CN103245827A - 电压电流量测装置 - Google Patents

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郑为耀
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Abstract

本发明公开一种电压电流量测装置，其包含：多个电压量测模块、多个单向电流量测模块、多个双向电流量测模块、一电压转换模块、一通讯接口模块及一处理器，由各模块的整合可提供多种的电压及电流的同时量测方式以及周边扩充与电源供应，进而成为一种多用途的整合型量测装置，并由此达到量测时程的缩短与生产成本的降低。

Description

电压电流量测装置
  
技术领域
本发明是关于一种量测装置，更特别的是关于一种整合型的电压电流量测装置。
背景技术
现有可与计算机链接的万用电表通常仅具有一测试接口，且一次仅能进行单一测试。此外，现有万用电表中的电压量测或电流量测中，其分压或分流电阻皆是固定的，量测范围并无法根据需要更改。
基于现有技术上的限制，当待测物的数量较多时往往需要耗费较久的量测时间，甚至是需要多台的万用电表，然而，此种万用电表的成本也较为昂贵，造成生产成本的提高。
   发明内容
本发明的一目的在于可供电压及电流的量测同时进行。
本发明的另一目的在于减少量测所需的时间。
本发明的再一目的在于提出一种整合型量测装置以简化测试装置的占用空间。
为达上述目的及其他目的，本发明的电压电流量测装置用于接收一电源，及用于依据所输入的多个待测电压/电流讯号进行量测，并将量测结果传送至一计算机，该电压电流量测装置并内具有一默认处理器电压值，该电压电流量测装置包含：多个电压量测模块，每一该等电压量测模块具有一分压电阻单元，每一该电压量测模块用于将对应的所输入的待测电压讯号转换为一待运算电压量测讯号，其中该分压电阻单元用于使该待运算电压讯号不大于该默认处理器电压值；多个电流量测模块，每一该电流量测模块用于将对应的所输入的待测电流讯号转换为一待运算电流量测讯号；一电压转换模块，其接收及转换该电源以提供具有不同电压值的多个电压源；一通讯接口模块，其包含有一计算机通讯界面以与该计算机链接；及一处理器，其连接该电压量测模块、该电流量测模块、该电压转换模块、及该通讯接口模块，该处理器被供应该默认处理器电压值，该处理器用于依据该待测电压讯号中低于该默认处理器电压值的待测电压讯号的输入以进行电压量测，该处理器并用于接收该待运算电压量测讯号以进行电压量测值的运算，该处理器并用于接收该待运算电流量测讯号以进行电流量测值的运算，其中，该处理器并据此产生对应的量测结果。
于一实施例中，该电压量测模块中的分压电阻单元为一可变电阻单元。
于一实施例中，该通讯接口模块并包含有多个附加功能扩充接口以供至少一周边操控装置连接，该附加功能扩充接口包含多个通用异步接收/传送器UART。
于一实施例中，该电流量测模块包含：多个单向电流量测模块，其为多个单向电流量测模块或多个双向电流量测模块至少其中之一，该多个单向电流量测模块的每一该单向电流量测模块，其用于将所输入的待测电流讯号转换为一待运算单向电流量测讯号，其中该单向电流量测模块运作于所输入的待测电流讯号的正/负极输入正确连接该该单向电流量测模块的正/负极；该多个双向电流量测模块，其用于将所输入的待测电流讯号转换为一待运算双向电流量测讯号，其中该双向电流量测模块的运作与否无关所输入的待测电流讯号的正/负极输入是否正确连接该双向电流量测模块的正/负极。
于一实施例中，每一该单向电流量测模块选自一高精度电压电流转换器或一低精度电压电流转换器，该高精度电压电流转换器具有一第一电阻单元及一高精度电压电流转换IC，该低精度电压电流转换器具有一第二电阻单元及一低精度电压电流转换IC，其中该第一电阻单元的电阻值大于该第二电阻单元的电阻值，该高精度电压电流转换IC的放大倍率大于该低精度电压电流转换IC的放大倍率。
