CN112147391A - 一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统检测技术领域，具体涉及到一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法。量程自适应电力测量装置包括输入装置、测量装置、输出装置、控制装置，所述控制装置分别与输入装置、测量装置、输出装置连接；所述控制装置包括测量安全识别单元和量程自动切换单元。本发明的量程自适应电力测量装置具有智能安全识别功能，确保直流系统运行安全；本发明的量程自适应电力测量装置具有量程通道自动切换功能，可以自动选择量程，免除量程选择不当的问题，更体现出人性化的特点；本发明的量程自适应电力测量方法主要包括智能安全测量识别方法和量程自动切换方法，以在保证测量安全性高前提条件下省去手动转换量程的工作。

Description

一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法
技术领域
本发明涉及电力系统检测技术领域，具体涉及到一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法。
背景技术
万用表作为现代电子测量中最常用的一种测量仪器，对其的测量精度和功能要求也越来越高。由于电压测量范围广，特别是在微电压、高电压及待测信号强弱相差极大情况下，既要保证弱信号测量精度又要兼顾强信号的测量范围，在许多情况下为了保证测量的实时性，测量时不可能变换测量通道的量程，传统的手动转换量程的电压表在测量技术上有一定难度并存在以下缺陷。
一、大多数万用表的量程有档位选择，测量不同的电阻、电压和直流电流时需要转换不同的档位进行测量，因此就需要人为进行换档。
二、万用表不能自动进行筛选电阻，对于很多需要进行筛选电阻的应用场合，就需要人为的参与选择。所以在技术工程人员在使用电阻、区别电阻时浪费了大量的时间。
三、若量程选择不当，不但会造成测量精度下降、损坏仪表，甚至造成系统故障，如在直流系统中，采用常规万用表测量支路对地电压时，当误用常规万用表的低阻档(万用表两表笔间输出内阻很小)进行测量时就会造成直流系统母线接地，当母线对地的分布电容放电的电流达到TBJ电流线圈动作的要求，则会导致跳闸回路接通进而引发事故跳闸。
因此有必要设计一种万用表，以在保证测量安全性高的前提条件下省去手动转换量程的工作。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种安全性高的量程自适应电力测量装置，包括输入装置、测量装置、输出装置、控制装置，所述控制装置分别与输入装置、测量装置、输出装置连接；
所述输入装置用于连接待测元件；
所述测量装置用于对待测元件的电力参数进行测量；
所述输出装置用于输出测量装置的测量值；
所述控制装置包括测量安全识别单元和量程自动切换单元，所述测量安全识别单元用于对待测元件的测量安全进行识别判断，所述量程自动切换单元用于将测量装置的量程切换至适合待测元件电力参数测量的范围。
进一步的，所述测量装置包括电流测量装置、电压测量装置和电阻测量装置，所述电流测量装置用于测量电流，所述电压测量装置用于测量电压，所述电阻测量装置用于测量电阻。
进一步的，所述输出装置为显示屏。
进一步的，还包括供电装置，所述供电装置为整个测量装置进行供电，所述供电装置采用可充电电源。
进一步的，还包括告警装置，所述告警装置与控制装置连接，当测量安全识别单元识别出对待测元件的进行测量不安全时，所述告警装置发出警报。
进一步的，还包括按键，所述按键与控制装置连接，所述按键包括用于电力参数选择的按键、用于输出装置界面切换的按键和总开关按键。
本发明还提供了一种安全性高的量程自适应电力测量方法，所述测量方法包括：
