CN104267262A - 一种高精度的回路电阻智能化测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的回路电阻智能化测试仪，该高精度的回路电阻智能化测试仪包括：差分T型运放电路、单片机、控制按钮/旋钮、100A恒流源、高精度恒流源、电流采样电阻、放大器、测量结果显示器；采用差动T型运放电路来完成对回路电阻的采样/放大工作，消除电磁造成的共模干扰电压，提高了测量精度；采用中位值平均滤波程序算法，消除干扰，提高测量精度；增加了外部标定功能，利用外部高精度恒流源来实现标定功能，避免了内部恒流源调整不准确的问题，提高了仪器的测量精度和智能化程度。本发明提高了仪器的精度与智能化；有效的避免了传统回路电阻测试仪错误的测量结果对电力系统正常运行的影响。

Description

一种高精度的回路电阻智能化测试仪

技术领域

本发明属于变电站电气试验工器具技术应用技术领域，尤其涉及一种高精度的回路电阻智能化测试仪。 

背景技术

回路电阻测试仪是电力系统中常用的试验仪器，回路电阻测试的方法普遍采用典型的四线制采样测量法。目前使用的回路电阻测试仪在现场使用时，由于电力系统其他设备的电磁干扰和仪器本身内部恒流源及其采样电阻的误差，极易对测量结果造成不良影响。 

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种高精度的回路电阻智能化测试仪，旨在解决由于外部电磁、电压等干扰信号及仪器本身内部的误差造成的测量结果不准确的问题的问题。 

本发明实施例是这样实现的，一种高精度的回路电阻智能化测试仪，该高精度的回路电阻智能化测试仪包括：差分T型运放电路、单片机、控制按钮/旋钮、100A恒流源、高精度恒流源、电流采样电阻、放大器、测量结果显示器； 

被测设备连接差分T型运放电路，差分T型运放电路连接单片机，单片机连接控制按钮/旋钮，控制按钮/旋钮连接100A恒流源，用于标定的高精度恒流源通过外部标定接口连接的电流采样电阻，电流采样电阻和单片机连接放大器，单片机连接测量结果显示器。 

进一步，100A恒流源将被测设备的回路电阻转换为电压信号。 

进一步，差分T型运放电路将被测电压信号放大，差分T型运放电路具有 较强的抗干扰能力，有效消除在电路中的共模干扰电压。 

进一步，单片机内部含有AD转换器，将差分T型运放电路放大后的输出模拟信号向数字信号的转换，通过单片机软件对被测信号进行软件滤波，单片机采用中位值平均滤波法消除偶然出现的电磁、电压波动干扰。 

进一步，用于标定的高精度恒流源通过标定接口用来对仪器内部的恒流源进行标定。 

本发明提供的高精度的回路电阻智能化测试仪，采用差动T型运放电路来完成对回路电阻的采样/放大工作，消除电磁造成的共模干扰电压，提高了测量精度；采用中中位值平均滤波程序算法，消除干扰，提高测量精度；增加了外部标定功能，利用外部高精度恒流源来实现标定功能，使得该测试仪在生产过程中或长期工作后均可以调整到正确输出。避免了内部恒流源调整不准确的问题，提高了仪器的测量精度和智能化程度。本发明提高了仪器的精度与智能化；通过采用硬件电子电路，科学的软件滤波程序和外部标定技术这三种技术的应用，大大提高了仪器的精度，有效的避免了传统回路电阻测试仪错误的测量结果对电力系统正常运行的影响。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的高精度的回路电阻智能化测试仪结构示意图； 

图中：1、差分T型运放电路；2、单片机；3、控制按钮/旋钮；4、100A恒流源；5、高精度恒流源；6、电流采样电阻；7、放大器；8、测量结果显示器；9、直流双臂电桥； 

图2是本发明实施例提供的T型运放电路的设计示意图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。 

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。 

如图1所示，本发明实施例的高精度的回路电阻智能化测试仪主要由：差分T型运放电路1、单片机2、控制按钮/旋钮3、100A恒流源4、高精度恒流源5、电流采样电阻6、放大器7、测量结果显示器8、直流双臂电桥9组成； 

被测设备连接差分T型运放电路1，差分T型运放电路1连接单片机2，单片机2连接控制按钮/旋钮3，控制按钮/旋钮3连接100A恒流源4，用于标定的高精度恒流源5通过外部标定接口连接的电流采样电阻6，电流采样电阻6和单片机2连接放大器7，单片机2连接测量结果显示器8，直流双臂电桥9连接分T型运放电路1。 

