一种自动切换量程测量电流的方法及系统与流程

本发明涉及测量电流技术领域，具体涉及一种自动切换量程测量电流的方法及系统。

背景技术：

众所周知，电流测量通常是在电流回路中串入取样电阻，通过测量获取取样电阻两端电压，然后折算出回路的电流。因回路中电流大小的变化范围较大，因现有测量系统的元器件性能的限制，必须切换量程才能完成精确测量，也就是变更不同的取样电阻以获取适合测试的电压信号。典型电路如图1所示，量程切换通常预估然后手工完成，此种方式不够智能、自动化。另外，在测量值无法预估，或为了测量方便，也有自动切换量程的方法，通常是通过比较电路控制电子开关的办法完成，如图2所示：但这个方法存在较为明显的缺点：(1)电路设计复杂，需要多个比较控制电路完成量程切换的控制逻辑，成本较高；(2)半导体电子开关在关闭的时候也不是完全关闭，也存在微弱的漏电流影响ua甚至更低量级的小电流测量结果；(3)如用继电器等这类机械性的电子开关存在切换慢，存在影响负载正常工作导致测量失败的问题。

基于此，现急需一种结构简单、易于实现的自动切换量程测量电流的方法及系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动切换量程测量电流的方法及系统，通过利用导通电流合适的二极管配合取样电阻实现电流量程测量的无缝切换。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自动切换量程测量电流的方法，包括以下步骤：

调试好第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路；

将第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1以及取样电阻r1的两端；

将第二量程测试调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端；

最后，二极管d1以及取样电阻r1并联后与取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成双量程电流测试回路。

进一步的：还包括mcu控制电路，将mcu控制电路与第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

进一步的：还包括二极管d2，将二极管d2与二极管d1反向并联连接用于测量交流电流。

进一步的：还包括第三量程测量调理电路以及二极管d3、二极管d4、取样电阻r3，将二极管d3、二极管d4、取样电阻r3三者并联连接，通过二极管d3、二极管d4反向连接用于测量交流电流，将第三量程测量调理电路的测量端连接在二极管d3、二极管d4、取样电阻r3的两端，最后将二极管d3、二极管d4、取样电阻r3并联后连接取样电阻r2、取样电阻r1、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路。

进一步的：还包括第四量程测量调理电路以及二极管d5、取样电阻r4，将二极管d5、取样电阻r4并联连接，将第四量程测量调理电路的测量端连接在二极管d5、取样电阻r4的两端，最后将二极管d5、取样电阻r4并联后连接取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、二极管d1、取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl,所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d1以及取样电阻r1并联后与取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成双量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、二极管d1、二极管d2、取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl,所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1、二极管d2以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d2与二极管d1反向并联连接用于测量交流电流，所述二极管d1、二极管d2以及取样电阻r1并联后与取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成双量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、第三量程测量调理电路、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、取样电阻r1、取样电阻r2、取样电阻r3、电源以及负载电阻rl，所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1、二极管d2以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d2与二极管d1反向并联连接用于测量交流电流，所述二极管d3、二极管d4、取样电阻r3三者并联连接，所述二极管d3、二极管d4反向连接用于测量交流电流，所述第三量程测量调理电路的测量端连接在二极管d3、二极管d4、取样电阻r3的两端，所述二极管d3、二极管d4、取样电阻r3并联后连接取样电阻r2、取样电阻r1、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路以及第三量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、第四量程测量调理电路、二极管d1、二极管d5、取样电阻r1、取样电阻r2、取样电阻r4、电源以及负载电阻rl，所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d1与取样电阻r1并联，所述第四量程测量调理电路的测量端连接在二极管d5、取样电阻r4的两端，所述二极管d5、取样电阻r4并联后连接取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路以及第四量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