于一实施例中，每一该双向电流量测模块包含：一分流电阻单元，具有一默认分流电阻值，其接收对应的待测电流讯号以改变其电流值至一预设电流区间，该分流电阻单元并具有第一输出端及第二输出端；第一低精度电压电流转换IC，其用于将改变电流值后的待测电流讯号转换为第一电压讯号，该第一低精度电压电流转换IC的正极输入端连接该分流电阻单元的第一输出端，该第一低精度电压电流转换IC的负极输入端连接该分流电阻单元的第二输出端；及第二低精度电压电流转换IC，其用于将改变电流值后的待测电流讯号转换为第二电压讯号，该第二低精度电压电流转换IC的正极输入端连接该分流电阻单元的第二输出端，该第二低精度电压电流转换IC的负极输入端连接该分流电阻单元的第一输出端；及一减法器，其连接该第一低精度电压电流转换IC及该第二低精度电压电流转换IC，用于接收该第一电压讯号及该第二电压讯号以产生该待运算双向电流量测讯号。
于一实施例中，该分流电阻单元、该第一电阻单元、及该第二电阻单元为一可变电阻单元。
由此，本发明的电压电流量测装置可提供同时性的电压及电流量测，并可提供更多的扩充功能，让计算机除了与测试装置链接外更可通过此测试装置与其他周边链接，进而成为一种多用途的整合型量测装置，并由此达到量测时程的缩短与生产成本的降低。
附图说明
图1为本发明一实施例中电压电流量测装置的功能方块图。
图2为本发明一实施例中高精度电压电流转换器的电路图。
图3为本发明一实施例中低精度电压电流转换器的电路图。
图4为本发明一实施例中双向电流量测模块的电路图。
图中：
100      ，电压电流量测装置；
110      ，电压量测模块；
120      ，单向电流量测模块；
121      ，高精度电压电流转换IC；
122      ，第一电阻单元；
123      ，比较单元；
125      ，低精度电压电流转换IC；
126      ，第二电阻单元；
130      ，双向电流量测模块；
131      ，第一低精度电压电流转换IC；
132      ，第二低精度电压电流转换IC；
135      ，分流电阻单元；
137      ，减法器；
140      ，电压转换模块；
150      ，通讯接口模块；
160      ，处理器；
170      ，电流量测模块；
200      ，计算机；
O1    ，第一输出端；
O2    ，第二输出端；
V        ，默认处理器电压；
V1    ，第一电压讯号；
V2    ，第二电压讯号；
Vdet     ，待测电压讯号；
Idet     ，待测电流讯号；
Vin+     ，正极输入端；
Vin-     ，负极输入端；
   V+    ，工作电源；
Vout     ，输出端；
GND      ，接地端；
Vref     ，参考电压；
S        ，电源。
 
具体实施方式：
为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹藉由下述具体的之实施例，并配合所附的之图式，对本发明做一详细说明，说明如后：
首先请参阅图1，为本发明一实施例中电压电流量测装置的功能方块图。电压电流量测装置100包含：多个电压量测模块110、一电压转换模块140、一通讯接口模块150、一处理器160、及多个电流量测模块170。电压电流量测装置100接收外部的一电源S，该电源S可由变压装置(图未示)供应电压电流量测装置100 内各组件所需的运作电压，例如：提供处理器160 所需的默认处理器电压值V，其中，该电源转换成装置内部工作电压的技术手段是所属领域具通常知识者可轻易了解，在此不再赘述。
此外，该电压电流量测装置100依据所输入的多个待测电压/电流讯号进行量测，亦即，该电压电流量测装置100藉由各输入端来接收待测电压讯号Vdet及/或待测电流讯号Idet，以及，经过该电压电流量测装置100中之的处理器160的运算后，将量测结果传送至一计算机200。
