CN109633244A - 一种自复位电流表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位电流表，包括：保护电路、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、限流组件；第一控制开关和限流组件并联，作为待检测电流的接入端，以控制限流组件的接入与屏蔽；第二控制开关与电流表的测量回路串联，以控制测量回路的正常接通和不正常接通；第三控制开关用于测量回路的选择，测量回路包括电流值测量回路、保护回路；保护电路用于自动测量待检测电流的电流值范围，并控制第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关。本发明具有保护可靠、自复位、操作简单、电源失电保护的技术特点。

Description

一种自复位电流表

技术领域

本发明属于检测技术领域，尤其涉及一种自复位电流表。

背景技术

电子线路、电工基础、物理中的电学等课程的教学，实验环节十分重要。而在电工、电子、电学实验中，都会用到电流表。但是由于学生的一些操作失误，主要是测量中接线错误造成超量程，甚至测到电压量，这样往往会损坏电流表，使表针打弯或烧毁表头。

现有技术中，电流表存在着操作复杂、电流表保护简单不可靠、保护不到位的技术缺陷。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种自复位电流表，具有保护可靠、自复位、操作简单、电源失电保护的技术特点。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种自复位电流表，包括：表头、保护电路、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、限流组件、分流电阻组、表头等效电阻、第一电阻、第二电阻；

所述第一控制开关和所述限流组件并联，所述限流组件的一端作为待检测电流接入的一端；

所述第二控制开关的一端分别和所述限流组件的另一端、所述第二电阻的一端电连接，所述第二控制开关的另一端分别和所述第三控制开关的第一端、所述分流电阻组的一端、所述第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端分别和所述第二电阻的另一端、所述保护电路的一输入端电连接；

所述第三控制开关的第二端和所述表头等效电阻的一端电连接，所述第三控制开关的第三端和所述表头的一端电连接，所述第三控制开关用于选择所述第一端和所述第二端导通，或者所述第一端和所述第三端导通，以实现所述表头等效电阻和所述表头的接入选择；

所述保护电路的另一输入端分别和所述表头等效电阻的另一端、所述表头的另一端、所述分流电阻组的另一端电连接；

所述保护电路用于自动测量所述待检测电流的电流值范围，并控制所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第三控制开关：

响应于所述待检测电流的断开和所述保护电路的上电，所述保护电路控制所述第一控制开关为断开状态、所述第二控制开关为闭合状态、所述第三控制开关选择所述第一端和所述第二端导通，以复位电流表至待检测状态；

响应于所述待检测电流的接入，所述保护电路进行所述待检测电流的第一次范围检测和第二次范围检测，所述第一范围检测为在所述限流组件限流且选择接入所述表头等效电阻状态下进行电流范围检测，所述第二次范围检测为在所述限流组件不限流且选择接入所述表头等效电阻状态下进行电流范围检测；若所述第一次范围检测和所述第二次范围检测均未超所述电流表所选量程，所述保护电路控制所述第三控制开关选择所述第一端和所述第三端导通，以实现所述表头对所述待检测电流测量。

根据本发明一实施例，所述保护电路包括检测输入电路、整流电路、放大滤波电路、窗口比较电路、逻辑控制输出电路；其中，

所述检测输入电路用于所述待检测电流的输入，得到第一电压信号；

所述整流电路用于对所述第一电压信号进行整流，得到单向直流的第二电压信号；

所述放大滤波电路用于对所述第二电压信号进行放大和滤波，得到比较信号；

所述窗口比较电路用于对所述比较信号进行比较，得到开关控制信号；

所述逻辑控制输出电路用于对所述开关控制信号进行控制逻辑运算，得到逻辑控制信号，所述逻辑控制信号用于驱动控制所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第三控制开关。

根据本发明一实施例，所述检测输入电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；其中，

所述第一运算放大器的输入端、所述第二运算放大器的输入端均设有极性相反并联的二极管，用于输入端的限压保护；

所述第一运算放大器的输入端、所述第二运算放大器的输入端均设有电容，用于输入端的滤波。

根据本发明一实施例，所述第一运算放大器的输出端、所述第二运算放大器的输出端均设有二极管，作为所述整流电路用于整流，以实现无论是交流电流还是直流电流输入所述保护电路，所述保护电路均适用。

根据本发明一实施例，所述窗口比较电路设有第一多圈电位器、第二多圈电位器，所述第一多圈电位器用于设定窗口比较上限值，所述窗口比较上限值用于所述待检测电流的超量程量的限定，所述第二多圈电位器用于设定窗口比较下限值，所述窗口比较下限值用于所述待检测电流的当前量程起动测量的值的限定，以实现量程选择过大则所述电流表不工作。

