CN103954840B - 压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子测量技术领域,具体涉及一种压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置。本发明所提供的压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置涉及电阻范围鉴别的多路自动检测控制。适用于电容器绝缘电阻的检测及其它器材绝缘电阻的测量或具有电阻传感器的时事控制系统作多路采集接口。本发明技术方案将电阻的测控通过两定值电压比值,和待测电阻与定值可调电阻比值的关系组成的类似于直流电阻桥路的电路,将电阻的模拟量转换为二进制的状态值;再通过多路采集、分时测控各路电阻的状态值,最终显示各路的测控结果。达到一次性检测或控制多路电阻限量值是否在规定范围的目的。
Description
技术领域
本发明属于电子测量技术领域,具体涉及一种压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置。
背景技术
传统测量电阻许可范围的仪器只能单路测量阻值大小再通过操作人员来鉴别是否合格,效率低、且耗费工作人员眼力。为了提高效率、减轻操作强度,并能实现计算机采集信息,有必要研发一种多路电阻自动测控装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何提供一种适用于电容器绝缘电阻的检测及其它器材绝缘电阻的测量的多路电阻自动测控装置。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置,该装置的测量方式是将电阻的测控通过两定值电压比值,和待测电阻与定值可调电阻比值的关系组成的类似于直流电阻桥路的电路,将电阻的模拟量转换为二进制的状态值;再通过多路采集、分时测控各路电阻的状态值,最终显示各路的测控结果;具体而言,所述装置包含:压阻桥模/数转换模块、多路自动采集模块、浮地有源二阶低通滤波模块以及边沿复合触发记忆显示模块;所述多路自动采集模块通过多路开关分别连接压阻桥模/数转换模块的被测电阻;所述浮地有源二阶低通滤波模块对压阻桥模/数转换模块的信号放大及信号转换过程进行信号检测;所述边沿复合触发记忆显示模块对信号变换后的输出信号进行测控结果显示;
其中,所述压阻桥模/数转换模块为该装置的关键子模块,该模块用于实现多路检测,同时用于改善测量电路的输入特性;其检测函数关系经推算归纳为:所测电阻与固定可调电阻的比值等于实验电压和基准电压的比值,把这个测量方式称为压阻桥;其所测量的数据是模拟量经转换并最终输出二进制状态量的结果,由此将整个测量过程称为压阻桥模/数转换;所述压阻桥模/数转换模块利用高阻抗、高精密的运算放大器作电阻测量的一级放大器,其中,将实验电压VX作为检测运放输入电压,被测电容器的绝缘电阻RX作为检测运放输入电阻,可调定值电阻作为检测运放的反馈电阻RN;检测运放输出电压输入到比较器正向输入端与负向输入端基准电压比较后输出电平信号;使所测阻值由满足工艺要求和不满足工艺要求的两种情况,变换为高电平和低电平两种输出方式,分别代表合格和不合格两种状态;
其中,所述绝缘电阻测量的数学模型如下所示:
RX=VX/VN*RN;其中,
RX:被测电容器绝缘电阻;
RN:可步进调整的定值电阻;
VX:实验电压;
VN:比较器基准电压;
为拓宽测量范围,中间增加一级可调放大倍数的第二级放大器,使测量值的倍率可调;
由此,绝缘电阻变为:
RX=A*VX/VN*RN;其中,
A:二级放大器的放大倍数(倍率);
由上式可知测量电阻的大小由放大倍数A、电压比值VX/VN以及可调定值电阻RN决定;被测电阻的测量范围可以通过改变可调定值电阻的范围进行改变;
其中,所述多路自动采集模块利用可调555定时器作时钟信号源,控制两只十进制计数器组成的十八进制计数器,分时推动由十八只继电器构成的双刀十八位自动多路转换开关;其中一组转换开关作为多路采集器的测量插座选择开关,分别采集十八只被测电容器的绝缘电阻值;同时另一组转换开关分时控制十八只寄存器,分时存储并显示各路电容器绝缘电阻值的状态信息;
其中,所述浮地有源二阶低通滤波模块利用测量电路交直流状态下的不同特性,增加一级运算放大器,既作为有源二阶低通滤波器;同时又作为检测运放正向输入端接地电阻的浮地;