每一该电压量测模块110具有一分压电阻单元(图未示)，每一该电压量测模块110用于将对应的待测电压讯号Vdet转换为一待运算电压量测讯号，其中该分压电阻单元用于使该待运算电压讯号不大于该处理器160的默认处理器电压值，以供该处理器160运算。每一该电压量测模块110通过该分压电阻单元对该待测电压讯号Vdet进行分压，再交由处理器160进行模拟/数字的转换，最后将量测结果通过通讯接口模块150传递予该计算机200。其中，当欲量测的对象的电压值不超过电压电流量测装置100中的默认处理器电压值时，用户可将待测物直接连接处理器160的电压量测接收端(图未示)，因此，依据所输入的具有低于该默认处理器电压值(例如：3.3V)的待测电压讯号Vdet，该处理器160可用于直接由该处理器160进行模拟/数字的转换电压以取得量测结果。据此，输入电压电流量测装置100的待测电压/电流讯号取决于用户的操作，该电压电流量测装置100提供一种整合式的电压电流量测装置，以便于使用。
于一实施例中，该电压量测模块110中的分压电阻单元为一可变电阻单元，因此，具有分压电阻单元的量测端口可依据量测需求调整其分压比例。
于一实施例中，该电流量测模块170包含：多个单向电流量测模块120或多个双向电流量测模块130的至少其中之一。图1是以同时包含多个单向电流量测模块120及多个双向电流量测模块130作为示例。
每一该单向电流量测模块120系用于将所输入之待测电流讯号Idet转换为一待运算单向电流量测讯号，其中该单向电流量测模块120系运作于对应之待测电流讯号的正/负极输入系正确连接该单向电流量测模块120的正/负极。此模块系仅供正确连接时使用，亦即，当操作者接反时将无测试结果，此时操作者必须再经一反接的操作动作以取得测试结果。于一实施例中，每一该单向电流量测模块系选自一高精度电压电流转换器或一低精度电压电流转换器，于后有更详细的描述。
每一该双向电流量测模块130用于将所输入的待测电流讯号Idet转换为一待运算双向电流量测讯号，其中该双向电流量测模块130的运作与否无关对应的待测电流讯号Idet的正/负极输入是否正确连接该双向电流量测模块130的正/负极。
该电压转换模块140接收及转换该电源S以提供具有不同电压值的多个电压源供周边其他装置的直接使用。举例来说，该电压电流量测装置100通过该电压转换模块140所接收的电源S可为12V，经该电压转换模块140再转换出5.3V及3.3V，进而使得该电压电流量测装置100可提供12V、5.3V、及3.3V，可提供给周边模块或装置适当的工作电压，使该周边模块或装置无须再外接电源，使得产在线的线路得以简单化，更易于线路的整理与维护。
该通讯接口模块150包含有一计算机通讯界面以与该计算机200链接，该通讯接口模块并包含有多个附加功能扩充接口以供至少一周边操控装置连接。举例来说，该计算机通讯界面可为RS-232接口，该附加功能扩充接口可包含多个通用异步接收/传送器(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART)。通过该附加功能扩充接口更可连接温湿度传感器、光传感器等，以及通过GPIO (General Purpose Input/Output)的方式增加LCM、键盘、RelayBoard 或CPLD (Complex Programmable Logic Device)等，进一步地扩充附加功能。
该处理器160连接该电压量测模块110、该电压转换模块140、该通讯接口模块150、及该电流量测模块170(于前述实施例中系可包含：该单向电流量测模块120及该双向电流量测模块130)。该处理器120被供应该默认处理器电压值(例如：3.3V)，如前所提提及的，当欲量测的电压值不会超过该默认处理器电压值时，用户可直接将待测讯号连接至可直接输入该处理器160的端子(图未示)，使该处理器160接收该待测电压讯号Vdet中低于该默认处理器电压值的待测电压讯号以直接进行模拟/数字转换而取得电压量测结果。该处理器160并用于接收各个模块的待运算量测讯以产生对应的量测结果，进而通过该通讯接口模块150传递予该计算机200。
