CN110392837B

CN110392837B - 测定装置

Info

Publication number: CN110392837B
Application number: CN201880011298.2A
Authority: CN
Inventors: 直海佑司; 高田浩靖; 石坂哲
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2038-02-22
Also published as: CN110392837A; DE112018000383T5; WO2019163055A1; JPWO2019163055A1; DE112018000383B4; JP6465262B1

Abstract

电压电流测定装置(100)具备：电流输入端子(I+)，其用于在电流测定时与被测定电路的一端连接；共通端子(COM)，其用于在电流测定时与被测定电路的另一端连接；电流测定用AD变换部(1b)，其将在电流输入端子(I+)和共通端子(COM)之间流过的电流的大小从模拟值变换为数字值；开关电路(5)，其设置于共通端子(COM)和电流测定用AD变换部(1b)之间；以及控制部(1c)，其如果基于电流测定用AD变换部(1b)的输出值，检测到在电流输入端子(I+)和共通端子(COM)之间流过了大于或等于规定大小的电流即过电流，则切断共通端子(COM)和电流测定用AD变换部(1b)的连接。

Description

测定装置

技术领域

本发明涉及对从例如流量传感器、压力传感器、位移传感器等各种被测定电路输入的模拟信号进行测定的测定装置。

背景技术

当前，已知例如像专利文献1以及专利文献2记载的装置那样，通过单一的AD变换部对从各种被测定电路输入的模拟信号进行测定的测定装置。

在图4中示出专利文献1记载的装置的结构。如图4所示，在专利文献1记载的装置中，在对从未图示的传感器等被测定电路输入的电压进行测定的情况下，与AD变换部的额定输入电压对应地变更连接目标以及连接电路，由此，实施与各种模拟输入信号对应的AD变换。

具体而言，在对AD变换部的额定输入电压的范围内的输入电压进行测定的情况下，向电压输入端子TB1以及共用端子TB3施加输入电压，对开关SW41进行切换，通过AD变换部直接对输入的输入电压进行测定。另外，在对大于或等于AD变换部的额定输入电压的输入电压进行测定的情况下，向电压输入端子TB1以及共用端子TB3施加输入电压，对开关SW41进行切换而与电压测定用电阻器R41连接，并且将开关SW42断开，由此，通过AD变换部对电压输入端子TB1以及共用端子TB3之间的输入电压进行测定。

另一方面，在测定输入电流的情况下，向电流输入端子TB2以及共用端子TB3施加输入电压，将开关SW41断开，并且对开关SW42进行切换而与电流测定用电阻器R43连接。这样，电流输入端子TB2以及共用端子TB3之间的电压施加于电流测定用电阻器R43，通过对电流测定用电阻器R43的电压降进行测定，由此，通过AD变换部对电流输入端子TB2以及共用端子TB3之间的输入电流进行测定。

这样，通过单一的AD变换部对被测定电路的电压或者电流进行测定。但是，在该专利文献1记载的装置中，在电流测定用电阻器R43流过大于或等于规定值的过电流的情况下，有时会引起该电流测定用电阻器R43的过热。

与此相对，在专利文献2记载的装置中，如图5所示，除了单一的AD变换部之外，还具备异常判别用电路B53。

在对从未图示的传感器等被测定电路得到的输入电压进行测定的情况下，向输入端子TB51以及等电位端子TB52施加输入电压，对第1开关电路SW51进行切换而与电压测定用电路B52连接，并且对第2开关电路SW52进行切换而将连接点N11和通道CH2连接。由此，通过AD变换部对输入端子TB51以及等电位端子TB52之间的输入电压(实际上是电阻器R52以及电阻器R53的分压)进行测定。