根据本发明一实施例，所述保护电路设有指示灯或蜂鸣器，用于所述待检测电流超量程报警。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明的自复位电流表，通过保护电路测量待检测电流的范围，并控制三个控制开关，以切换电流表不同的状态：在保护电路未上电或故障状态，第二控制开关为断开状态，防止保护电路没工作时，错误测量导致电流表损坏；在保护电路上电状态，保护电路的控制开关复位，以实现电流表复位至待检测状态；接入待检测电流后，保护电路首先在限流情况下进行电流范围的检测，其次在不限流情况下验证电流范围，以确认所选量程是否合适，前两者电流范围确认均不超量程，才选择表头的线路进行待检测电流的精确测量；断开待检测电流后，保护电路的控制开关复位，以实现电流表又复位至待检测状态，本发明实现了电源失电保护、反接保护、过流过压保护，达到了保护可靠的技术效果，同时也达到了自复位、操作简单的技术效果；

(2)本发明的保护电路的检测输入电路采用运算放大器，利用运算放大器具有高输入阻抗，同时运算放大器设有极性相反并联的二极管、电容，构成了保护电路的输入保护，保护电流表的保护电路不受电流冲击影响，达到了保护可靠安全的技术效果；

(3)本发明设置整流电路，对第一电压信号进行整流，得到单向直流的第二电压信号，不管输入到检测输入端的是正电流还是负电流、交流电流还是直流电流，通过整流得到单向直流电压，达到了交流电流表、直流电流表通用的技术效果；

(4)本发明的保护电路的窗口比较器设有多圈电位器，从而设定窗口比较上限值和下限值：通过窗口比较下限值调整待检测电流的当前量程起动测量的值的限定，以实现电流表的启动测量的限定，解决了电流表选择量程过大的技术问题；通过窗口比较上限值调整保护电路对待检测电流超量程量的限定，以实现电流范围不同边界的限定；上限值和下限值的设定，也用于所述电流表的调试，以实现电流表的自复位功能，达到了自复位、保护程度可调的技术效果；

(5)本发明的保护电路设有指示灯或蜂鸣器，用于待检测电流超量程时报警，达到了人性化、操作简单的技术效果。

附图说明

图1为本发明的一种自复位电流表的整体电路原理图；

图2为本发明的一种自复位电流表的保护电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种自复位电流表作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1，本实施例提供一种自复位电流表，包括：

表头、保护电路、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、限流组件、分流电阻组、表头等效电阻、第一电阻、第二电阻；

第一控制开关和限流组件并联，限流组件的一端作为待检测电流接入的一端；

第二控制开关的一端分别和限流组件的另一端、第二电阻的一端电连接，第二控制开关的另一端分别和第三控制开关的第一端、分流电阻组的一端、第一电阻的一端电连接，第一电阻的另一端分别和第二电阻的另一端、保护电路的一输入端电连接；

第三控制开关的第二端和表头等效电阻的一端电连接，第三控制开关的第三端和表头的一端电连接，第三控制开关用于选择第一端和第二端导通，或者第一端和第三端导通，以实现表头等效电阻和表头的接入选择；

保护电路的另一输入端分别和表头等效电阻的另一端、表头的另一端、分流电阻组的另一端电连接；

保护电路用于自动测量待检测电流的电流值范围，并控制第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关：

响应于待检测电流的断开和保护电路的上电，保护电路控制第一控制开关为断开状态、第二控制开关为闭合状态、第三控制开关选择第一端和第二端导通，以复位电流表至待检测状态；

响应于待检测电流的接入，保护电路进行待检测电流的第一次范围检测和第二次范围检测，第一范围检测为在限流组件限流且选择接入表头等效电阻状态下进行电流范围检测，第二次范围检测为在限流组件不限流且选择接入表头等效电阻状态下进行电流范围检测；若第一次范围检测和第二次范围检测均未超电流表所选量程，保护电路控制第三控制开关选择第一端和第三端导通，以实现表头对待检测电流测量。

现结合图1对本实施例进行详细地说明：

具体地，图1中电阻R1至R6为电流表的分流电阻，不同的分流电阻的连接端对应不同的电流表量程，电阻R7为电流表表头的等效电阻，电阻R8为第一电阻，电阻R9为第二电阻。

