CN102901863A - 一种电压信号和电流信号测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压信号和电流信号测量装置及方法，装置包括：继电器、电流测量电阻、第一电压测量电阻、第二电压测量电阻和控制单元；所述继电器的常开触点与所述电流测量电阻串联成第一支路；所述继电器的常闭触点与所述第一电压测量电阻、第二电压测量电阻串联成第二支路；所述电流测量电阻的两端为电流测试信号的输入端；所述第二支路的两端为电压测量信号的输入端；所述第二电压测量电阻的两端为信号采集输出端；所述第二电压测量电阻的一端接地；所述控制单元，用于采集电流信号时，控制所述继电器的线圈得电；采集电压信号时，控制所述继电器的线圈失电。不需要使用者手动切换测量模式，操作简单，可靠性也较高。

Description

一种电压信号和电流信号测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电力信号测试技术领域，特别涉及一种电压信号和电流信号测量装置及方法。

背景技术

目前市场上通用的数据采集模块，一般只是针对电压信号采集（例如示波器）或者电流信号采集（例如加入采样电阻或将电流信号转换为电压信号的专用电流信号采集模块）。

但是，实际应用中有时需要采集电压信号，有时需要采集电流信号；并且，有的场合需要既采集电流信号，又采集电压信号，这样，只具有单一电压信号或者单一电流信号测量功能的装置将不能完成测量任务。

现有技术中提供了一种既能测量电流信号又能测量电压信号的装置。

参见图1，该图为现有技术中的一种既能测量电流信号又能测量电压信号的装置。

该测量装置包括电流测量电阻Ri1，第一电压测量电阻Ru1和第二电压测量电阻Ru2，以及切换开关K1。

所述电流测量电阻Ri1和切换开关K1串联为第一支路；所述第一电压测量电阻Ru1和第二电压测量电阻Ru2串联为第二支路；

所述第一支路和第二支路并联；

测试被测设备的电压信号时，将被测设备接入所述第一支路和第二支路并联后的两端，控制所述切换开关K1断开，测试信号的输出端为Ru2上的电压信号，Ru2的两端连接AD采样电路。

测量被测设备的电流信号时，将被测设备接入所述第一支路和第二支路并联后的两端，控制所述切换开关K1闭合，由于Ri1所选取的阻值远小于Ru1与Ru2的串联总阻值，例如Ri1:(Ru1+Ru2)≈1:100；因此可近似认为电流信号全部经过Ri1构成闭合回路，而在Ru1和Ru2中无电流流过，此时送到后续AD采样电路的信号为施加在Ri1上的电压信号，即实现了电流信号的采集。

图1所示的这种装置需要手动控制切换开关K1的状态，进而进行信号采集模式的转换。一般情况是利用一个跨接套将切换开关K1的连线引出，但是一般跨接套放置在该装置的内部，进行跨接套的跨接操作时，需要将该装置的外壳打开，这样操作起来比较麻烦。即使通过相应的电路处理，将跨接套放置在装置的外部，由于跨接套本身比较小，因此在使用过程中容易损坏或丢失，这样将影响装置的正常使用。

综上所述，现有技术中提供的测量装置在进行测量模式切换时操作不方便，并且可靠性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电压信号和电流信号测量装置及方法，进行测量模式切换时操作简单方便，并且可靠性高。