测试仪首先通过一个电流采样电阻将100A恒流源的电流转换为电压值，再经过放大器放大为单片机可处理的电压值。单片机通过对该电压的处理，判断恒流源是否为100A恒流输出，如果不到100A或高于100A，可通过控制旋钮将其调整为100A恒流。在调整过程中显示器会实时显示恒流源的输出值。 

在完成100A恒流的调整后，按下控制按钮启动测试仪。通过调整好后的100A恒流源与直流双臂电桥的配合，完成对被测设备回路电阻向电压信号的转换，直流双臂电桥与传统的直流单臂电桥相比更适合高精度测量1Ω以下低值电阻。转换完后的电压信号的电压值十分微小，需经过差分T型运放电路放大后才能被单片机内部A/D转化器处理。差分T型运放电路设计图如图所示，此放大电路不但具备原始T型放大电路利用小电阻实现大增益的特点，还具有抑制接地回路干扰的特点。在电阻的选择中，选取R1＝R2＝R3＝R4＝R5且精度为1％的高精度电阻来保持运放电路的平衡性，并抑制差模信号在电路中的干扰，最终得到的线性传递函数。通过新型T型运放电路的设计，如图2所示，使得测试仪在硬件上实现对回路电阻的高精度测量。 

单片机在完成新型T型运放电路输出信号的采集后，会通过其内部的A/D转换器将该模拟信号转换为数字信号。在采集过程中，单片机通过软件对被测 信号进行软件滤波，在此设计中采用中位值平均滤波法来消除工作现场偶然出现的电磁、电压波动干扰。具体采样方式是在一次回路电阻测试过程中，对被测信号进行连续12次采集，然后去掉一个最大值和一个最小值，这样有利于消除外部干扰引起的电压波动，最后对剩下的10个数据取平均值，即为此次测试过程的最终结果。采用此滤波法大大消除了工作现场偶然出现的电磁、电压波动而引起的采样值偏差，在软件上实现对回路电阻的高精度测量。 

由于受内部100A恒流源长期工作老化原因(100A电流会出现误差)及内部器件本身误差的影响，会使采样结果在精度上存在误差。为此，为该测试仪增加了一个外部标定接口。在测试仪工作一定时期后，通过外接一个高精度100A恒流源，完成对测试仪的标定。标定过程首先在接好外部高精度恒流源后，通过长按控制按钮进入标定模式，此时测试仪会停止内部恒流源的工作，通过电流采样电阻采集外接高精度100A恒流源电流并转换为电压信号，该电压值即为标准100A电流对应的电压值。此电压后经放大器放大及单片机A/D转换后被存入单片机EEPROM中，实现掉电保存功能，数据保存完成后也即完成了外部标定功能。在测试仪以后的工作中，当调节内部恒流源时，只有当100A恒流源的输出电流被电流采样电阻转换为电压且经放大器放大得到的最终电压值与EEPROM中的标定电压值一致时，才是将100A恒流源真正调整到100A恒流输出。通过这个外部标定功能有效地解决了内部100A恒流源长期工作老化及内部器件本身误差原因对测量结果造成的影响，实现对回路电阻的高精度测量。 

在测试仪的整个工作过程中，显示器用于显示100A恒流源的电流值及回路电阻的测试结果。 

在本发明的实施例中，100A恒流源4将被测设备的回路电阻转换为电压信号； 

差分T型运放电路1将被测电压信号放大，差分T型运放电路具有较强的抗干扰能力，可以有效消除在电路中的共模干扰电压。 

单片机2内部含有AD转换器，将新型差分T型运放电路放大后的输出模拟信号向数字信号的转换，通过单片机软件对被测信号进行软件滤波，单片机采用中位值平均滤波法，采用该方法可以有效的消除偶然出现的电磁、电压波动等干扰。 

用于标定的高精度恒流源5通过标定接口用来对仪器内部的恒流源进行标定，保证仪器工作的可靠性，使仪器更加智能化，不会因为仪器本身误差原因对测量结果产生影响。 

该回路电阻测试仪的测量范围为0.01μΩ-1999.99μΩ，同时具备0.01μΩ的分辨率。通过对三款不同断路器不同相别回路电阻的测试实验，可以充分说明此回路电阻测试仪可以完成对回路电阻的高精度测试。 

