CN112379157A - 一种高精度宽量程电流测试仪及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高精度宽量程电流测试仪及测试方法，该测试仪包括MCU微电脑控制单元、设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元和采样信号输入/出单元，所述的MCU微电脑控制单元分别与设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元连接，差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元分别与采样信号输入/出单元连接。本测试仪的不同电流档位自动切换，无需手动切换，检测效率高；电流量程范围大；带采样数据输出功能，可通过上位机数据库存储，实现设备耗能合格与否的自动判定。
Description
技术领域
本发明涉及电流测试领域，尤其是涉及一种高精度宽量程电流测试仪及测试方法。
背景技术
当前市面上存在的直流电流测试仪存在的缺陷：
1、万用表对微安(μA)、毫安(mA)、安培(A)档位的电流均采用手动切换档位的方式，这种手动换挡的方式满足一般研究测试或小范围测试，不能满足流水线生产宽量程(0μA～500mA)工作设备的电流监控需求；
2、不能满足电流值自动存储分析判定的需求；
3、不能满足随意接入电路各位置而不损坏的需求；
4、不能自动存储时间线电流参数功需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种高精度宽量程电流测试仪及测试方法，解决对于测量宽电流工作的设备利用现有手动换档实现各个阶段不同量程电流值采集的低效率问题。
本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：
一种高精度宽量程电流测试仪，该测试仪包括MCU微电脑控制单元、设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元和采样信号输入/出单元，所述的MCU微电脑控制单元分别与设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元连接，差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元分别与采样信号输入/出单元连接，所述采样信号输入/出单元设有并联的10Ω电阻传感器和1Ω电阻传感器。
作为进一步的技术方案，所述MCU微电脑控制单元的型号为STM8S003F3P6TR。
作为进一步的技术方案，差分信号输入+18位AD采样单元的主芯片型号为MCP3421。
作为进一步的技术方案，继电器档位控制单元包括继电器，该继电器的型号为G5V-1-5VDC，所述继电器的引脚10连接1Ω电阻传感器、引脚9连接电源、引脚2通过电阻R4连接二极管D8的正极端，二极管D8的负极端连接电源，所述引脚2连接三极管的集电极，三极管的基极分别连接电阻R5和电阻R6，三极管的发射极接地，电阻R6的另一端接地。
作为进一步的技术方案，所述采样信号输入/出单元包括二极管D6、二极管D7、电容C14、电容C15和10Ω电阻传感器，10Ω电阻传感器的一端分别连接二极管D6的负极端、二极管D7的正极端和电容C14，电容C14的另一端接地，10Ω电阻传感器的另一端分别连接二极管D6的正极端、二极管D7的负极端和电容C15，电容C15的另一端接地。
作为进一步的技术方案，所述10Ω电阻传感器的最大的采样范围是0μA～330μA。
一种测试方法，该方法包括将采样信号输入/出单元连接被测设备，该测试仪默认接入10Ω电阻传感器，当采集电流值超过250μA时，MCU微电脑控制单元发送控制指令给继电器档位控制单元，继电器档位控制单元将1Ω电阻传感器并联接入10Ω电阻传感器，此时并联后的采样电阻值为0.1欧姆，使得整个采样电路的电流范围在200μA～500mA。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、不同电流档位微安(μA)、毫安(mA)、安培(A)自动切换，无需手动切换，提升检测效率。
2、电流量程范围大，本测试仪的电流量程为0μA～500mA，而传统电流测量设备为0～200uA，1mm～200mA。
3、带采样数据输出功能，可通过上位机数据库存储，实现设备耗能合格与否的自动判定。
附图说明
图1为本发明的电路原理结构图；
图2为MCU微电脑控制单元；
图3为设备供电电源I；
图4为设备供电电源II；
图5为差分信号输入+18位AD采样单元；
图6为调试接口单元；
图7为继电器档位控制单元；
图8为实时电流显示单元I；
图9为实时电流显示单元II；
图10为实时电流显示单元III；
图11为数据传输单元；
图12为采样信号输入/出单元；
图13为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
对于测量宽电流工作的设备(例：智能燃气表、智能水表和其他超低功耗设备等)利用现有手动换档实现各个阶段不同量程电流值采集的低效率问题，通过本发明可完全解决，方案如下：作为一个电流采集设备，首先应保障各个不同量程电流值采集准确：本发明采用高精度采样电阻和差分输入采样的方式对设备各环节用电情况进行测量，相比较传统的单端输入采集的方式，从方案本身就规避了信号采集过程中不确定因素，从而保证采集值的准确性；同时采用18位高精度AD转换采样，极大的细化采样样本的精细程度，保障采样准确度。本发明采用差分采集，所以设备不用考虑电流流向会影响设备的正常运行，也不用考虑接入整个电路的电源输入端还是接地端会对设备产生影响。下面结合附图做进一步详细说明：