另一方面，在测定输入电流的情况下，向输入端子TB51以及等电位端子TB52施加输入电压，对第1开关电路SW51进行切换而与电流测定用电路B51(电阻器R51)连接，并且对第2开关电路SW52进行切换而与异常判别用电路B53(连接点N12)连接。这样，输入端子TB51以及等电位端子TB52之间的电压施加于电流测定用电路B51，通过对电阻器R51的电压降进行测定，由此，通过AD变换部对输入端子TB51以及等电位端子TB52之间的输入电流进行测定。并且，监视连接点N12的电压，在测定到大于或等于既定值的电压的情况下，对第1开关电路SW51进行切换而与电压测定用电路B52连接。这样，降低电流测定用电路B51(电阻器R51)的过热。

专利文献1：日本实开昭61-189627号公报

专利文献2：日本特开2011-120377号公报

发明内容

但是，在上述专利文献2记载的装置中，为了监视在电流测定用电路是否流过大于或等于规定值的电流，在电压测定用电路以及电流测定用电路之外另行设置异常判别用电路以及开关电路，因此成为如下结构，即，为了测定1个被测定电路的电压或电流，需要2个双掷型的开关电路。双掷型的开关电路在内部结构中为了使2个切换目标相互绝缘而必须保持某种程度的距离，难以集成化，进而难以小型化。

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供能够实现电路整体的小型化的测定装置。

为了解决上述课题、达成目的，在技术方案1记载的装置中，具备：电流输入端子，其用于在电流测定时与被测定电路的一端连接；共通端子，其用于在电流测定时与所述被测定电路的另一端连接；电流测定用AD变换部，其将在电流输入端子和共通端子之间流过的电流的大小从模拟值变换为数字值；开关电路，其设置于共通端子和电流测定用AD变换部之间；以及控制部，其如果基于电流测定用AD变换部的输出值，检测到在电流输入端子和共通端子之间流过了大于或等于规定大小的电流即过电流，则切断共通端子和电流测定用AD变换部的连接。

发明的效果

根据本发明涉及的测定装置，能够减少所使用的开关电路的数量，进而实现电路整体的小型化。

附图说明

图1是本发明涉及的实施方式1的电压电流测定装置的结构图。

图2是针对构成实施方式1的开关电路，示出其一个结构例的示意图。

图3是本发明涉及的实施方式2的电压电流测定装置的结构图。

图4是以往的电压电流测定装置的结构图。

图5是以往的其他电压电流测定装置的结构图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明涉及的测定装置的实施方式。此外，本发明不受例示的实施方式限定。

实施方式1

图1是表示本发明涉及的测定装置的实施方式1的结构例的图。在本实施方式中，作为测定装置而构成电压电流测定装置，电压电流测定装置100经由该装置的输入端子座2与例如流量传感器、压力传感器、位移传感器等未图示的各种被测定电路连接，对从该被测定电路经由输入端子座2输入的模拟信号的电压进行测定，将该模拟信号的电压或者电流的测定结果从未图示的输出端子座以数字信号输出。

如图1所示，电压电流测定装置100基本上具备：模数变换电路1(下面，记载为AD变换电路)、输入端子座2(下面，简单记载为端子座)、电压测定用电路3、电流测定用电路4、开关电路5、FET 6、保护二极管7以及保护二极管8。此外，在本实施方式中，各电路是在同一半导体衬底制作的，但也可以在多个半导体衬底进行制作而相互电连接来构成。

AD变换电路1具有：电压测定用AD变换部1a、电流测定用AD变换部1b和控制部1c。电压测定用AD变换部1a例如由运算放大器(运放)构成，电压测定用AD变换部1a具有正的模拟输入端子Ain1(+)、负的模拟输入端子Ain1(-)和数字输出端子Dout1。电压测定用AD变换部1a将在正的模拟输入端子Ain1(+)和负的模拟输入端子Ain1(-)施加的电压的模拟值的电位差变换为数字值，从数字输出端子Dout1输出。从数字输出端子Dout1输出的值是未图示的被测定电路的电压的测定结果。

