CN117031100A - 一种万用表的前端电路及万用表 - Google Patents

Abstract

一种万用表的前端电路及万用表，涉及电工、电子及测量技术领域。在该电路中，第二取样端子连接电流采样端的正极，第二主输入端子连接电流采样端的负极。两个第一待测电流采样电路将第一待测电流信号转换为第一待测电压信号；开关模块根据外部输入的命令确定第一待测电流信号对应的测量量程，基于所确定的测量量程连接至两个第一待测电流采样电路中的一个；转换模块获取将第一待测交流电压信号转换为第二待测直流电压信号；选择模块获取各待测直流电压信号以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第一待测电流信号的测量。本申请利用第二取样端子和第二主输入端子实现利用标准附件完成小于等于第一预设电流值的电流测量。

Description

一种万用表的前端电路及万用表

技术领域

本申请涉及电工、电子及测量技术领域，具体涉及一种万用表的前端电路及万用表。

背景技术

万用表是一种常用的电子测试仪器，它可以测量电压、电流、电阻等电学参数，也可以测试温度、频率等非电学量。根据其功能和特点，万用表可以分为模拟万用表、手持式万用表、自动万用表和数字万用表。

模拟万用表是最早出现的一种万用表，它采用机械式指针和刻度盘来显示测量结果。模拟万用表的测量范围广、精度高且价格较低，但是模拟万用表对环境的温度和湿度等因素比较敏感，而且易受到震动和磁场的干扰。

手持式万用表是一种便携式的电子测试仪器，它可以随时随地进行测量，而且使用方便、精度高、稳定性好。手持式万用表体积小、重量轻、便于携带，可以适应不同的测量环境和测量要求。但是手持式万用表的缺点是测量范围和精度相对较低，而且对电池的电量要求比较高，需要经常更换电池。

自动万用表是一种功能更加强大的电子测试仪器，它可以自动选择最佳的测量范围和测量方式，而且还可以进行自动校准和自动记录，自动万用表使用方便、精度高、稳定性好，可以适应不同的测量环境和测量要求，但是自动万用表的价格相对较高，且需要进行定期的校准和维护。

而数字万用表是一种常用的万用表，它可以直接读取测量结果，而且精度高、稳定性好、使用方便。数字万用表的测量范围和精度可以根据需要进行调整，而且还可以进行数据记录和数据传输。目前，由于常用的数字万用表面板布局设计两列并行的端口孔为测量端口，比如如图1所示采用6孔输入，其中一端3孔输入与另一端3孔输入并行排列设置，如此，鉴于面板的硬件设计，使得呈对角设置的端口间距往往大于标准附件进行电流测量的插口间距，比如标准附件的插口间距是0.75英寸，也即19.05mm，而200mA接口与LO端口之间的距离则大于19.05mm，从而导致呈对角设置的端口间距之间不用使用标准附件进行对应测量，比如小量程电流测量。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是：提供一种可以使用标准附件进行电流测量的万用表的前端电路及万用表。

根据第一方面，一种实施例中提供一种万用表的前端电路，所述万用表至少包括两个第一电流测量量程，所述两个第一电流测量量程均小于等于第一预设电流值，所述两个第一电流测量量程包括交流量程和直流量程，包括：

第二取样端子，连接电流采样端的正极；第二主输入端子，连接电流采样端的负极；所述第二取样端子用于获取第一待测电流信号；

两个第一待测电流采样电路，所述两个第一待测电流采样电路分别用于将所述交流量程和直流量程下的第一待测电流信号转换为第一待测电压信号；其中，所述第一待测电压信号包括第一待测直流电压信号或第一待测交流电压信号；

开关模块，所述开关模块具有第一端和第二端，所述第一端连接于所述第二取样端子，所述第二端在所述两个第一待测电流采样电路之间进行切换，用于根据外部输入的命令确定所述第一待测电流信号对应的测量量程，基于所确定的测量量程，将所述第二端连接至所述两个第一待测电流采样电路中的一个；