接着请参阅图2，为本发明一实施例中高精度电压电流转换器的电路图。高精度电压电流转换器的电路图包含一第一电阻单元122、一高精度电压电流转换IC 121、及一比较单元123。第一电阻单元122可为可变电阻单元，以改变电流的量测范围。待测电流讯号Idet经过该第一电阻单元122的分流后转换为电压讯号通过正极输入端Vin+及负极输入端Vin-输入高精度电压电流转换IC 121。该高精度电压电流转换IC 121连接一工作电源V+及一接地端GND，该高精度电压电流转换IC 121的输出端Vout则连接该比较单元123以输出一待运算单向电流量测讯号。
接着请参阅图3，为本发明一实施例中低精度电压电流转换器的电路图。低精度电压电流转换器包含一第二电阻单元126及一低精度电压电流转换IC 125。第二电阻单元126可为可变电阻单元，以改变电流的量测范围。待测电流讯号Idet经过该第二电阻单元126的分流后转换为电压讯号通过正极输入端Vin+及负极输入端Vin-输入高精度电压电流转换IC 125。该高精度电压电流转换IC 125连接一工作电源V+及一接地端GND，该高精度电压电流转换IC 125的输出端Vout则输出一待运算单向电流量测讯号。其中，该第一电阻单元122的电阻值大于该第二电阻单元126的电阻值，该高精度电压电流转换IC 121的放大倍率大于该低精度电压电流转换IC 125的放大倍率。
接着请参阅图4，为本发明一实施例中双向电流量测模块的电路图。该双向电流量测模块包含：第一低精度电压电流转换IC 131、第二低精度电压电流转换IC 132、分流电阻单元135、及减法器137。分流电阻单元135具有一默认分流电阻值，其接收对应的待测电流讯号待测电流讯号Idet以改变其电流值至一预设电流区间，该分流电阻单元135并具有第一输出端O1及第二输出端O2。
第一低精度电压电流转换IC 131系用于将改变电流值后的待测电流讯号Idet转换为第一电压讯号V1，该第一低精度电压电流转换IC的正极输入端Vin+连接该分流电阻单元135的第一输出端O1，该第一低精度电压电流转换IC 131的负极输入端Vin-连接该分流电阻单元135的第二输出端O2。
第二低精度电压电流转换IC 132，其用于将改变电流值后的待测电流讯号转换为第二电压讯号V2，该第二低精度电压电流转换IC 132的正极输入端Vin+连接该分流电阻单元135的第二输出端O2，该第二低精度电压电流转换IC的负极输入端Vin-连接该分流电阻单元135的第一输出端O1。
该减法器137连接该第一低精度电压电流转换IC 131及该第二低精度电压电流转换IC 132，用于接收该第一电压讯号V1及该第二电压讯号V2以产生该待运算双向电流量测讯号。该减法器137并用以将该第一电压讯号V1及该第二电压讯号V2与一参考电压Vref做比较，进而可取得正确的待运算双向电流量测讯号。图4中所示的减法器137仅为其中一种实施例，利用四个电阻单元及一差分放大器单元来组成该减法器137，两个输入讯号V1、V2由差分放大器单元的非反相端及反相端输入，然后分别经过非反相放大与反相放大，最后在输出端获得两输入电压之差值放大讯号，即，该待运算双向电流量测讯号。
于图4的实施例中的电路组合下，无论对应的待测电流讯号的正/负极输入是否正确连接该双向电流量测模块的正/负极，皆不影响量测结果，亦即，操作者不须经过反接的操作动作即可取得测试结果，进而可加速测试流程。
综上所述，本发明的电压电流量测装置可提供同时性的电压及电流量测，并可提供更多的扩充功能，进而成为一种多用途的量测装置，并由此达到量测时程的缩短与生产成本的降低。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，所有与该实施例等效之变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种电压电流量测装置，其用于接收一电源，及用于依据所输入的多个待测电压/电流讯号进行量测，并将量测结果传送至一计算机，该电压电流量测装置并内具有一默认处理器电压值，其特征在于，该电压电流量测装置包含：