较优地，本实施例的第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关均采用继电器实现，第一控制开关对应J1，第二控制开关对应J2，第三控制开关对应J3，三个继电器均受保护电路控制，继电器也可替换为可控硅、开关二极管、开关三极管、电子双向开关IC、光电耦合器、集成开关电路等等。

具体地，参看图1，本实施例的第一控制开关与限流组件并联，并联的一端作为待检测电流的接入端，限流组件用于对待检测电流进行限流，第一控制开关可控制限流组件的限流作用。

具体地，参看图1，本实施例的第二控制开关闭合时，整个电流表的测量回来正常接通，可进行电流范围检测或电流值检测，所述第二控制开关断开，测量回路不正常接通，整个电流表的测量回路受电阻R8和R9限流，将待检测电流限制在安全范围内。

具体地，参看图1，本实施例的第三控制开关用于测量回路的选择，测量回路包括电流值测量回路、保护回路，其中，电流值测量回路对应第三控制开关选择表头所在的线路，保护回路对应第三控制开关选择等效电阻R7所在的线路。

具体地，保护电路用于自动测量待检测电流的电流值范围，并控制第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关，以切换电流表的检测状态，检测状态包括调整状态、待检测状态、验证状态、实测状态：

调整状态为：第二控制开关为断开状态，在调整状态下，电流表为保护电路未上电状态或保护电路故障状态或待检测电流超出所选量程的状态；

待检测状态为：第一控制开关为断开状态、第二控制开关为闭合状态、第三控制开关选择保护回路，在待检测状态下，电流表为待机或第一次范围检测，其中，第一次范围检测为待检测电流在限流组件限流下的电流值范围测量；

验证状态为：第一控制开关为闭合状态、第二控制开关为闭合状态、第三控制开关选择保护回路，在验证状态下，电流表为第二次范围检测，其中，第二次范围检测为待检测电流不在限流组件限流下的电流值范围测量；

实测状态为：第一控制开关为闭合状态、第二控制开关为闭合状态、第三控制开关选择电流值测量回路，在实测状态下，电流表进行待检测电流的准确值测量。

参看图1，电流表的正常使用过程如下：

在电流表的待检测状态下，保护电路对接入的待检测电流进行第一次范围检测：若待检测电流超出量程，则断开第二控制开关，电流表切换至调整状态，以进行手动切换量程；若待检测电流未超出量程，则闭合第一控制开关，电流表切换至验证状态，以对待检测电流进行第二次范围检测；第二次范围检测为：若待检测电流超出量程，则断开第二控制开关，电流表切换至调整状态，以进行手动切换量程；若待检测电流未超出量程，则第三控制开关选择电流值测量回路，电流表切换至实测状态，以对待检测电流进行真实电流值测量；在待检测电流断开时，保护电路复位电流表至待检测状态；在所述保护电路故障或者未上电状态下，所述第二控制开关为断开状态，电流表保持调整状态，防止保护电路没有工作时，错误测量导致电流表损坏。

本实施例的自复位电流表，通过保护电路测量待检测电流的范围，并控制三个控制开关，以切换电流表不同的状态：在保护电路未上电或故障状态，第二控制开关为断开状态，防止保护电路没工作时，错误测量导致电流表损坏；在保护电路上电状态，保护电路的控制开关复位，以实现电流表复位至待检测状态；接入待检测电流后，保护电路首先在限流情况下进行电流范围的检测，其次在不限流情况下验证电流范围，以确认所选量程是否合适，前两者电流范围确认均不超量程，才选择表头的线路进行待检测电流的精确测量；断开待检测电流后，保护电路的控制开关复位，以实现电流表又复位至待检测状态，本发明实现了电源失电保护、反接保护、过流过压保护，达到了保护可靠的技术效果，同时也达到了自复位、操作简单的技术效果。

现结合图2对保护电路进行详细地说明：

具体地，参看图2，保护电路包括检测输入电路、整流电路、放大滤波电路、窗口比较电路、逻辑控制输出电路；其中，检测输入电路用于待检测电流的输入，得到第一电压信号；整流电路用于对第一电压信号进行整流，得到单向直流的第二电压信号，由于第一电压信号可能是双向交流电压也可能是单向直流电压，设置整流电路，增大了保护电路的适用范围，交直流电流均可检测；放大滤波电路用于对第二电压信号进行放大和滤波，得到比较信号；窗口比较电路用于对比较信号进行比较，得到开关控制信号，即对应图2中运算放大器A5和A6的输出信号；逻辑控制输出电路用于对所述开关控制信号进行控制逻辑运算，得到逻辑控制信号，根据逻辑控制信号，通过三极管驱动控制第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关。