如图1～图12所示，本实施例提供一种高精度宽量程电流测试仪，该测试仪包括MCU微电脑控制单元、设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元和采样信号输入/出单元。MCU微电脑控制单元分别与设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元连接。差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元分别与采样信号输入/出单元连接。采样信号输入/出单元设有并联的10Ω电阻传感器和1Ω电阻传感器。本实施所指10Ω电阻传感器和1Ω电阻传感器表示的含义为传感器选择10Ω和1Ω高精度(误差±1‰)大功率(1W)电阻。10Ω电阻传感器的最大的采样范围是0μA～330μA。
MCU微电脑控制单元的型号为STM8S003F3P6TR。差分信号输入+18位AD采样单元的主芯片型号为MCP3421。继电器档位控制单元包括继电器，该继电器的型号为G5V-1-5VDC，所述继电器的引脚10连接1Ω电阻传感器、引脚9连接电源、引脚2通过电阻R4连接二极管D8的正极端，二极管D8的负极端连接电源，所述引脚2连接三极管的集电极，三极管的基极分别连接电阻R5和电阻R6，三极管的发射极接地，电阻R6的另一端接地。
采样信号输入/出单元包括二极管D6、二极管D7、电容C14、电容C15和10Ω电阻传感器，10Ω电阻传感器的一端分别连接二极管D6的负极端、二极管D7的正极端和电容C14，电容C14的另一端接地，10Ω电阻传感器的另一端分别连接二极管D6的正极端、二极管D7的负极端和电容C15，电容C15的另一端接地。
本发明通过使用一个MCU微电脑控制单元，通过控制继电器档位控制单元的通断对超过设定量程范围的进行采样传感器调整，使其自动根据量程变化控制传感器的接入组数，传感器选择10Ω和1Ω高精度(误差±1‰)大功率(1W)电阻，默认接入10Ω这组传感器增大传感器电路的抗冲击能力，当电路瞬间接入大能耗或超过额定工作电压时保护电路不受冲击损坏，在正常采集过程中这一组传感器最大的采样范围是0μA～330μA；为保障量程切换顺畅性，在采集到电流值超过250μA时，MCU微电脑控制单元就使能继电器将1Ω电阻传感器并联接入采样组内，此时并联后的采样电阻值为0.1欧姆，微控制器调节ADC转换放大器后使整个采样电路的电流范围在200μA～500mA。以达到电流采样在各个量程精度更高，采样量程范围更宽(0μA～500mA)的目的。
基于前述测试仪，本实施例还提供一种测试方法，如图13所示，该方法包括将采样信号输入/出单元连接被测设备，该测试仪默认接入10Ω电阻传感器，当采集电流值超过250μA时，MCU微电脑控制单元发送控制指令给继电器档位控制单元，继电器档位控制单元将1Ω电阻传感器并联接入10Ω电阻传感器，此时并联后的采样电阻值为0.1欧姆，使得整个采样电路的电流范围在200μA～500mA。
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，应当指出的是，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)
1.一种高精度宽量程电流测试仪，其特征在于，该测试仪包括MCU微电脑控制单元、设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元和采样信号输入/出单元，所述的MCU微电脑控制单元分别与设备供电电源、实时电流显示单元、数据传输单元、差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元连接，差分信号输入+18位AD采样单元、继电器档位控制单元分别与采样信号输入/出单元连接，所述采样信号输入/出单元设有并联的10Ω电阻传感器和1Ω电阻传感器。
2.根据权利要求1所述的一种高精度宽量程电流测试仪，其特征在于，所述MCU微电脑控制单元的型号为STM8S003F3P6TR。
3.根据权利要求1所述的一种高精度宽量程电流测试仪，其特征在于，差分信号输入+18位AD采样单元的主芯片型号为MCP3421。
4.根据权利要求1所述的一种高精度宽量程电流测试仪，其特征在于，继电器档位控制单元包括继电器，该继电器的型号为G5V-1-5VDC，所述继电器的引脚10连接1Ω电阻传感器、引脚9连接电源、引脚2通过电阻R4连接二极管D8的正极端，二极管D8的负极端连接电源，所述引脚2连接三极管的集电极，三极管的基极分别连接电阻R5和电阻R6，三极管的发射极接地，电阻R6的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种高精度宽量程电流测试仪，其特征在于，所述采样信号输入/出单元包括二极管D6、二极管D7、电容C14、电容C15和10Ω电阻传感器，10Ω电阻传感器的一端分别连接二极管D6的负极端、二极管D7的正极端和电容C14，电容C14的另一端接地，10Ω电阻传感器的另一端分别连接二极管D6的正极端、二极管D7的负极端和电容C15，电容C15的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种高精度宽量程电流测试仪，其特征在于，所述10Ω电阻传感器的最大的采样范围是0μA～330μA。
7.一种基于权利要求1所述测试仪的测试方法，其特征在于，该方法包括将采样信号输入/出单元连接被测设备，该测试仪默认接入10Ω电阻传感器，当采集电流值超过250μA时，MCU微电脑控制单元发送控制指令给继电器档位控制单元，继电器档位控制单元将1Ω电阻传感器并联接入10Ω电阻传感器，此时并联后的采样电阻值为0.1欧姆，使得整个采样电路的电流范围在200μA～500mA。
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