步骤1，根据待测元件需要测量的电力参数，将待测元件连接电力测量装置并在电力测量装置上选择电力参数，所述电力参数包括电阻、电压和电流；
步骤2，若需测量的电力参数为电阻或电压，对待测元件的测量安全进行识别判断，若测量安全，则进入电阻或电压测量通道；
若需测量的电力参数为电流，则进入电流测量通道；
步骤3，电力测量装置采集输入信号，并根据输入信号选择适当的量程对待测元件的电力参数进行测量；
步骤4，电力测量装置输出测量数据。
进一步的，在所述步骤2中，对待测元件的测量安全进行识别判断，具体包括：
控制装置通过发出控制信号控制TQ2继电器进行切换选择测量电压还是电阻，默认选择测量电压，当测量电压超过规定值时，控制装置禁止控制继电器切换到电阻测量电路；当识别确认待测元件的电压为0时，控制装置判断待测元件两端无电压后，分析电阻测量开关是否闭合，可切换至电阻测量电路进行电阻测量。
进一步的，在所述步骤3中，根据输入信号选择适当的量程，具体包括：
构建量程通道自适应选择电路、信号放大电路和A/D转换电路，输入信号经信号放大电路和A/D转换电路处理后传输到控制装置，控制装置对采集信号进行处理分析，判断当前的量程是否满足，若不满足控制装置会向量程通道自适应选择电路发出反馈信号，与量程通道自适应选择电路形成反馈回路，促使量程通道自适应选择电路逐级往上调整量程开关，自动调整至满足范围的量程。
进一步的，量程自适应选择电路与信号放大电路依靠四条通道选择量程，四通道选择器是由4个光耦继电器驱动电路组成，负责继电器吸合开关，量程自适应选择电路根据设计把每个参数测量范围划分为四个测量等级范围，并分别定义哪个模拟开关对应哪个测量等级范围，控制装置通过I/O接口发送触发信号至四通道选择器的触发信号输入端，从而来选择合适量程的对应通道。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：
1、本发明的量程自适应电力测量装置具有智能安全识别功能，当手动按键选择电阻测量界面时，装置能够自动对待测元件进行一个安全性评估，判别被测待测元件是否存在电压，若发现当前电阻测量环境不满足设计要求，马上断开开关，禁止进行电阻测量，确保直流系统运行安全；
2、本发明的量程自适应电力测量装置具有量程通道自动切换功能，由于测量不同的电阻、电压和直流电流时需要人为转换不同的档位进行测量，效率低下，加入量程自适应功能，就可以自动选择量程，免除量程选择不当的问题，更体现出人性化的特点；
3、本发明的量程自适应电力测量装置具有充电功能，通过可充电电源对装置供电，减少更换电池的麻烦，便捷了工作人员的使用；
4、本发明的量程自适应电力测量方法主要包括智能安全测量识别方法和量程自动切换方法，以在保证测量安全性高前提条件下省去手动转换量程的工作。
附图说明
图1为本发明实施例中量程自适应万用表的结构示意图；
图2为本发明实施例中量程自适应万用表的原理简图；
图3为本发明实施例中智能安全识别开合电路的结构示意图；
图4为本发明实施例中量程自适应选择电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-4所示，本发明的优选实施例，一种安全性高的量程自适应电力测量装置，包括输入装置、测量装置、输出装置、控制装置，所述控制装置分别与输入装置、测量装置、输出装置连接；
所述输入装置用于连接待测元件；
所述测量装置用于对待测元件的电力参数进行测量；
所述输出装置用于输出测量装置的测量值；
所述控制装置包括测量安全识别单元和量程自动切换单元，所述测量安全识别单元用于对待测元件的测量安全进行识别判断，所述量程自动切换单元用于将测量装置的量程切换至适合待测元件电力参数测量的范围。
在本实施例中，所述测量装置包括电流测量装置、电压测量装置和电阻测量装置，所述电流测量装置用于测量电流，所述电压测量装置用于测量电压，所述电阻测量装置用于测量电阻。
在本实施例中，所述输出装置为显示屏。