本发明的工作原理： 

通过内部调整好的100A恒流源将被测设备的回路电阻转换为电压信号，再通过差分T型运放电路将被测电压信号放大，差分T型运放电路具有较强的抗干扰能力，可以有效消除在电路中的共模干扰电压，并将放大结果提供给单片机内部的AD转换器，进行模拟信号向数字信号的转换。 

通过单片机软件对被测信号进行软件滤波，在本仪器中采用中中位值平均滤波法，采用该方法可以有效的消除偶然出现的电磁、电压波动等干扰。在得到滤波后的数据后，再通过程序将最终结果在显示器中显示出来。 

由于四线制采样法的采样电阻本身存在的误差、又由于100A恒流源精度缺陷问题等都会造成无法将恒流源调整到正确100A的数值，影响最终测量结果。为此，在该仪器外部增加了一个外部标定接口，在仪器生产过程中或工作一定时期后，可以通过这个接口连接一个高精度恒流源来对仪器内部的恒流源进行标定，保证仪器工作的可靠性，使仪器更加智能化，不会因为仪器本身误差原因对测量结果产生影响。 

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，该高精度的回路电阻智能化测试仪包括：差分T型运放电路、单片机、控制按钮/旋钮、100A恒流源、高精度恒流源、电流采样电阻、放大器、测量结果显示器；

被测设备连接差分T型运放电路，差分T型运放电路连接单片机，单片机连接控制按钮/旋钮，控制按钮/旋钮连接100A恒流源，用于标定的高精度恒流源通过外部标定接口连接的电流采样电阻，电流采样电阻和单片机连接放大器，单片机连接测量结果显示器。

2.如权利要求1所述的高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，100A恒流源将被测设备的回路电阻转换为电压信号。

3.如权利要求1所述的高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，差分T型运放电路将被测电压信号放大，差分T型运放电路具有较强的抗干扰能力，有效消除在电路中的共模干扰电压。

4.如权利要求1所述的高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，单片机内部含有AD转换器，将差分T型运放电路放大后的输出模拟信号向数字信号的转换，通过单片机软件对被测信号进行软件滤波，单片机采用中位值平均滤波法消除偶然出现的电磁、电压波动干扰。

5.如权利要求1所述的高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，用于标定的高精度恒流源通过标定接口用来对仪器内部的恒流源进行标定。

6.如权利要求1所述的高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，该高精度的回路电阻智能化测试仪的实现方法如下：

步骤一，测试仪首先通过一个电流采样电阻将100A恒流源的电流转换为电压值，再经过放大器放大为单片机可处理的电压值，单片机通过对电压的处理，判断恒流源是否为100A恒流输出，如果不到100A或高于100A，可通过控制旋钮将其调整为100A恒流，在调整过程中显示器会实时显示恒流源的输出值；

步骤二，在完成100A恒流的调整后，按下控制按钮启动测试仪，通过调整好后的100A恒流源与直流双臂电桥的配合，完成对被测设备回路电阻向电压信号的转换，直流双臂电桥与传统的直流单臂电桥相比更适合高精度测量1Ω以下低值电阻，转换完后的电压信号的电压值十分微小，需经过差分T型运放电路放大后才能被单片机内部A/D转化器处理，差分T型运放电路在电阻的选择中，选取R1＝R2＝R3＝R4＝R5且精度为1％的高精度电阻来保持运放电路的平衡性，并抑制差模信号在电路中的干扰，最终得到的线性传递函数；

步骤三，单片机在完成新型T型运放电路输出信号的采集后，通过内部的A/D转换器将该模拟信号转换为数字信号，在采集过程中，单片机通过软件对被测信号进行软件滤波，采用中位值平均滤波法来消除工作现场偶然出现的电磁、电压波动干扰，具体采样方式是在一次回路电阻测试过程中，对被测信号进行连续12次采集，然后去掉一个最大值和一个最小值，最后对剩下的10个数据取平均值，即为此次测试过程的最终结果。

7.如权利要求5所述的高精度的回路电阻智能化测试仪，其特征在于，该高精度的回路电阻智能化测试仪在测试仪工作后，通过外接一个高精度100A恒流源，完成对测试仪的标定，标定过程首先在接好外部高精度恒流源后，通过长按控制按钮进入标定模式，此时测试仪会停止内部恒流源的工作，通过电流采样电阻采集外接高精度100A恒流源电流并转换为电压信号，该电压值即为标准100A电流对应的电压值，此电压后经放大器放大及单片机A/D转换后被存入单片机EEPROM中，实现掉电保存功能，数据保存完成后也即完成了外部标定功能。