的焊盘上，并且所述第二热敏电阻不设置在焊盘上。
6、如权利要求1中所述的装置，其中第一热敏电阻设置在用于散热的第一组焊盘上，第二热敏电阻设置在用于散热的第二组焊盘上，其中第一组焊盘大于第二组焊盘。
7、如权利要求1中所述的装置，还包括温度传感器，其被配置为对第一热敏电阻和第二热敏电阻中的一个或多个的温度进行检测。
8、如权利要求7中所述的装置，还包括处理器，其被配置为
确定检测到的温度是否高于预定阈值；并且
如果检测到的温度高于预定阈值，则以降低精确度的方式显示测量结果。
9、如权利要求7中所的述装置，还包括处理器，其被配置为
确定检测到的温度是否高于预定阈值；并且
如果检测到的温度高于预定阈值，在所附的显示器上显示错误信息。
10、如权利要求7中所述的装置，还包括处理器，其被配置为
确定第一热敏电阻达到正常工作温度所需的时间段；并且
在所附的显示器上显示上述所确定的时间段。
11、如权利要求1中所述的装置，其中所述第一热敏电阻、第二热敏电阻以及开关被容纳在数字万用表中。
12、如权利要求1中所述的装置，还包括
用于选择低阻抗模式的软键；以及
用于从所述软键接收选择并操作开关以耦接测量路径中的第二热敏电阻的处理器。
13、一种用于消散在电作用中所产生的热量的方法，包括以下步骤
接收使用者对操作模式的选择；
确定所选择模式是否是低阻抗操作模式；以及
如果选择了低阻抗模式，则将非关键的热敏电阻与测量路径中的热敏电阻电机械地耦接。
14、如权利要求13的方法，其中通过软键来接收使用者的选择。
全文摘要
本发明公开了一种用于消散在电作用中所产生的热量的系统和方法。特别地，所公开的系统和方法能被用于消散万用表在低阻抗的量测过程中产生的热量。在一些实施例中，该万用表可以包括与电阻器串联耦接在测量路径中的第一热敏电阻、第二热敏电阻以及耦接到测量路径和第二热敏电阻用于在低阻抗测量中可选择性地将第二热敏电阻包括在测量路径中的开关。
文档编号G01R15/12GK101458270SQ200810176969
公开日2009年6月17日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月29日
发明者小B·恩格 申请人:福鲁克公司