其中,所述边沿复合触发记忆显示模块,其在电路中利用脉冲信号高电平触发电子开关转换,下降沿打开寄存器及显示电路,由于555定时器驱动十八进制计数器采用上升沿触发,因而电子开关遇上升沿转接,所以测试时间为定时器的周期,也就是调节定时器的周期只改变每只电容器的测量时间,而不会改变两回路之间的转接时间。
(三)有益效果
本发明所提供的压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置涉及电阻范围鉴别的多路自动检测控制。适用于电容器绝缘电阻的检测及其它器材绝缘电阻的测量或具有电阻传感器的时事控制系统作多路采集接口。本发明技术方案将电阻的测控通过两定值电压比值,和待测电阻与定值可调电阻比值的关系(VX/VN=RX/RN)组成的类似于直流电阻桥路(称为压阻桥)的电路,将电阻的模拟量转换为二进制的状态值(0或1);再通过多路采集、分时测控各路电阻的状态值,最终显示各路的测控结果。达到一次性检测或控制多路电阻限量值是否在规定范围的目的。
附图说明
图1为本发明压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置的结构框图。
图2为本发明压阻桥模/数转换模块的原理图。
图3为本发明多路自动采集模块的原理图。
图4为本发明浮地有源二阶低通滤波模块的原理图。
图5为本发明边沿复合触发记忆显示模块的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题,本发明提供一种压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置,该装置的测量方式是将电阻的测控通过两定值电压比值,和待测电阻与定值可调电阻比值的关系组成的类似于直流电阻桥路的电路,将电阻的模拟量转换为二进制的状态值;再通过多路采集、分时测控各路电阻的状态值,最终显示各路的测控结果;具体而言,所述装置包含:压阻桥模/数转换模块、多路自动采集模块、浮地有源二阶低通滤波模块以及边沿复合触发记忆显示模块;所述多路自动采集模块通过多路开关分别连接压阻桥模/数转换模块的被测电阻;所述浮地有源二阶低通滤波模块对压阻桥模/数转换模块的信号放大及信号转换过程进行信号检测;所述边沿复合触发记忆显示模块对信号变换后的输出信号进行测控结果显示;
其中,所述压阻桥模/数转换模块为该装置的关键子模块,该模块用于实现多路检测,同时用于改善测量电路的输入特性;其检测函数关系经推算归纳为:所测电阻与固定可调电阻的比值等于实验电压和基准电压的比值,把这个测量方式称为压阻桥;其所测量的数据是模拟量经转换并最终输出二进制状态量的结果,由此将整个测量过程称为压阻桥模/数转换;所述压阻桥模/数转换模块利用高阻抗、高精密的运算放大器作电阻测量的一级放大器,其中,将实验电压(VX)作为检测运放输入电压,被测电容器的绝缘电阻(RX)作为检测运放输入电阻,可调定值电阻作为检测运放的反馈电阻(RN);检测运放输出电压输入到比较器正向输入端与负向输入端基准电压比较后输出电平信号;使所测阻值由满足工艺要求和不满足工艺要求的两种情况,变换为高电平和低电平两种输出方式,分别代表合格和不合格两种状态;
其中,所述绝缘电阻测量的数学模型如下所示:
RX=VX/VN*RN;其中,
RX:被测电容器绝缘电阻;
RN:可步进调整的定值电阻;
VX:实验电压;
VN:比较器基准电压;
为拓宽测量范围,中间增加一级可调放大倍数的第二级放大器,使测量值的倍率可调;
由此,绝缘电阻变为:
RX=A*VX/VN*RN;其中,
A:二级放大器的放大倍数(倍率);
由上式可知测量电阻的大小由放大倍数A、电压比值VX/VN以及可调定值电阻RN决定;被测电阻的测量范围可以通过改变可调定值电阻的范围进行改变;
其中,所述多路自动采集模块利用可调555定时器作时钟信号源,控制两只十进制计数器组成的十八进制计数器,分时推动由十八只继电器构成的双刀十八位自动多路转换开关;其中一组转换开关作为多路采集器的测量插座选择开关,分别采集十八只被测电容器的绝缘电阻值;同时另一组转换开关分时控制十八只寄存器,分时存储并显示各路电容器绝缘电阻值的状态信息;
其中,所述浮地有源二阶低通滤波模块利用测量电路交直流状态下的不同特性,增加一级运算放大器,既作为有源二阶低通滤波器;同时又作为检测运放正向输入端接地电阻的浮地;