进一步的：所述二极管d1、d2、d3、d4的正向导通电压约为0.6v，当正向电压为0.1v时，正向电流为60na。

本发明的有益效果体现在：本发明电路简单，成本低，易于计算设计；本发明的量程切换过程测量读数和通过负载设备的电流都是无缝衔接，对负载设备的工作影响极小；本发明非常适合负载电流动态变化的连续精确测量，无论电流变化多剧烈，大小两端的电流值都容易保障测量精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中的手动切换量程电路示意图；

图2为现有技术中的自动切换量程电路示意图；

图3为实施例2中的自动切换量程测量电流的系统的结构示意图(直流双量程)；

图4为实施例3中的自动切换量程测量电流的系统的结构示意图(交流双量程)；

图5为实施例4中的自动切换量程测量电流的系统的结构示意图(交流三量程)；

图6为实施例4中的自动切换量程测量电流的系统的结构示意图(直流三量程)。

具体实施方式

下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

另外，若发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。

参见图3至图6。

实施例1

一种自动切换量程测量电流的方法，包括以下步骤：

调试好第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路；

将第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1以及取样电阻r1的两端；

将第二量程测试调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端；

最后，二极管d1以及取样电阻r1并联后与取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成双量程电流测试回路。

需要说明的是，本实施例的二级管在正向电压不足以导通的情况下，正向电流极低，可视为关闭状态。当电压比开启电压低很多的时候，正向电压进一步降低时，正向电流降低幅度更大，远低于被测电流时可以忽略不计。

如图3中，r1和r2分别为小电流、大电流两个测量量程的取样电阻。当被测电流较小时，在大电流量程取样电阻r2上的电压很低，难以测量，但在小电流档r1上的电压足够大，可做精确测量。当被测电流足够大时，二级管导通，保证负载电流连续，且r2上的电压足够大，这时可用大电流量程完成精确测量。这样就实现了两个量程的无缝切换。

经过实际测试，一般二极管正向导通电压约0.6v，正向电压0.1v时，正向电流仅60na。这是二极管的典型特征。常见大多数二极管都具有这样的特性。当测量小电流时，可选取合适的取样电阻，保证电流主要是从电阻流过，从二级管流过的漏电电流可以忽略。例如10欧姆的取样电阻，当电压是0.1v是i＝v/r，流过电阻的电流为0.1/10＝0.01a＝10ma，以上面二级管0.1v时60na的正向电流为例，引入的误差为60na/10ma＝0.006％，完全可以忽略。

当被测电流更低时，二级管两端的电压也更低，二极管的特性决定漏电流降低的幅度更大，同样不影响测试结果。还可以通过选取更大的取样电阻阻值，在ua、na、甚至时pa量级的电流测量中，始终保证电流主要从电阻经过，而二级管在该量程测量范围内的漏电流始终可以忽略。

当电流更大时，电阻两端的电压升高，当接近或高过二级管的导通电压时，电流主要从二级管流过。这时，第一档r1两端的电压读数已经无意义，但通过第二档取样电阻r2的电流就足够大，电压足够高，足够进行测量读数。可以计算设计两档的取样电阻的大小，使得两个量程测量范围有重叠区域，这样可以保证两档测量的连续读数，做到无缝切换。

在一具体的实例中：还包括mcu控制电路，将mcu控制电路与第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

通常现代测量系统有单片机(mcu)或计算机做控制显示设备，测量时，控制设备(mcu)对两个档的数据都进行读数，当大电流档读数太小时，采用小电流档的读数。当大电流档的读数足够大，即被测电流足够大时，就可以使用大电流档的读数。因此，本实施例采用了mcu控制电路，通过读取mcu控制电路的参数，即可实现量程的自动无缝切换。

在一具体的实例中：还包括二极管d2，将二极管d2与二极管d1反向并联连接用于测量交流电流。

本实施例的测试方法可以不仅可以测量直流电，对于交流电流的测量同样可以适用。

在一具体的实例中，还包括第三量程测量调理电路以及二极管d3、二极管d4、取样电阻r3，将二极管d3、二极管d4、取样电阻r3三者并联连接，通过二极管d3、二极管d4反向连接用于测量交流电流，将第三量程测量调理电路的测量端连接在二极管d3、二极管d4、取样电阻r3的两端，最后将二极管d3、二极管d4、取样电阻r3并联后连接取样电阻r2、取样电阻r1、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路。