转换模块，用于获取所述第一待测交流电压信号，并将所述第一待测交流电压信号转换为第二待测直流电压信号；

选择模块，连接于所述开关模块和转换模块，用于获取所述第一待测直流电压信号和所述第二待测直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第一待测电流信号的测量。

一种实施例中，所述两个第一电流测量量程包括交流量程和直流量程，包括：

所述交流量程包括第一交流量程和第二交流量程，所述直流量程包括第一直流量程和第二直流量程；所述第一交流量程和第一直流量程均小于等于第二预设电流值，所述第二交流量程和第二直流量程均大于所述第二预设电流值且小于等于第一预设电流值；

所述直流量程对应的第一待测电流采样电路包括电阻R62、电阻R68、电阻R69和电阻R70；

所述交流量程对应的第一待测电流采样电路包括电容C39、电阻R57、电阻R68、电阻R69和电阻R70；

当交流量程为第一交流量程时，所述开关模块的第二端连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接转换模块的输入端；

当交流量程为第二交流量程时，所述开关模块的第二端连接电阻R68的第一端，电阻R68的第二端连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接转换模块的输入端；

当直流量程为第一直流量程时，所述开关模块的第二端连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接转换模块的输入端；

当直流量程为第二直流量程时，所述开关模块的第二端连接电阻R68的第一端，电阻R68的第二端连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接转换模块的输入端；

所述电阻R68的第一端还连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接第二主输入端子。

一种实施例中，所述万用表还包括第二电流测量量程，所述第二电流测量量程大于第一预设电流值，包括：

电流输入端子，电流输入端子连接电流采样端的正极，第二主输入端子连接电流采样端的负极；所述电流输入端子用于获取第二待测电流信号；

两个第二待测电流采样电路，所述两个第二待测电流采样电路将所述第二电流测量量程下的第二待测电流信号转换为第二待测电压信号，所述第二待测电压信号包括第三待测直流电压信号或第二待测交流电压信号；

转换模块获取所述第二待测交流电压信号，并将所述第二待测交流电压信号转换为第四待测直流电压信号；

选择模块获取所述第三待测直流电压信号和所述第四待测直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第二待测电流信号的测量。

一种实施例中，所述万用表还包括直流电压测量量程，包括：

第一主输入端子，连接直流电压采样端的正极；第二主输入端子，连接直流电压采样端的负极；所述第一主输入端子用于获取第五待测直流电压信号；

分压电路，所述分压电路用于对所述第五待测直流电压信号进行分压，以生成分压直流电压信号；

所述开关模块还具有第三端和第四端，所述第三端连接于所述第一主输入端子，所述第四端在所述分压电路之间进行切换，用于根据外部输入的命令确定所述第五待测直流电压信号对应的直流电压测量量程，基于所确定的直流电压测量量程，将所述第四端连接至所述直流电压测量量程对应的分压电路；

选择模块获取所述分压直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第五待测直流电压信号的测量。

一种实施例中，所述万用表还包括交流电压测量量程，包括：

第一主输入端子，连接交流电压采样端的正极；第二主输入端子，连接交流电压采样端的负极；所述第一主输入端子用于获取第三待测交流电压信号；

转换模块获取所述第三待测交流电压信号，并将所述第三待测交流电压信号转换为第六待测直流电压信号；

选择模块获取所述第六待测直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第三待测交流电压信号的测量。

一种实施例中，所述万用表还包括二线电阻测量量程，包括：

第一主输入端子，所述第一主输入端子连接二线电阻的第一电阻采样端；第二主输入端子，所述第二主输入端子连接二线电阻的第二电阻采样端；

电流源模块，用于对待测二线电阻进行供电，以使所述第一主输入端子获取到待测二线电阻电压信号；

选择模块获取所述待测二线电阻电压，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行待测二线电阻电压信号的测量。