同样地，电流测定用AD变换部1b例如由运算放大器(运放)构成，电流测定用AD变换部1b具有正的模拟输入端子Ain2(+)、负的模拟输入端子Ain2(-)和数字输出端子Dout2。电流测定用AD变换部1b将在正的模拟输入端子Ain2(+)和负的模拟输入端子Ain2(-)施加的电压的模拟值的电位差变换为数字值，从数字输出端子Dout2输出。从数字输出端子Dout2输出的值是未图示的被测定电路的电流的测定结果。

控制部1c例如由微型计算机构成，控制部1c具有数字输入端子Din1、数字输入端子Din2和数字输出端子Dout。数字输入端子Din1与电压测定用AD变换部1a的数字输出端子Dout1连接，被测定电路的电压的测定结果被输入至该数字输入端子Din1。数字输入端子Din2与电流测定用AD变换部1b的数字输出端子Dout2连接，被测定电路的电流的测定结果被输入至该数字输入端子Din2。数字输出端子Dout与开关电路5以及FET 6连接，输出对开关电路5以及FET 6的接通断开进行控制的后述的控制信号。

详细地说，控制部1c在通过执行存储于内部的程序而对被测定电路的电压进行测定的情况下，生成将开关电路5以及FET 6断开的逻辑L电平(例如“0V”)的控制信号，从数字输出端子Dout输出。另外，控制部1c在通过执行存储于内部的程序而对被测定电路的电流进行测定的情况下，生成将开关电路5以及FET 6接通的逻辑H电平(例如“5V”)的控制信号，从数字输出端子Dout输出。

并且，控制部1c在对被测定电路的电流进行测定期间，对该测定的电流值和在该控制部1c的内部存储的既定值(例如30mA)的大小进行比较。而且，控制部1c在测定的电流值是大于或等于既定大小的电流的情况下，即流过过电流的情况下，生成将开关电路5以及FET 6断开的逻辑L电平的控制信号，从数字输出端子Dout输出。另一方面，控制部1c在测定的电流值小于既定值的情况下，即流过正常电流的情况下，生成将开关电路5以及FET 6接通的逻辑H电平的控制信号，从数字输出端子Dout输出，由此，继续电流的测定。

此外，关于上述各端子，简单地记载为输入端子Ain1(+)、输入端子Ain1(-)、输入端子Ain2(+)、输入端子Ain2(-)、输出端子Dout1、输出端子Dout2、输入端子Din1、输入端子Din2以及输出端子Dout。

端子座2具有：电压输入端子V+，其用于在未图示的被测定电路的电压测定时与该被测定电路的一端连接；电流输入端子I+，其用于在被测定电路的电流测定时与该被测定电路的一端连接；以及共通端子COM，其用于在被测定电路的电压测定时或者电流测定时与该被测定电路的另一端连接。电压输入端子V+经由电压测定用电路3与输入端子Ain1(+)连接。电流输入端子I+经由电流测定用电路4与输入端子Ain2(+)连接。共通端子COM经由电压测定用电路3与输入端子Ain1(-)连接，并且经由电流测定用电路4以及开关电路5与输入端子Ain2(-)连接。

电压测定用电路3具有电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3和电阻器R4，电压测定用电路3配置于端子座2和电压测定用AD变换部1a之间。详细地说，在电压输入端子V+和输入端子Ain1(+)之间配置有电阻器R1，在端子座2的共通端子COM和输入端子Ain1(-)之间配置有电阻器R4，在上述电阻器R1以及电阻器R4之间串联地配置有电阻器R2以及R3。被测定电路的电压输入至端子座2的电压输入端子V+和共通端子COM之间，通过电阻器R1～R4进行分压，由此，成为能够输入至输入端子Ain1(+)以及输入端子Ain1(-)的电压。

此外，电阻器R1以及电阻器R4例如具有“几十kΩ”的电阻值，电阻器R2以及电阻器R3例如具有“几百kΩ”的电阻值。上述电阻器R1～R4的电阻值以如下方式进行选择，即，即使在端子座2的电压输入端子V+和共通端子COM之间施加了额定内最大的电压的情况下，在电压测定用AD变换部1a的输入端子Ain1(+)和输入端子Ain1(-)之间输入的电压也落在额定(例如“5V”)内。