本实施例易于扩展量程，可以实现三量程交流电流测量。

在一具体的实例中，还包括第四量程测量调理电路以及二极管d5、取样电阻r4，将二极管d5、取样电阻r4并联连接，将第四量程测量调理电路的测量端连接在二极管d5、取样电阻r4的两端，最后将二极管d5、取样电阻r4并联后连接取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路。

本实施例易于扩展量程，可以实现三量程直流电流测量。

实施例2

为了实现上述目的，参见图3：本实施例还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、二极管d1、取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl,所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d1以及取样电阻r1并联后与取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成双量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

本实施例的有益效果与实施例1的自动切换量程测量电流的相对于现有技术的有益效果类似，在此不再赘述。

实施例3

为了实现上述目的，本实施例还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、二极管d1、二极管d2、取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl,所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1、二极管d2以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d2与二极管d1反向并联连接用于测量交流电流，所述二极管d1、二极管d2以及取样电阻r1并联后与取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成双量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路以及第二量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

本实施例的有益效果与实施例1的自动切换量程测量电流的相对于现有技术的有益效果类似，在此不再赘述。

实施例4

为了实现上述目的，本实施例还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、第三量程测量调理电路、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、取样电阻r1、取样电阻r2、取样电阻r3、电源以及负载电阻rl，所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1、二极管d2以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d2与二极管d1反向并联连接用于测量交流电流，所述二极管d3、二极管d4、取样电阻r3三者并联连接，所述二极管d3、二极管d4反向连接用于测量交流电流，所述第三量程测量调理电路的测量端连接在二极管d3、二极管d4、取样电阻r3的两端，所述二极管d3、二极管d4、取样电阻r3并联后连接取样电阻r2、取样电阻r1、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路以及第三量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

本实施例的有益效果与实施例1的自动切换量程测量电流的相对于现有技术的有益效果类似，在此不再赘述。

实施例5

为了实现上述目的，本实施例还提供了一种自动切换量程测量电流的系统，包括mcu控制电路、第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路、第四量程测量调理电路、二极管d1、二极管d5、取样电阻r1、取样电阻r2、取样电阻r4、电源以及负载电阻rl，所述第一量程测量调理电路的测量端连接在二极管d1以及取样电阻r1的两端,所述第二量程测量调理电路的测量端连接取样电阻r2的两端,所述二极管d1与取样电阻r1并联，所述第四量程测量调理电路的测量端连接在二极管d5、取样电阻r4的两端，所述二极管d5、取样电阻r4并联后连接取样电阻r1、取样电阻r2、电源以及负载电阻rl串联形成三量程电流测试回路，所述mcu控制电路与第一量程测量调理电路、第二量程测量调理电路以及第四量程测量调理电路控制相连，用于测量电流时作为控制显示设备。

本实施例的有益效果与实施例1的自动切换量程测量电流的相对于现有技术的有益效果类似，在此不再赘述。

具体的：所述二极管d1、d2、d3、d4的正向导通电压约为0.6v，当正向电压为0.1v时，正向电流为60na。

综上所述，本实施例3、4、5的扩展基本原理和前面的分析描述一致(实施例1)，只需要根据设计量程范围选取导通电流合适的二极管，并进行简单计算选取设计量程的取样电阻的取值大小，即在设计量程范围内方便准确地获取测试电压信号，也能让通过二级管的漏电流在该量程范围内忽略不计。这样简单的计算，电子相关工程人员都能很容易完成。和现有的手动、自动换挡测量电流的方法相比，本发明具有以下优点：电路简单，成本低，易于计算设计；量程切换过程测量读数和通过负载设备的电流都是无缝衔接，对负载设备的工作影响极小；非常适合负载电流动态变化的连续精确测量，无论电流变化多剧烈，大小两端的电流值都容易保障测量精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。