一种实施例中，所述万用表还包括四线电阻测量量程，包括：

第一主输入端子，所述第一主输入端子连接四线电阻的第一电流采样端；第二主输入端子，所述第二主输入端子连接四线电阻的第二电流采样端；第一取样端子，所述第一取样端子连接四线电阻的第一电压采样端，所述第二取样端子连接四线电阻的第二电压采样端；

电流源模块，用于输出电流至第一主输入端子，使得待测四线电阻生成待测四线电阻电压，所述第一取样端子用于获取所述待测四线电阻电压信号；

选择模块获取所述待测四线电阻电压，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行待测四线电阻电压信号的测量。

一种实施例中，所述万用表还包括电容测量量程，包括：

第一主输入端子，所述第一主输入端子连接电容的第一电容采样端；第二主输入端子，所述第二主输入端子连接电容的第二电容采样端；

放电模块，连接于所述第一主输入端子，用于对待测电容进行放电，以使所述第一主输入端子获取到待测电容电压信号；

电流源模块，连接于所述第一主输入端子，用于对待测电容进行充电，以使所述第一主输入端子获取到待测电容电压信号；

选择模块获取所述待测电容电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行待测电容电压信号的测量。

一种实施例中，所述外部输入的命令包括用户设置或自动检测。

根据第二方面，一种实施例中提供一种万用表，包括：

万用表的前端电路，所述万用表的前端电路如上述任意一种实施例所述的万用表的前端电路；

放大模块，连接于所述万用表的前端电路，以对信号进行放大；

模数转换模块，连接于所述放大模块，用于获取所述放大后的信号，并将所述放大后的信号的模拟量转换为数字量；

控制单元，连接于所述模数转换模块，用于获取所述数字量并进行显示。

根据上述实施例的万用表的前端电路及万用表，在万用表中至少包括两个第一电流测量量程，这两个第一电流测量量程均小于等于第一预设电流值，其中两个第一电流测量量程包括交流量程和直流量程。第二取样端子连接电流采样端的正极，利用第二主输入端子连接电流采样端的负极，利用第二取样端子来获取第一待测电流信号。两个第一待测电流采样电路分别交流量程和直流量程下的第一待测电流信号转换为第一待测电压信号。利用开关模块在两个第一待测电流采样电路之间进行切换，以确定第一待测电流信号对应的测量量程，并连接至对应的第一待测电流采样电路。转换模块将第一待测交流电压信号转换为第二待测直流电压信号。选择模块获取第一待测直流电压信号和第二待测直流电压信号，以选择对应的信号通道并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第一待测电流信号的测量。本申请利用第二取样端子和第二主输入端子分别连接电流采样端的正极和电流采样端的负极，也就是将现有的小量程电流的测量端子集成在第二取样端子中，可以更为方便进行小量程电流的测试，不需要单独使用一个接口端子进行小量程电流的测试。减少小量程电流的测试端子节省了万用表面板的设置空间，多出来的面板空间可以设置其他部件以丰富万用表功能，且降低了连接故障，提高了仪器的可靠性。同时，将小量程电流的测试端子集成在第二取样端子中，可以使万用表具备更多的测试功能，还可以实现利用标准附件完成小于等于第一预设电流值的电流测量。