电流测定用电路4具有电阻器Rs以及电阻器R5，电流测定用电路4配置于端子座2和电流测定用AD变换部1b之间。详细地说，在电流输入端子I+和输入端子Ain2(+)之间配置有电阻器R5，在电阻器R5和输入端子Ain2(-)之间配置有电阻器Rs。被测定电路的电压输入至端子座2的电流输入端子I+和共通端子COM之间，通过电阻器R5以及电阻器Rs进行分压，由此，成为能够输入至输入端子Ain2(+)以及输入端子Ain2(-)的电压。通过分压电阻构成电流测定用电路4，由此，动态范围的调整变容易，能够提高电流检测的精度。

此外，电阻器Rs例如具有“几十Ω”的电阻值，电阻器R5例如具有“几百Ω”的电阻值。上述电阻器Rs以及R5的电阻值以如下方式进行选择，即，即使在端子座2的电流输入端子I+和共通端子COM之间施加了额定内最大的电压的情况下，在电流测定用AD变换部1b的输入端子Ain2(+)以及输入端子Ain2(-)之间输入的电压也落在额定(例如“5V”)内。

图2是表示图1所示的开关电路5的一个结构的示意图。一并参照图2而说明开关电路5以及FET 6。

开关电路5具有多路复用器5a、控制输入端子5b、电源端子5c、保护二极管5d和保护二极管5e。

其中，多路复用器5a例如是单掷型多路复用器，具有模拟开关和开关驱动器而构成，配置于端子座2的电流输入端子I+和共通端子COM之间。此外，在图2中，为了简化，多路复用器5a(详细地说是模拟开关)直接与电流输入端子I+以及共通端子COM连接，但实际上如图1所示，在多路复用器5a和电流输入端子I+之间存在电流测定用电路4。

另外，控制输入端子5b与输出端子Dout连接，上述控制信号被输入至控制输入端子5b。电源端子5c经由半导体开关即FET 6与电源E连接，从电源E接受电源的供给。保护二极管5d配置于连接点N1和接地之间，保护二极管5e配置于电源端子5c和连接点N1之间。FET6配置于开关电路5和电源E之间，栅极端子G与输出端子Dout连接，上述控制信号被输入至栅极端子G。

在对与端子座2连接的被测定电路的电压进行测定的情况下，从控制部1c的输出端子Dout向FET 6的栅极端子G以及开关电路5的控制输入端子5b分别输入逻辑L电平的控制信号。此时，FET 6没有被驱动，因此，不从电源E向开关电路5供给电源。另外，此时，多路复用器5a是断开的，因此，端子座2的电流输入端子I+没有与共通端子COM连接，而是被切断的。因此，共通端子COM仅与电压测定用AD变换部1a连接。

另一方面，在对与端子座2连接的被测定电路的电流进行测定的情况下，从控制部1c的输出端子Dout向FET 6的栅极端子G以及开关电路5的控制输入端子5b分别输入逻辑H电平的控制信号。此时，FET 6被驱动，因此，从电源E向开关电路5供给电源。在向开关电路5供给了电源的状态下，多路复用器5a被接通，因此，端子座2的电流输入端子I+和共通端子COM连接。因此，共通端子COM不仅与电压测定用AD变换部1a连接，还与电流测定用AD变换部1b连接。

这样，开关电路5构成为能够将共通端子COM的连接目标在电压测定用AD变换部1a以及电流测定用AD变换部1b双方和仅电压测定用AD变换部1a之间进行切换。另外，FET 6构成为能够切断从电源E向开关电路5的电源供给。