本发明实施例提供一种电压信号和电流信号测量装置，包括：继电器、电流测量电阻、第一电压测量电阻、第二电压测量电阻和控制单元；

所述继电器的常开触点与所述电流测量电阻串联成第一支路；

所述继电器的常闭触点与所述第一电压测量电阻、第二电压测量电阻串联成第二支路；

所述电流测量电阻的两端为电流测试信号的输入端；

所述第二支路的两端为电压测量信号的输入端；

所述第二电压测量电阻的两端为信号采集输出端；所述第二电压测量电阻的一端接地；

所述控制单元，用于采集电流信号时，控制所述继电器的线圈得电；采集电压信号时，控制所述继电器的线圈失电。

优选地，所述第一电压测量电阻的阻值和第二电压测量电阻的阻值之和至少是所述电流测量电阻的阻值的一百倍。

优选地，所述第二电压测量电阻的两端为信号采集输出端。

优选地，所述电流采样电阻为330Ω，所述第一电压测量电阻为23KΩ，第二电压测量电阻为11.5KΩ。

优选地，所述继电器的线圈的一端连接所述控制单元输出的控制信号，所述继电器的线圈另一端接地；

所述控制单元，采集电流信号时，用于输出控制信号为高电平；采集电压信号时，用于输出控制信号为低电平。

优选地，还包括连接所述信号采集输出端的AD采样电路，用于将采集的电压信号或者电流信号进行模数转换。

优选地，所述控制单元与所述AD采样电路集成在一起。

优选地，所述控制单元与所述AD采样电路由集成数据采集模块实现。

优选地，所述第二电压测量电阻的两端的电压范围为±10V*[Ru2/(Ru1+Ru2)]；其中，Ru1为第一电压测量电阻的阻值，Ru2为第二电压测量电阻的阻值。

本发明还提供一种基于所述的电压信号和电流信号的测量装置的测量方法，包括：

判断测量装置接入的测量信号的类型是电压测量信号还是电流测量信号；

当是电流测量信号时，控制继电器动作；当是电压测量信号时，控制继电器不动作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的电压信号和电流信号测量装置及方法，当测量电压信号时，控制单元100控制K2的线圈L失电；当测量电流信号时，控制单元100控制K2的线圈L得电。从而实现电压信号和电流信号测量时的类型切换，因此不需要使用者手动切换测量模式，这样由系统自动切换，当使用者使用时，较为简单，并且这样该测量装置不易被损坏，可靠性也较高。

附图说明

图1是现有技术中的一种既能测量电流信号又能测量电压信号的装置；

图2是本发明提供的电压信号和电流信号测量装置实施例一示意图；

图3是本发明提供的电压信号和电流信号测量装置实施例二示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图2，该图为本发明提供的电压信号和电流信号测量装置实施例一示意图。

本发明实施例提供的电压信号和电流信号测量装置，包括：继电器K2、电流测量电阻Ri1、第一电压测量电阻Ru1、第二电压测量电阻Ru2和控制单元100；

所述继电器K2的常开触点S1与所述电流测量电阻Ri1串联成第一支路；

所述继电器K2的常闭触点S2与所述第一电压测量电阻Ru1、第二电压测量电阻Ru2串联成第二支路；

所述电流测量电阻Ri1的两端为电流测试信号的输入端；

所述第二支路的两端为电压测量信号的输入端；

所述第二电压测量电阻Ru2的两端为信号采集输出端；所述第二电压测量电阻Ru2的一端接地；如图2所示。

可以理解的是，当所述第一电压测量电阻Ru1与第二电压测量电阻Ru2互换位置后，即所述第一电压测量电阻Ru1的一端接地，则所述第一电压测量电阻Ru1的两端为信号采集输出端。

所述控制单元100，用于采集电流信号时，控制所述继电器的线圈L得电；采集电压信号时，控制所述继电器的线圈L失电。

当线圈L得电时，所述继电器K2的常开触点S1闭合，常闭触点S2断开；进而电流测试信号流过电流测量电阻Ri1，由于Ri1所选取的阻值远小于Ru1与Ru2的串联总阻值，例如Ri1:(Ru1+Ru2)≈1:100；因此可近似认为电流信号全部经过Ri1构成闭合回路，而在Ru1和Ru2中无电流流过，此时信号采集输出端的电压为Ri1上的电压信号，即实现了电流测试信号的采集。

当线圈L失电时，所述继电器K2的常闭触点S2闭合，常开触点S 1断开。进而电压测量信号加在串联的第一电压测量电阻Ru1和第二电压测量电阻Ru2上，由于电流测量电阻Ri1已经从电路中断开。因此，信号采集输出端的电压为第二电压测量电阻Ru2上的电压，例如，U+为U1，则信号采集输出端的电压为U1*[Ru2/(Ru1+Ru2)]。从而实现电压测量信号的采集。

本发明实施例提供的电压信号和电流信号测量装置，当测量电压信号时，控制单元100控制K2的线圈L失电；当测量电流信号时，控制单元100控制K2的线圈L得电。从而实现电压信号和电流信号测量时的类型切换，因此不需要使用者手动切换测量模式，这样由系统自动切换，当使用者使用时，较为简单，并且这样该测量装置不易被损坏，可靠性也较高。

下面结合附图详细说明本发明实施例提供的电压信号和电流信号测量装置的工作原理。

参见图3，该图为本发明提供的电压信号和电流信号测量装置实施例二示意图。

本实施例提供的电压信号和电流信号测量装置中的控制信号可以与信号输出端连接的AD采样电路集成在一起，由一个数据采集模块来实现。

如图3所示，该图中的继电器K2中的线圈L的一端接地，另一端连接控制信号，该控制信号由数据采集模块中的数字输出通道来产生。

需要说明的是，目前的数据采集模块既包括模拟采样通道，又包括数字输出通道。

本实施例数据采集模块以NI USB-6351为例，实现了同一套测试设备兼容具备电压信号测量和电流信号测量的功能。

例如，测量装置中的器件参数可以优选如下：电流采样电阻Ri1可选阻值为330Ω，第一电压采样电阻Ru1可选23KΩ；第二电压采样电阻Ru2可选11.5KΩ，此时Ri1：(Ru1+Ru2)≈1：100。电阻Ru1和电阻Ru2为串联关系，它们与Ri1在电路连接关系上为并联关系，通过来自NI USB-635数据采集模块数字输出通道的高低电平，控制继电器K2动作，并进一步实现将Ri1接入电路或从电路中断开的功能。