附图说明

图1为背景技术中现有万用表的前端输入示意图；

图2为一种实施例的万用表的前端输入示意图；

图3为一种实施例的万用表的结构示意图；

图4为一种实施例的万用表的前端电路的完整电路图；

图5为一种实施例的测量第一交流电流的电路图；

图6为一种实施例的测量第二交流电流的电路图；

图7为一种实施例的测量第一直流电流的电路图；

图8为一种实施例的测量第二直流电流的电路图；

图9为一种实施例的测量第三交流电流的电路图；

图10为一种实施例的测量第三直流电流的电路图；

图11为一种实施例的测量200mV或2V量程内的直流电压的电路图；

图12为一种实施例的测量20V或200V量程内的直流电压的电路图；

图13为一种实施例的测量1000V量程内的直流电压的电路图；

图14 为一种实施例的测量交流电压的电路图；

图15为一种实施例的测量二线电阻或二极管的电路图；

图16为一种实施例的测量四线电阻的电路图；

图17为一种实施例的测量电容的电路图；

图18a为一种实施例的测量电容的电路原理图；

图18b为一种实施例的测量电容的公式原理图；

图19为另一种实施例的万用表的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，在现有的万用表的前端输入时，一般会采用6个插孔作为输入。在进行200mA的电流测量时，一般采用200mA端子作为正极输入，LO端子作为负极输入，二者之间的距离超过了标准附加的距离，因此无法利用标准附件进行200mA的电流测量。在这种情况下，发明人提供了一种5个插孔作为输入的万用表的前端电路，将200mA的输入端子的测量功能整合在了LOSENSE端子上，以此不仅可以实现在进行200mA的电流测量时采用标准附件，还可以实现在进行其余电力参数的测量时同样使用标准附件，下面进行具体阐述。

请参考图2，本申请提供一种万用表的前端电路，其仅包括第一主输入端子（HI端子）、第二主输入端子（LO端子）、第一取样端子（HISENSE端子）、第二取样端子（LOSENSE端子）和电流输入端子（10A端子）。在该万用表的前端电路中，利用HI和LO两个端子完成直流电压、交流电压、二线电阻、二极管、通断和电容等功能的测量；利用HI、LO、HISENSE和LOSENSE四个端子完成四线电阻的测量；利用10A和LO完成10A电流量程下的直流电流和交流电流的测量；利用LOSENSE和LO完成200mA电流量程下的直流电流和交流电流的测量。

请参考图3，一种实施例中，在万用表的前端电路100中利用该五个端子进行各个电力参数进行测量时，包括开关模块110、转换模块120、选择模块130、放电模块170和电流源模块180，并利用电源为整个前端电路进行供电。在万用表中除了万用表的前端电路100还包括放大模块140、模数转换模块150和控制单元160。一种实施例中，开关模块110包括继电器RL1C、继电器RL2C、继电器RL3C、继电器RL4C、继电器RL5C、继电器RL6C、继电器RL7B和继电器RL8B。转换模块120包括RMS转换模块，RMS转换模块对输入交流信号进行调整后转换为直流信号输出。选择模块130包括多路选择器，多路选择器对多路输入信号选择一路进行输出。放大模块140包括差分放大/衰减/射随模块，以对差分信号进行×1、×2、×10、×0.1四种倍数的信号调整。模数转换模块（ADC）150对输入信号进行采集，并转换为数字量。控制单元（MCU）160接收模数转换模块150采集的信号进行校正后显示。电流源模块180包括多量程电流源，为在测量时需要电流的电力参数进行供电。下面进行各个电力参数测量的具体展开。

请参考图4，为本申请提供的一种万用表的前端电路的完整电路图，下面根据各个电力参数的测量对电路图进行模块解释。

一种实施例中，在万用表进行电力参数测量中，至少包括两个第一电流测量量程，两个第一电流测量量程均小于第一预设电流值，且两个第一电流测量量程包括直流量程和交流量程。直流量程包括第一直流量程和第二直流量程，交流量程包括第一交流量程和第二交流量程，第一交流量程和第一直流量程均小于等于第二预设电流值，第二交流量程和第二直流量程均大于第二预设电流值且小于等于第一预设电流值。一种实施例中，第一预设电流值为200mA，第二预设电流值为20mA。请参考表一和表二分别为各种量程下进行直流电流和交流电流的测量时，各继电器的导通状态。

表一

表二

一种实施例中，在利用万用表的前端电路100进行20mA量程下的直流电流和交流电流的测量时，利用第二取样端子（即LOSENSE）连接电流采样端的正极，利用第二主输入端子（即LO）连接电流采样端的负极，LOSENSE用于获取第一待测电流信号。