较优地，参看图2，检测输入电路通过运算放大器来作为检测测量的输入，对应图2中的运算放大器A1和运算放大器A2，运算放大器具有高输入阻抗，不会影响测量精度和测量准确度，并且本实施例的运算放大器采用浮地接法，不影响被测电路的工作状态。

较优地，参看图2，运算放大器A1的输入端设有极性相反并联的二极管D1和D2，运算放大器A2的输入端设有极性相反并联的二极管D3和D4，D1至D4均用于输入端的保护；运算放大器A1的输入端设有电容C1,运算放大器A2的输入端设有电容C2，C1和C2均用于输入端的滤波，避免干扰信号对保护电路造成影响。

本实施例的保护电路的检测输入电路采用运算放大器，利用运算放大器具有高输入阻抗，同时运算放大器设有极性相反并联的二极管、电容，构成了保护电路的输入保护，保护电流表的保护电路不受电流冲击影响，达到了保护可靠安全、成本低的技术效果。

较优地，参看图2，整流电路为二极管D5、D6，不管输入到检测输入端的是正电流还是负电流、交流电流还是直流电流，通过D5、D6整流得到单向直流电压，达到了交流电流表、直流电流表通用的技术效果。

较优地，参看图2，放大滤波电路通过运算放大器A3和运算放大器A4进行放大、通过电容进行滤波，放大、滤波后得到比较信号，作为窗口比较电路的输入电压。

较优地，参看图2，窗口比较电路通过运算放大器A5和运算放大器A6构成比较电路，其中,窗口比较电路设有多圈电位器RP1和RP2，多圈电位器RP1用于设定窗口比较上限值，窗口比较上限值用于待检测电流的超量程量的限定；多圈电位器RP2用于设定窗口比较下限值，窗口比较下限值用于调整待检测电流的当前量程起动测量的值的限定，以实现电流表的启动测量的限定，解决了电流表选择量程过大的技术问题；窗口比较上限值和窗口比较下限值的设定，一同用于电流表的调试，以实现电流表上电后复位至待检测状态。运算放大器A5和运算放大器A6输出开关控制信号。

本发明的保护电路的窗口比较器设有多圈电位器，从而设定窗口比较上限值和下限值：通过窗口比较下限值调整待检测电流的当前量程起动测量的值的限定，以实现电流表的启动测量的限定，解决了电流表选择量程过大的技术问题；以实现电流表上电后复位至待检测状态，通过窗口比较上限值调整保护电路对待检测电流超量程量的限定，以实现电流范围不同边界的限定；上限值和下限值的设定，也用于所述电流表的调试，以实现电流表的自复位功能，达到了自复位、保护程度可调的技术效果。

较优的，参看图2，逻辑控制输出电路主要由T1～T5、D7、D8组成，实现对继电器J1、继电器J2、继电器J3的控制。逻辑控制电路也可以用与非门、或门、或非门等数字逻辑电路代替。

较优地，保护电路设有指示灯或蜂鸣器，用于待检测电流超量程报警。

本实施例的保护电路设有指示灯或蜂鸣器，用于待检测电流超量程时报警，达到了人性化、操作简单的技术效果。

参看图2，结合运算放大器A5和A6输出的控制信号对本实施例的保护电路工作原理进行说明：

当A5、A6均输出低电平：三极管T1导通，继电器J2因有电流驱动闭合；三极管T3不导通，继电器J1断开，电容C6充电；电容C6充电结束，电容C6的正极为高电平，三极管T5不导通，且三极管T4因A6输出低电平而不导通，继电器J3拨至电流值范围检测回路；此时，电流表为待检测状态，不显示测量值；

当A5输出高电平时，电流表超量程报警：三极管T1不导通，继电器J2断开；此时，电流表为调整状态，需切换量程，重新测量电流；

当A5输出低电平、A6输出高电平：在A6由低电平跳变值高电平瞬间，继电器J1因三极管T3导通而闭合，电容C6开始放电，此时，电流表为验证状态；三极管T4因A6输出为高电平而导通，随着电容C6逐渐放电，C6正极的电势逐渐减小，直至三极管T5导通瞬间，继电器J3因电流驱动拨至电流值检测回路，此时，电流表为实测状态。