其中,所述边沿复合触发记忆显示模块,其在电路中利用脉冲信号高电平触发电子开关转换,下降沿打开寄存器及显示电路,由于555定时器驱动十八进制计数器采用上升沿触发,因而电子开关遇上升沿转接,所以测试时间为定时器的周期,也就是调节定时器的周期只改变每只电容器的测量时间,而不会改变两回路之间的转接时间。
下面结合具体实施例来详细描述本发明。
实施例
本实施例所提供的压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置,如图1所示,包含:压阻桥模/数转换模块、多路自动采集模块、浮地有源二阶低通滤波模块以及边沿复合触发记忆显示模块;共同组成多路电阻测控系统,其测量方式是将模拟量变成二进制状态量,以实现多路检测。
其中,所述压阻桥模/数转换模块,如图2所示,为该装置的关键子模块,该模块是在设计制作过程中为实现多路检测,同时为改善测量电路的输入特性,经反复实验不断改进而定型的独特检测方案。其检测函数关系经推算归纳:所测电阻与固定可调电阻的比值等于实验电压和基准电压的比值,类同于直流电阻桥路特性,所以把这个测量方式称为压阻桥。另外,因所测量的是模拟量经转换并最终输出二进制状态量的结果,因而整个测量过程称为压阻桥模/数转换。转换模块的功能原理是利用高阻抗、高精密的运算放大器作电阻测量的一级放大器(检测运放),其中实验电压作为检测运放输入电压,被测电容器的绝缘电阻作为检测运放输入电阻,可调定值电阻作为检测运放的反馈电阻。检测运放输出电压输入到比较器正向输入端与负向输入端基准电压比较后输出电平信号。使所测阻值由满足工艺要求和不满足工艺要求的两种情况,变换为高电平和低电平两种输出方式,分别代表合格和不合格两种状态。
绝缘电阻测量的数学模型:
RX=VX/VN*RN;其中,
RX:被测电容器绝缘电阻;
RN:可步进调整的定值电阻;
VX:实验电压;
VN:比较器基准电压。
为拓宽测量范围,中间增加一级可调放大倍数的第二级放大器,使测量值的倍率可调。
由此,绝缘电阻变为:
RX=A*VX/VN*RN;其中,
A:二级放大器的放大倍数(倍率)。
由上式可知测量电阻的大小由放大倍数A、电压比值VX/VN以及可调定值电阻RN决定。被测电阻的测量范围可以通过改变可调定值电阻的范围进行改变。
其中,所述多路自动采集模块,如图3所示,其利用可调555定时器作时钟信号源,控制两只十进制计数器组成的十八进制计数器,分时推动由十八只继电器构成的双刀十八位自动多路转换开关。其中一组转换开关作为多路采集器的测量插座选择开关,分别采集十八只被测电容器的绝缘电阻值;同时另一组转换开关分时控制十八只寄存器,分时存储并显示各路电容器绝缘电阻值的状态信息。
其中,所述浮地有源二阶低通滤波模块,如图4所示,50Hz低频干扰信号是自然环境中和自身变压器中所存在的主要干扰成分。而测量信号的有效量为直流信号。所以采用低通滤波器是必然的选择。为改善测量电路的输入特性和净化测量信号,电路中巧妙地利用测量电路交直流状态下的不同特性,增加一级运算放大器,既作为有源二阶低通滤波器;同时又作为检测运放正向输入端接地电阻的浮地。达到既滤掉了干扰信号又提高了输入阻抗特性。
其中,所述边沿复合触发记忆显示模块,如图5所示,是为了调节测量时间而不影响测试间隔时间而采用的功能单元,在电路中利用脉冲信号高电平触发电子开关转换,下降沿(上升沿经反向而得)打开寄存器及显示电路,由于555定时器驱动十八进制计数器采用上升沿触发,因而电子开关遇上升沿转接,所以测试时间为定时器的周期,也就是调节定时器的周期只改变每只电容器的测量时间,而不会改变两回路之间的转接时间。这样转接过程不会因时间的延长而增加,提高了测试效率。
由此,本发明技术方案将两电压作比率,且将待测电阻和定值可调电阻作比率,即VX/VN=RX/RN,从而组成近似于电阻桥的测量电阻允许范围(限值)的电路,将所测电阻限值通过比较器转换为数字量,例如状态0:不合要求,或状态1:合要求,并通过多路转换开关对各路电阻值分时检测和记忆,实现一个测量电路能够一次分时测量多个电阻的高效测量方案。此外,还可利用该电路在自动化控制领域,作为多路电阻传感器的测控采集系统或与计算机连接作为计算机时事控制接口。
此外,该技术方案将电阻许可范围(其阻值是否达到许可值)的测量转换为数字量(0不满足或1满足)的测量。
此外,该技术方案将所测数字量采用一个周期中脉冲上升沿检测下降沿锁存记忆,调节定时器脉冲宽度即可调节单路检测时间的锁存方式。
此外,该技术方案将通过多路转换开关将各路电阻测检结果(数字量)由定时器分时切换到相应通路锁存器记录下来。