请参考图5，一种实施例中，第一交流量程包括2mA和20mA的量程，在进行第一交流量程下的第一待测电流信号测量时，开关模块110包括继电器RL7B、继电器RL8B和继电器RL6C，根据外部输入的命令对各继电器进行控制。LOSENSE连接保险丝F4的第一端，保险丝F4的第二端连接开关模块的第一端，也就是连接到继电器RL7B的第一端（即图5中继电器RL7B的e端），继电器RL7B的第二端（即图5中继电器RL7B的S端）连接继电器RL8B的第一端（即图5中继电器RL8B的e端），继电器RL8B的第二端（即图5中继电器RL8B的S端）连接电阻R68的第二端，继电器RL8B的第二端为开关模块的第二端，电阻R68的第一端连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接第二主输入端子，以构成第一交流量程下的第一待测电流信号的测量回路。继电器RL8B的第二端还连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接继电器RL6C第二端（即图5中继电器RL6C的S端），继电器RL6C的第一端（即图5中继电器RL6C的e端）连接至RMS转换模块的输入端。第一交流量程下的第一待测电流信号经过电容C39和电阻R57组成的采样电路转换为第一交流量程下的第一待测交流电压信号。第一待测交流电压信号经过RMS转换模块转换为第二待测直流电压信号，第二待测直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第一交流量程下的第一待测电流信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第二待测直流电压经过ADC将直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第一交流量程下待测电流信号的测量。

请参考图6，一种实施例中，第二交流量程包括200mA的量程，在进行第二交流量程下的第一待测电流信号测量时，LOSENSE连接保险丝F4的第一端，保险丝F4的第二端连接继电器RL7B的第一端，继电器RL7B的第二端连接继电器RL8B的第一端，继电器RL8B的第三端（即图6中继电器RL8B的R端）连接电阻R69的第二端，继电器RL8B的第三端切换为开关模块的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接第二主输入端子，以构成第二交流量程下第一待测电流信号的测量回路。继电器RL8B的第三端还连接电阻R68的第二端，电阻R68的第一端连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接继电器RL6C第二端，继电器RL6C的第一端连接至RMS转换模块的输入端。第二交流量程下的第一待测电流信号经过电阻R68、电容C39和电阻R57组成的采样电路转换为第二交流量程下的第一待测交流电压信号。第一待测交流电压信号经过RMS转换模块转换为第二待测直流电压信号，第二待测直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第二交流量程下的第一待测电流信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第二待测直流电压信号经过ADC将第二待测直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第二交流量程下第一待测电流信号的测量。

请参考图7，一种实施例中，第一直流量程包括2mA和20mA，在进行第一直流量程下的第一待测电流信号的测量时，开关模块110包括继电器RL7B和继电器RL8B。LOSENSE连接保险丝F4的第一端，保险丝F4的第二端连接开关模块的第一端，也就是连接到继电器RL7B的第一端，继电器RL7B的第二端连接继电器RL8B的第一端，继电器RL8B的第二端连接电阻R68的第二端，继电器RL8B的第二端为开关模块的第二端，电阻R68的第一端连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接第二主输入端子，以构成第一直流量程下第一待测电流信号的测量回路。继电器RL8B的第二端还连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接至多路选择器HI的输入端。第一直流量程下的待测电流信号经过电阻R62的采样电路转换为第一直流量程下的第一待测直流电压信号。多路选择器LO的输入端还连接LO，第一直流量程下的第一待测电流信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第一待测直流电压信号经过ADC将第一待测直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第一直流量程下第一待测电流信号的测量。