当采集电压测量信号时，需将电压测量信号连接到输入端的U+和GND端，I+端悬空。

若电压测量信号为±20V范围，则Ru2两端的电压范围为在±10V*[Ru2/(Ru1+Ru2)]，即±6.66V范围内，此种状态符合NI USB-6351数据采集模块±10V的电压采样范围，此时PC机控制对应此模拟采样通道的数字输出通道输出低电平，这样输出给继电器K2的线圈L端的控制信号为低电平，即继电器K2保持初始状态不动作，线圈L失电，这样便实现了电压测量信号的正常采集。

当采集电流测量信号（电流测量信号通常是来自传感器输出的信号，以传感器输出4~20mA的电流信号为例），电流测量信号连接到输入端的I+和GND端，U+悬空。测试开始时，PC机控制对应此模拟采样通道的数字输出通道输出高电平，这样输出给继电器K2的线圈L端的控制信号为高电平，进而控制继电器K2进行状态转换，则继电器K2的常开触点S1闭合，同时常闭触点S2断开。由于AD采样电路的输入阻抗一般为兆欧级，因此可近似认为全部的电流通过了Ri1构成电流回路，此时信号输出端的电压近似认为就是Ri1两端的电压，从而实现了电流测量信号的采集。

测量结束后，PC机控制NI USB-6351数据采集模块恢复初始状态，即NIUSB-6351数据采集模块的数字输出通道输出的控制信号为+5V的TTL高电平自动变为0V的TTL低电平，继电器K2再次动作，将电流测量电阻Ri1从电路中断开同时将第二电压测量电阻Ru2接入电路，此时整个测量装置也恢复到了初始状态。

基于上述电压信号和电流信号的测量装置，本发明还提供了一种测量方法，下面结合具体实施例来详细说明其工作流程。

本发明实施例提供的电压信号和电流信号的测量装置的测量方法，包括：

S101：判断测量装置接入的测量信号的类型是电压测量信号还是电流测量信号；

S102：当是电流测量信号时，控制继电器动作；当是电压测量信号时，控制继电器不动作。

本发明实施例提供的电压信号和电流信号测量装置，当测量电压信号时，控制继电器的线圈失电；当测量电流信号时，控制继电器的线圈得电。从而实现电压信号和电流信号测量时的类型切换，因此不需要使用者手动切换测量模式，这样由系统自动切换，当使用者使用时，较为简单，并且这样该测量装置不易被损坏，可靠性也较高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种电压信号和电流信号测量装置，其特征在于，包括：继电器、电流测量电阻、第一电压测量电阻、第二电压测量电阻和控制单元；

所述继电器的常开触点与所述电流测量电阻串联成第一支路；

所述继电器的常闭触点与所述第一电压测量电阻、第二电压测量电阻串联成第二支路；

所述电流测量电阻的两端为电流测试信号的输入端；

所述第二支路的两端为电压测量信号的输入端；

所述第二电压测量电阻的两端为信号采集输出端；所述第二电压测量电阻的一端接地；

所述控制单元，用于采集电流信号时，控制所述继电器的线圈得电；采集电压信号时，控制所述继电器的线圈失电。

2.根据权利要求1所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述第一电压测量电阻的阻值和第二电压测量电阻的阻值之和至少是所述电流测量电阻的阻值的一百倍。

3.根据权利要求2所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述第二电压测量电阻的两端为信号采集输出端。

4.根据权利要求3所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述电流采样电阻为330Ω，所述第一电压测量电阻为23KΩ，第二电压测量电阻为11.5KΩ。

5.根据权利要求1所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述继电器的线圈的一端连接所述控制单元输出的控制信号，所述继电器的线圈另一端接地；

所述控制单元，采集电流信号时，用于输出控制信号为高电平；采集电压信号时，用于输出控制信号为低电平。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，还包括连接所述信号采集输出端的AD采样电路，用于将采集的电压信号或者电流信号进行模数转换。

7.根据权利要求6所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述控制单元与所述AD采样电路集成在一起。

8.根据权利要求7所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述控制单元与所述AD采样电路由集成数据采集模块实现。

9.根据权利要求3所述的电压信号和电流信号的测量装置，其特征在于，所述第二电压测量电阻的两端的电压范围为±10V*[Ru2/(Ru1+Ru2)]；其中，Ru1为第一电压测量电阻的阻值，Ru2为第二电压测量电阻的阻值。

10.一种基于权利要求1所述的电压信号和电流信号的测量装置的测量方法，其特征在于，包括：

判断测量装置接入的测量信号的类型是电压测量信号还是电流测量信号；

当是电流测量信号时，控制继电器动作；当是电压测量信号时，控制继电器不动作。

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