在本实施例中，还包括供电装置，所述供电装置为整个测量装置进行供电，所述供电装置采用可充电电源。
在本实施例中，还包括告警装置，所述告警装置与控制装置连接，当测量安全识别单元识别出对待测元件的进行测量不安全时，所述告警装置发出警报。
在本实施例中，还包括按键，所述按键与控制装置连接，所述按键包括用于电力参数选择的按键、用于输出装置界面切换的按键和总开关按键。
本发明还提供了一种安全性高的量程自适应电力测量方法，所述测量方法包括：
步骤1，根据待测元件需要测量的电力参数，将待测元件连接电力测量装置并在电力测量装置上选择电力参数，所述电力参数包括电阻、电压和电流；
步骤2，若需测量的电力参数为电阻或电压，对待测元件的测量安全进行识别判断，若测量安全，则进入电阻或电压测量通道；
若需测量的电力参数为电流，则进入电流测量通道；
步骤3，电力测量装置采集输入信号，并根据输入信号选择适当的量程对待测元件的电力参数进行测量；
步骤4，电力测量装置输出测量数据。
在本实施例中，在所述步骤2中，对待测元件的测量安全进行识别判断，具体包括：
控制装置通过发出控制信号控制TQ2继电器进行切换选择测量电压还是电阻，默认选择测量电压，当测量电压超过规定值时，控制装置禁止控制继电器切换到电阻测量电路；当识别确认待测元件的电压为0时，控制装置判断待测元件两端无电压后，分析电阻测量开关是否闭合，可切换至电阻测量电路进行电阻测量。
在本实施例中，在所述步骤3中，根据输入信号选择适当的量程，具体包括：
构建量程通道自适应选择电路、信号放大电路和A/D转换电路，输入信号经信号放大电路和A/D转换电路处理后传输到控制装置，控制装置对采集信号进行处理分析，判断当前的量程是否满足，若不满足控制装置会向量程通道自适应选择电路发出反馈信号，与量程通道自适应选择电路形成反馈回路，促使量程通道自适应选择电路逐级往上调整量程开关，自动调整至满足范围的量程。
在本实施例中，量程自适应选择电路与信号放大电路依靠四条通道选择量程，四通道选择器是由4个光耦继电器驱动电路组成，负责继电器吸合开关。量程自适应选择电路根据设计把每个参数测量范围划分为四个测量等级范围，并分别定义哪个模拟开关对应哪个测量等级范围，控制装置通过I/O接口发送触发信号至四通道选择器的触发信号输入端，从而来选择合适量程的对应通道。
本发明的量程自适应电力测量装置具有智能安全识别功能，当手动按键选择电阻测量界面时，装置能够自动对待测元件进行一个安全性评估，判别被测待测元件是否存在电压，若发现当前电阻测量环境不满足设计要求，马上断开开关，禁止进行电阻测量，确保直流系统运行安全；本发明的量程自适应电力测量装置具有量程通道自动切换功能，由于测量不同的电阻、电压和直流电流时需要人为转换不同的档位进行测量，效率低下，加入量程自适应功能，就可以自动选择量程，免除量程选择不当的问题，更体现出人性化的特点；本发明的量程自适应电力测量装置具有充电功能，通过可充电电源对装置供电，减少更换电池的麻烦，便捷了工作人员的使用；本发明的量程自适应电力测量方法主要包括智能安全测量识别方法和量程自动切换方法，以在保证测量安全性高前提条件下省去手动转换量程的工作。
以下提供一个较为详细的实施例：
在本实施例中，参照图1所示，量程自适应电力测量装置采用量程自适应万用表，由控制器(CPU)、表笔、电流传感器、交直流电压测量、电阻测量、直流电流测量、电池充电、LCD屏、告警输出、按键组成。CPU采用STM32F103RCT6，是一种嵌入式-微控制器的集成电路(IC)，芯体尺寸是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH，RAM容量是48K，其是系统控制中心，负责数据处理和分析决策作用；表笔是用于交直流电压和电阻的测量及传输至装置；电流传感器型号为CP-05，用于直流电流测量及传输至装置；交直流电压检测部分是用于电压信号测量放大；电阻检测部分是用于电阻信号测量放大；直流电流检测部分是用于电流信号测量放大；电池充电模块是可通过MINUSB接口给装置进行充电；液晶屏是用于显示参数数值；告警输出是当电阻测量时，被测对象存在电压，系统会禁止电阻测量功能并蜂鸣器告警；按键是用于参数测量、界面切换以及关机。