请参考图8，一种实施例中，第二直流量程包括200mA的量程，在进行第二直流量程下的第一待测电流信号的测量时，LOSENSE连接保险丝F4的第一端，保险丝F4的第二端连接继电器RL7B的第一端，继电器RL7B的第一端连接继电器RL8B的第一端，继电器RL8B的第三端连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接第二主输入端子，以构成第二直流量程下的第一待测电流信号的测量回路。继电器RL8B的第三端还连接电阻R68的第一端，继电器RL8B的第三端切换为开关模块的第二端，电阻R68的第二端连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接至多路选择器HI的输入端。第二直流量程下的第一待测电流信号经过电阻R68和电阻R62的采样电路转换为第二直流量程下的第一待测直流电压信号。多路选择器LO的输入端还连接LO，第二直流量程下的第一待测电流信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第一待测直流电压信号经过ADC将第一待测直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第二直流量程下第一待测电流信号的测量。

一种实施例中，在利用万用表的前端电路100进行电力参数测量时，还包括第二电流测量量程，第二电流测量量程大于第一预设电流值，即为，利用万用表的前端电路100进行2A和20A电流量程下的直流电流和交流电流的测量。利用电流输入端子（即10A）连接电流采样端的正极，利用第二主输入端子（即LO）连接电流采样端的负极，10A用于获取第二待测电流信号。

请参考图9，一种实施例中，在第二电流测量量程包括2A和20A的交流电流的测量的情况下，10A连接保险丝F3的一端，保险丝F3的第二端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接LO，以构成第二电流测量量程下的第二待测电流信号的交流测量回路。保险丝F3的第二端还连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R68的第二端，电阻R68的第一端连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接继电器RL6C的第二端，继电器RL6C的第一端连接至RMS转换模块的输入端。第二电流测量量程下的第二待测电流信号经过电阻R69、电阻R68、电容C39和电阻R57的采样电路转换为第二待测交流电压信号。第二待测交流电压信号经过RMS转换模块转换为第四待测直流电压信号，第四待测直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第二电流测量量程下的第二待测电流信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第四待测直流电压信号经过ADC将第四待测直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第二电流测量量程下的第二待测电流信号的测量。

请参考图10，一种实施例中，第二电流测量量程还包括2A和20A的直流电流的测量的情况下，10A连接保险丝F3的一端，保险丝F3的第二端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接LO，以构成第二电流测量量程下的第二待测电流信号的直流测量回路。保险丝F3的第二端还连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R68的第二端，电阻R68的第一端连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接至多路选择器HI的输入端。第二电流测量量程下的第二待测电流信号经过电阻R69、电阻R68和电阻R62的采样电路转换为第三待测直流电压信号。第三待测直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接10A，第二电流测量量程下的第二待测电流信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第三待测直流电压信号经过ADC将第三待测直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第二电流测量量程下的第二待测电流信号的测量。

综上，利用本申请提供的万用表的前端电路100就可以实现各种量程的直流电流和交流电流的测量。需要说明的是，在上述任意一种实施例中所阐述的2mA、20mA、200mA、2A和20A均可以根据工程实践进行调整。同时，在各个开关模块的切换根据外部输入的命令进行切换，外部输入的命令包括用户设置或自动检测。

本申请将200mA量程以下的直流电流和交流电流测量的200mA端子集成在LOSENSE端子，可以更为方便的进行200mA以下电流的测量，不再需要单独使用200mA端子进行测试。将200mA量程以下的直流电流和交流电流测量的200mA端子集成在LOSENSE端子，还可以节省空间、减小万用表的体积和重量。同时，将200mA量程以下的直流电流和交流电流测量的200mA端子集成在LOSENSE端子，可以减少接口数量，从而就降低了连接故障的概率，提高了万用表的可靠性。除此之外，将200mA量程以下的直流电流和交流电流测量的200mA端子集成在LOSENSE端子，可以使万用表具备更多的测试功能，例如可以同时进行电流和其他电力参数的测量，从而满足不同测试需求，这样也可以减少不同接口之间的切换，提高测试的效率和方便性。更重要的是，利用本申请的万用表不仅可以实现在进行200mA的电流测量时采用标准附件，还可以实现在进行其余电力参数的测量时同样使用标准附件。