但是，如上所述，在本实施方式中，FET 6配置于由多路复用器5a构成的开关电路5和电源E之间，在省去FET 6的情况下，可能产生下面的状况。即，在开关电路5的待机时(被设为断开期间)，如果在端子座2的电压输入端子V+和共通端子COM之间或者在电流输入端子I+和共通端子COM之间输入电压，则有时经由开关电路5的保护二极管5d以及5e流过泄漏电流。如果流过泄漏电流，则会从电压输入端子V+向共通端子COM、或者从电流输入端子I+向共通端子COM持续流过电流。关于这一点，在本实施方式中，由于FET 6配置于开关电路5和电源E之间，所以即使在开关电路5的待机时在电压输入端子V+和共通端子COM之间、或者在电流输入端子I+和共通端子COM之间输入电压，也能够切断开关电路5的泄漏电流。而且，进一步来说，能够防止从电压输入端子V+向共通端子COM、或者从电流输入端子I+向共通端子COM持续流过电流这一状况的发生。但是，并非必须设置FET 6，也可以省去。

保护二极管7连接于电压输入端子V+和电阻器R1之间，保护二极管8连接于共通端子COM和电阻器R4之间。由此，即使在电压输入端子V+和共通端子COM之间输入了异常的电压的情况下，也经由保护二极管7以及8使电流向接地释放，由此，保护了电压测定用电路3。

在通过如上所述构成的电压电流测定装置100对被测定电路的电压或者电流进行测定时，首先，向该电压电流测定装置100连接未图示的工程工具，进行控制部1c的设定。详细地说，控制部1c在对被测定电路的电压进行测定的情况下，设定为从输出端子Dout输出逻辑L电平的控制信号，在对被测定电路的电流进行测定的情况下，设定为从输出端子Dout输出逻辑H电平的控制信号。

而且，在对从被测定电路得到的输入电压进行测定的情况下，将被测定电路的一端以及另一端分别与端子座2的电压输入端子V+以及共通端子COM连接。如上所述，从控制部1c的输出端子Dout向FET 6的栅极端子G以及开关电路5的控制输入端子5b输出逻辑L电平的控制信号，因此开关电路5以及FET 6被断开，通过电压测定用AD变换部1a对电压输入端子V+以及共通端子COM之间的输入电压进行测定。

另一方面，在对从被测定电路得到的输入电流进行测定的情况下，将被测定电路的一端以及另一端与端子座2的电流输入端子I+以及共通端子COM连接。如上所述，从控制部1c的输出端子Dout向FET 6的栅极端子G以及开关电路5的控制输入端子5b输出逻辑H电平的控制信号，因此开关电路5以及FET 6被接通，通过电流测定用AD变换部1b对电流输入端子I+以及共通端子COM之间的输入电压进行测定。

并且，控制部1c如上所述，基于电流测定用AD变换部1b的输出值，检测是否流过了过电流，如果检测到过电流，则向FET 6的栅极端子G以及开关电路5的控制输入端子5b输出逻辑L电平的控制信号而使其断开，由此切断共通端子COM和电流测定用AD变换部1b的输入端子Ain2(-)的连接，保护电流测定用电路4。

如以上说明的那样，根据本实施方式1的电压电流测定装置，对于1个被测定电路，虽然需要2个运算放大器，但开关电路只需要1个。与开关电路相比，运算放大器能够集成化进而小型化，因此，能够使电路整体小型化。

另外，在本实施方式1中，具备能够切断向开关电路5的电源供给的FET 6，控制部1c通过FET 6切断向开关电路5的电源供给。由此，能够防止在开关电路5的待机时产生泄漏电流。

实施方式2

本发明涉及的测定装置不限定于实施方式1的结构。在图3示出本发明涉及的测定装置的实施方式2的结构。电压电流测定装置100a具有与图1所示的电压电流测定装置100类似的结构。下面，主要说明与第1实施方式的结构之间的差异，针对相同的结构标注相同的标号。