量程自适应万用表的连接如下:A/D接口1连接交直流电压测量部分的二次输出端，采样交直流电压，A/D接口2连接电阻测量部分的二次输出端，采样电阻参数，A/D接口3连接电流传感器TA1二次输出端，采样充电机输出电流；I/O接口1驱动蜂鸣器,实现告警提示；I/O接口2用于按键；UART1作为液晶屏接口，用于人机交互；MINUSB接口用于连接充电器，给装置电池充电。
量程自适应万用表的原理如下：
参照图2所示，量程自适应万用表从功能上看可等效为以下电路结构及元件构成，包括充电电路、电源、输入、智能安全识别开合电路、电阻测量、电压测量、电流测量、量程通道自适应选择电路、信号放大电路、A/D转换电路、控制器、反馈信号、输出构成，量程自适应万用表可通过充电器给电源充电，再统一由电源给系统供电，由于装置采用按键的方式选择哪种参数测量，电压/电阻输入信号需先经过智能安全识别开合电路再进入对应的参数测量通道，一般默认电压测量，直流电流输入信号则直接进入电流测量通道，信号处理后传输到控制器，此时控制器会对采集信号进行处理分析，判断当前的量程是否满足，若不满足控制器会发出反馈信号，与量程通道自适应选择电路形成反馈回路，促使量程通道自适应选择电路逐级往上调整量程开关，自动调整至满足范围的量程开关，再把数值输出，在LCD屏上显示。
本发明的量程自适应电力测量方法主要包括智能安全测量识别方法和量程自动切换方法。
智能安全测量识别方法主要通过智能安全识别开合电路实现，智能安全识别开合电路参照图3所示，具体的，CPU通过发出控制信号控制TQ2继电器进行切换选择测量电压还是电阻，电路一般情况默认选择测量电压，当测量电压超过规定值时，CPU禁止控制继电器切换到电阻测量电路；当识别确认被测电阻电压为0时，控制器判断被测电阻两端无电压后，才能决策出电阻测量开关是否闭合，允许用户切换至电阻测量电路，才能进行电阻测量。此控制方式是通过硬件电路与软件算法相配合，实现了智能电阻安全测量识别功能，直接提高了电力万用表在电力设备测量中的通用性、安全性。
量程自动切换方法主要通过量程自适应选择电路实现，参照图4所示，量程自适应选择电路是与信号放大电路互相结合构成的。量程控制主要依靠四条通道选择，而四通道选择器是由4个光耦继电器驱动电路组成，负责继电器吸合开关。因此该电路是根据设计把每个参数测量范围划分四个测量等级范围，分别定义哪个模拟开关对应哪个测量等级范围，而R0-R3与R的比例关系就是信号的增益大小，通道测量等级范围越高，对应的信号增益越大，即信号放大倍数越大，否则两者不对应的话，会显示不了准确的数值。系统主要是通过控制器通过I/O接口发送触发信号至四通道选择器的触发信号输入端D0、D1、D2、D3，从而来选择对应通道。
触发信号输入端的通道选择逻辑如下：
Figure BDA0002676444380000091
当D0为1，其余都为0时，K0闭合，选择通道1；当D1为1，其余为0时，K1闭合，选择通道2；当D2为1，其余为0时，K2闭合，选择通道3；当D3为1，其余为0时，K3闭合，选择通道3。控制器会由低往高逐级发出触发信号，由且同一时间内只允许选择一条通道，依次促使光耦驱动电路中的继电器吸合开关，直到选择到合适的通道。采用这样一种量程自适应方法，即可实现交直流电压、电阻、直流电流的量程自动切换的功能。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种安全性高的量程自适应电力测量装置，其特征在于：包括输入装置、测量装置、输出装置、控制装置，所述控制装置分别与输入装置、测量装置、输出装置连接；