综上,所述压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置是用于制作电容器绝缘电阻(漏电流)多路自动检测专用装置形成的特定技术方案,可用于其它类型绝缘电阻多路自动检测,在电器产品涉及绝缘电阻检验工序中取到提高工效、改善劳动强度、减少差错率。另外此项技术方案还可以用到低压高阻抗的测量中,拓宽电阻值的测量范围和测量精度。还可利用微电子技术将其模块化,并广泛地应用于工业过程控制中,如在热电阻传感器的温度控制装置或压敏电阻传感器的压力控制装置中作为多路自动检测控制系统。由于利用该技术方案术可以控制18路甚至可以再拓展为27路或更多回路,而且检测电路仅一个单元,改变现行控制中的单一测量回路的检测控制方式,因而电路结构简单、制作成本低及控制高效可靠,从而具有广泛的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种压阻桥模数转换多路电阻自动测控装置,其特征在于,该装置的测量方式是通过两定值电压比值,和待测电阻与定值可调电阻比值的关系来组成进行电阻测控的电路,将电阻的模拟量转换为二进制的状态值;再通过多路采集、分时测控各路电阻的状态值,最终显示各路的测控结果;具体而言,所述装置包含:压阻桥模/数转换模块、多路自动采集模块、浮地有源二阶低通滤波模块以及边沿复合触发记忆显示模块;所述多路自动采集模块通过多路开关分别连接压阻桥模/数转换模块的被测电阻;所述浮地有源二阶低通滤波模块对压阻桥模/数转换模块的信号放大及信号转换过程进行信号检测;所述边沿复合触发记忆显示模块对信号变换后的输出信号进行测控结果显示;
其中,所述压阻桥模/数转换模块为该装置的关键子模块,该压阻桥模/数转换模块用于实现多路检测,同时用于改善测量电路的输入特性;其检测函数关系经推算归纳为:所测电阻与固定可调电阻的比值等于实验电压和基准电压的比值,把这个测量方式称为压阻桥;其所测量的数据是模拟量经转换并最终输出二进制状态量的结果,由此将整个测量过程称为压阻桥模/数转换;所述压阻桥模/数转换模块利用高阻抗、高精密的运算放大器作电阻测量的一级放大器,其中,将实验电压(VX)作为检测运放输入电压,被测电容器的绝缘电阻(RX)作为检测运放输入电阻,可调定值电阻(RN)作为检测运放的反馈电阻;检测运放输出电压输入到比较器正向输入端与负向输入端基准电压比较后输出电平信号;使所测阻值由满足工艺要求和不满足工艺要求的两种情况,变换为高电平和低电平两种输出方式,分别代表合格和不合格两种状态;
其中,所述绝缘电阻测量的数学模型如下所示:
RX=VX/VN*RN;其中,
RX:被测电容器绝缘电阻;
RN:可步进调整的可调定值电阻;
VX:实验电压;
VN:比较器基准电压;
为拓宽测量范围,中间增加一级可调放大倍数的第二级放大器,使测量值的倍率可调;
由此,绝缘电阻变为:
RX=A*VX/VN*RN;其中,
A:二级放大器的放大倍数,倍率;
由上式可知测量电阻的大小由放大倍数A、电压比值VX/VN以及可调定值电阻RN决定;被测电阻的测量范围可以通过改变可调定值电阻的范围进行改变;
其中,所述多路自动采集模块利用可调555定时器作时钟信号源,控制两只十进制计数器组成的十八进制计数器,分时推动由十八只继电器构成的双刀十八位自动多路转换开关;其中一组转换开关作为多路采集器的测量插座选择开关,分别采集十八只被测电容器的绝缘电阻值;同时另一组转换开关分时控制十八只寄存器,分时存储并显示各路电容器绝缘电阻值的状态信息;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Address after: 441057 No. 5, zhuiri Road, Xiangyang City, Hubei Province Patentee after: China Ordnance Industry Group Jiangshan Heavy Industry Research Institute Co.,Ltd. Address before: 441813 P.O. Box 225, Laohekou City, Xiangfan City, Hubei Province Patentee before: HUBEI JIANGSHAN HEAVY INDUSTRIES Co.,Ltd. |
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