具体而言，端子座2a具有：电压输入端子V-，其与未图示的被测定电路连接；电流输入端子I-，其与被测定电路连接；以及共通端子COM，其与电压输入端子V-以及电流输入端子I-连接。电压输入端子V-经由电压测定用电路3与输入端子Ain1(-)连接。电流输入端子I-经由电流测定用电路4与输入端子Ain2(-)连接。共通端子COM经由电压测定用电路3与输入端子Ain1(+)连接，并且经由电流测定用电路4以及开关电路5与输入端子Ain2(+)连接。即，使极性分别反转，端子座2的电压输入端子V+变为端子座2a的电压输入端子V-，端子座2的电流输入端子I+变为端子座2a的电流输入端子I-。另外，保护二极管7a连接于电压输入端子V-和电阻器R4之间，保护二极管8a连接于共通端子COM和电阻器R1之间。通过这样的结构，也能够得到与电压电流测定装置100相同的效果。

其他实施方式

在上述实施方式1的电压电流测定装置100以及实施方式2的电压电流测定装置100a中，开关电路5都由单掷型的多路复用器构成，但不限于此，也可以由单掷型的模拟开关构成。总之，只要是单掷型的开关电路，就能够获得相同的效果。

另外，在上述实施方式(包含变形例)中，作为本发明涉及的测定装置，实现为对被测定电路的电压或者电流进行测定的电压电流测定装置，但不限于此，也可以不具备对被测定电路的电压进行测定的结构。即，也可以构成为如下测定装置，即，省去用于在电压测定时与被测定电路的一端连接的电压输入端子、以及将在该电压输入端子和共通端子之间施加的电压的大小从模拟值变换为数字值的电压测定用AD变换部，仅测定被测定电路的电流。与双掷型的开关电路相比，单掷型的开关电路能够小型化，因此，能够达成实现电路整体的小型化这样的预期的目的。

以上说明的实施方式的结构表示的是本发明的内容的一个例子，也能够与其他的公知技术进行组合，还能够在不脱离本发明的主旨的范围对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1模数变换电路，2、2a输入端子座，3电压测定用电路，4电流测定用电路，5开关电路，6FET，R1、R2、R3、R4、R5、Rs电阻器，100、100a电压电流测定装置。

Claims

1.一种测定装置，其具备：

电流输入端子，其用于在电流测定时与被测定电路的一端连接；

共通端子，其用于在所述电流测定时与所述被测定电路的另一端连接；

电流测定用AD变换部，其将在所述电流输入端子和所述共通端子之间流过的电流的大小从模拟值变换为数字值；

开关电路，其设置于所述共通端子和所述电流测定用AD变换部之间；以及

控制部，其如果基于所述电流测定用AD变换部的输出值，检测到在所述电流输入端子和所述共通端子之间流过了大于或等于规定大小的电流即过电流，则切断所述共通端子和所述电流测定用AD变换部的连接。

2.根据权利要求1所述的测定装置，其具备：

电压输入端子，其用于在电压测定时与所述被测定电路的一端连接；

所述共通端子，其用于在所述电压测定时与所述被测定电路的另一端连接；以及

电压测定用AD变换部，其将在所述电压输入端子和所述共通端子之间施加的电压的大小从模拟值变换为数字值，

所述控制部如果基于所述电流测定用AD变换部的输出值，检测到在所述电流输入端子和所述共通端子之间流过了大于或等于规定大小的电流即过电流，则对所述开关电路进行切换，使所述共通端子的连接目标从所述电压测定用AD变换部以及所述电流测定用AD变换部双方切换为仅所述电压测定用AD变换部，由此，切断所述共通端子和所述电流测定用AD变换部的连接。

3.根据权利要求1或2所述的测定装置，其中，

具备半导体开关，该半导体开关能够切断向所述开关电路的电源供给，

所述控制部通过所述半导体开关将向所述开关电路的电源供给切断。

4.根据权利要求1或2所述的测定装置，其中，

所述开关电路由模拟开关构成。

5.根据权利要求1或2所述的测定装置，其中，

所述开关电路由多路复用器构成。