现结合本实施例的电流表使用进行进一步的说明：

电流表上电：本实施例的被测电路的供电电源的开启应滞后于电流表电源一秒时间，即电流表正常使用需先上电，否则会报警。

被测电路上电后：一般在1秒时间内指示正确读数。如无法读数，说明选择的电流量程过大，应选用更小量程测量；其中，当接入被测量电路时，保护电路的运算放大器A5、A6构成的窗口比较器检测接入情况，当超过测量范围时，自动断开J2，并蜂鸣器报警，以提醒应切换较大量程。当检测到没有超范围，则J1自动闭合，去除限流组件，进一步检测，当检测又没超出范围，则J3自动切换到真实表头，显示测量结果。

当测量好后断开被测电路：保护电路的窗口比较器，检测不到输入，则断开继电器触点J3(即切换到等效电阻R7)，同时J1断开，这样就自动复位到待检测状态。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种自复位电流表，其特征在于，包括：表头、保护电路、第一控制开关、第二控制开关、第三控制开关、限流组件、分流电阻组、表头等效电阻、第一电阻、第二电阻；

所述第一控制开关和所述限流组件并联，所述限流组件的一端作为待检测电流接入的一端；

所述第二控制开关的一端分别和所述限流组件的另一端、所述第二电阻的一端电连接，所述第二控制开关的另一端分别和所述第三控制开关的第一端、所述分流电阻组的一端、所述第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端分别和所述第二电阻的另一端、所述保护电路的一输入端电连接；

所述第三控制开关的第二端和所述表头等效电阻的一端电连接，所述第三控制开关的第三端和所述表头的一端电连接，所述第三控制开关用于选择所述第一端和所述第二端导通，或者所述第一端和所述第三端导通，以实现所述表头等效电阻和所述表头的接入选择；

所述保护电路的另一输入端分别和所述表头等效电阻的另一端、所述表头的另一端、所述分流电阻组的另一端电连接；

所述保护电路用于自动测量所述待检测电流的电流值范围，并控制所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第三控制开关：

响应于所述待检测电流的断开和所述保护电路的上电，所述保护电路控制所述第一控制开关为断开状态、所述第二控制开关为闭合状态、所述第三控制开关选择所述第一端和所述第二端导通，以复位电流表至待检测状态；

响应于所述待检测电流的接入，所述保护电路进行所述待检测电流的第一次范围检测和第二次范围检测，所述第一范围检测为在所述限流组件限流且选择接入所述表头等效电阻状态下进行电流范围检测，所述第二次范围检测为在所述限流组件不限流且选择接入所述表头等效电阻状态下进行电流范围检测；若所述第一次范围检测和所述第二次范围检测均未超所述电流表所选量程，所述保护电路控制所述第三控制开关选择所述第一端和所述第三端导通，以实现所述表头对所述待检测电流测量。

2.根据权利要求1所述的自复位电流表，其特征在于，所述保护电路包括检测输入电路、整流电路、放大滤波电路、窗口比较电路、逻辑控制输出电路；其中，

所述检测输入电路用于所述待检测电流的输入，得到第一电压信号；

所述整流电路用于对所述第一电压信号进行整流得到单向直流的第二电压信号；

所述放大滤波电路用于对所述第二电压信号进行放大和滤波，得到比较信号；

所述窗口比较电路用于对所述比较信号进行比较，得到开关控制信号；

所述逻辑控制输出电路用于对所述开关控制信号进行控制逻辑运算，得到逻辑控制信号，所述逻辑控制信号用于控制所述第一控制开关、所述第二控制开关、所述第三控制开关。

3.根据权利要求2所述的自复位电流表，其特征在于，所述检测输入电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；其中，

所述第一运算放大器的输入端、所述第二运算放大器的输入端均设有极性相反并联的二极管，用于输入端的限压保护；

所述第一运算放大器的输入端、所述第二运算放大器的输入端均设有电容，用于输入端的滤波。

4.根据权利要求3所述的自复位电流表，其特征在于，所述第一运算放大器的输出端、所述第二运算放大器的输出端均设有二极管，作为所述整流电路用于整流，以实现无论是交流电流还是直流电流输入所述保护电路，所述保护电路均适用。

5.根据权利要求2所述的自复位电流表，其特征在于，所述窗口比较电路设有第一多圈电位器、第二多圈电位器，所述第一多圈电位器用于设定窗口比较上限值，所述窗口比较上限值用于所述待检测电流的超量程量的限定，所述第二多圈电位器用于设定窗口比较下限值，所述窗口比较下限值用于所述待检测电流的当前量程起动测量的值的限定，以实现量程选择过大则所述电流表不工作。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的自复位电流表，其特征在于，所述保护电路设有指示灯或蜂鸣器，用于所述待检测电流超量程报警。