所述输入装置用于连接待测元件；
所述测量装置用于对待测元件的电力参数进行测量；
所述输出装置用于输出测量装置的测量值；
所述控制装置包括测量安全识别单元和量程自动切换单元，所述测量安全识别单元用于对待测元件的测量安全进行识别判断，所述量程自动切换单元用于将测量装置的量程切换至适合待测元件电力参数测量的范围。
2.根据权利要求1所述的一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法，其特征在于：所述测量装置包括电流测量装置、电压测量装置和电阻测量装置，所述电流测量装置用于测量电流，所述电压测量装置用于测量电压，所述电阻测量装置用于测量电阻。
3.根据权利要求1所述的一种安全性高的量程自适应电力测量装置及方法，其特征在于：所述输出装置为显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种安全性高的量程自适应电力测量装置，其特征在于：还包括供电装置，所述供电装置为整个测量装置进行供电，所述供电装置采用可充电电源。
5.根据权利要求1所述的一种安全性高的量程自适应电力测量装置，其特征在于：还包括告警装置，所述告警装置与控制装置连接，当测量安全识别单元识别出对待测元件的进行测量不安全时，所述告警装置发出警报。
6.根据权利要求1所述的一种安全性高的量程自适应电力测量装置，其特征在于：还包括按键，所述按键与控制装置连接，所述按键包括用于电力参数选择的按键、用于输出装置界面切换的按键和总开关按键。
7.一种安全性高的量程自适应电力测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
步骤1，根据待测元件需要测量的电力参数，将待测元件连接电力测量装置并在电力测量装置上选择电力参数，所述电力参数包括电阻、电压和电流；
步骤2，若需测量的电力参数为电阻或电压，对待测元件的测量安全进行识别判断，若测量安全，则进入电阻或电压测量通道；
若需测量的电力参数为电流，则进入电流测量通道；
步骤3，电力测量装置采集输入信号，并根据输入信号选择适当的量程对待测元件的电力参数进行测量；
步骤4，电力测量装置输出测量数据。
8.根据权利要求7所述的一种安全性高的量程自适应电力测量方法，其特征在于：在所述步骤2中，对待测元件的测量安全进行识别判断，具体包括：
构建智能安全识别开合电路，控制装置通过发出控制信号控制TQ2继电器进行切换选择测量电压还是电阻，默认选择测量电压，当测量电压超过规定值时，控制装置禁止控制继电器切换到电阻测量电路；当识别确认待测元件的电压为0时，控制装置判断待测元件两端无电压后，分析电阻测量开关是否闭合，可切换至电阻测量电路进行电阻测量。
9.根据权利要求7所述的一种安全性高的量程自适应电力测量方法，其特征在于：在所述步骤3中，根据输入信号选择适当的量程，具体包括：
构建量程通道自适应选择电路、信号放大电路和A/D转换电路，输入信号经信号放大电路和A/D转换电路处理后传输到控制装置，控制装置对采集信号进行处理分析，判断当前的量程是否满足，若不满足控制装置会向量程通道自适应选择电路发出反馈信号，与量程通道自适应选择电路形成反馈回路，促使量程通道自适应选择电路逐级往上调整量程开关，自动调整至满足范围的量程。
10.根据权利要求9所述的一种安全性高的量程自适应电力测量方法，其特征在于：量程自适应选择电路与信号放大电路依靠四条通道选择量程，四通道选择器是由4个光耦继电器驱动电路组成，负责继电器吸合开关，量程自适应选择电路根据设计把每个参数测量范围划分为四个测量等级范围，并分别定义哪个模拟开关对应哪个测量等级范围，控制装置通过I/O接口发送触发信号至四通道选择器的触发信号输入端，从而来选择合适量程的对应通道。
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