多个电压量测模块，每一该电压量测模块具有一分压电阻单元，每一该电压量测模块用于将对应的所输入的待测电压讯号转换为一待运算电压量测讯号，其中该分压电阻单元用于使该待运算电压讯号不大于该默认处理器电压值；
多个电流量测模块，每一该电流量测模块用于将对应的所输入的待测电流讯号转换为一待运算电流量测讯号；
一电压转换模块，其接收及转换该电源以提供具有不同电压值的多个电压源；
一通讯接口模块，其包含有一计算机通讯界面以与该计算机链接；及
一处理器，其连接该电压量测模块、该电流量测模块、该电压转换模块、及该通讯接口模块，该处理器系被供应该默认处理器电压值，该处理器用于依据该待测电压讯号中低于该默认处理器电压值的之待测电压讯号的输入以进行电压量测，该处理器并用于接收该待运算电压量测讯号以进行电压量测值的运算，该处理器并用于接收该待运算电流量测讯号以进行电流量测值的运算，其中，该处理器并据此产生对应的量测结果。
2.如权利要求1所述的电压电流量测装置，其特征在于，其中所述电压量测模块中的分压电阻单元为一可变电阻单元。
3.如权利要求1所述的电压电流量测装置，其特征在于，其中所述通讯接口模块并包含有多个附加功能扩充接口以供至少一周边操控装置连接，该附加功能扩充接口包含多个通用异步接收/传送器UART。
4.如权利要求1所述的电压电流量测装置，其特征在于，其中所述电流量测模块，其为多个单向电流量测模块或多个双向电流量测模块至少其中之一，该多个单向电流量测模块的每一该单向电流量测模块，其用于将所输入的待测电流讯号转换为一待运算单向电流量测讯号，其中该单向电流量测模块运作于所输入的待测电流讯号的正/负极输入正确连接该单向电流量测模块的正/负极；该多个双向电流量测模块，其用于将所输入的待测电流讯号转换为一待运算双向电流量测讯号，其中该双向电流量测模块的运作与否无关所输入的待测电流讯号的正/负极输入是否正确连接该双向电流量测模块的正/负极。
5.如权利要求4所述的电压电流量测装置，其特征在于，其中每一所述单向电流量测模块选自一高精度电压电流转换器或一低精度电压电流转换器，该高精度电压电流转换器具有一第一电阻单元及一高精度电压电流转换IC，该低精度电压电流转换器具有一第二电阻单元及一低精度电压电流转换IC，其中该第一电阻单元的电阻值大于该第二电阻单元的电阻值，该高精度电压电流转换IC的放大倍率大于该低精度电压电流转换IC的放大倍率。
6.如权利要求5所述的电压电流量测装置，其特征在于，其中每一所述双向电流量测模块包含：
一分流电阻单元，具有一默认分流电阻值，其接收对应的待测电流讯号以改变其电流值至一预设电流区间，该分流电阻单元并具有第一输出端及第二输出端；
第一低精度电压电流转换IC，其用于将改变电流值后的待测电流讯号转换为第一电压讯号，该第一低精度电压电流转换IC的正极输入端系连接该分流电阻单元的第一输出端，该第一低精度电压电流转换IC的之负极输入端连接该分流电阻单元的第二输出端；
第二低精度电压电流转换IC，其用于将改变电流值后的待测电流讯号转换为第二电压讯号，该第二低精度电压电流转换IC的正极输入端连接该分流电阻单元的第二输出端，该第二低精度电压电流转换IC的负极输入端连接该分流电阻单元的第一输出端；及
一减法器，其连接该第一低精度电压电流转换IC及该第二低精度电压电流转换IC，用于接收该第一电压讯号及该第二电压讯号以产生该待运算双向电流量测讯号。
7.如权利要求6所述的电压电流量测装置，其特征在于，其中所述分流电阻单元、该第一电阻单元、及该第二电阻单元为一可变电阻单元。
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