一种实施例中，万用表的前端电路100还包括直流电压测量量程，利用第一主输入端子（即HI）连接直流电压采样端的正极，利用第二主输入端子（即LO）连接直流电压采样端的负极，HI用于获取第五待测直流电压信号。请参考表三为各种量程下进行直流电压的测量时，各继电器的导通状态。

表三

请参考图11，一种实施例中，当直流电压测量量程为200mV量程内的直流电压时，HI获取第五待测直流电压信号，经过R31阻值为100K的电阻进行分压，以生成分压直流电压信号，分压直流电压信号输入至开关模块的第三端，也就是输入至继电器RL1C的第一端（即图11中RL1C的e端），继电器RL1C的第二端（即图11中RL1C的S端）连接多路选择器HI，继电器RL1C的第二端为开关模块的第二端，多路选择器LO的输入端还连接LO，第五待测直流电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×10的差分放大。差分放大后的分压直流电压信号输入到ADC中转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第五待测直流电压信号的测量。在本实施例中，对200mV的直流电压的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图11，一种实施例中，当直流电压测量量程为2V量程内的直流电压时，开关模块110包括继电器RL1C。HI获取第五待测直流电压信号，经过R31阻值为100K的电阻进行分压，以生成分压直流电压信号，分压直流电压信号输入至继电器RL1C的第一端（即图11中RL1C的e端），继电器RL1C的第二端（即图11中RL1C的S端）连接多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第五待测直流电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×1的差分放大。差分放大后的分压直流电压信号输入到ADC中转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第五待测直流电压信号的测量。在本实施例中，对2V的直流电压的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图12，一种实施例中，当直流电压测量量程为20V量程内的直流电压时，开关模块110包括继电器RL2C。HI获取第五待测直流电压信号，开关模块的第三端切换为RL2C的第二端，第五待测直流电压信号输入继电器RL2C的第二端（即图12中RL2C的S端），继电器RL2C的第一端（即图12中RL2C的e端）连接RN1分压电阻，继电器RL2C的第一端切换为开关模块的第四端，RN1分压电阻输出1/100倍的直流电压为分压直流电压信号，分压直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第五待测直流电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×10的差分放大。差分放大后的分压直流电压信号输入到ADC中转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成直流电压信号的测量。在本实施例中，对20V的直流电压的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图12，一种实施例中，当直流电压测量量程为200V量程内的直流电压时，HI获取第五待测直流电压信号，第五待测直流电压信号输入继电器RL2C的第二端，继电器RL2C的第一端连接RN1分压电阻，RN1分压电阻输出1/100倍的直流电压为分压直流电压信号，分压直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第五待测直流电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×1的差分放大。差分放大后的分压直流电压信号输入到ADC中转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第五待测直流电压信号的测量。在本实施例中，对200V的直流电压的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图13，一种实施例中，当直流电压测量量程为1000V量程内的直流电压时，HI获取第五待测直流电压信号，第五待测直流电压信号输入继电器RL2C的第二端，继电器RL2C的第一端连接RN1分压电阻，RN1分压电阻输出1/1000倍的直流电压为分压直流电压信号，分压直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第五待测直流电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通道进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×2的差分放大。差分放大后的分压直流电压信号输入到ADC中转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第五待测直流电压信号的测量。在本实施例中，对1000V的直流电压的测量时模数转换模块的满量程为2V。

综上，利用本申请提供的万用表的前端电路100就可以实现各种量程的直流电压的测量。需要说明的是，在上述任意一种实施例中所阐述的200mV、2V、20V、200V和1000V均可以根据工程实践进行调整。

请参考图14，一种实施例中，万用表的前端电路100还包括交流电压测量量程，利用第一主输入端子（即HI）连接交流电压采样端的正极，利用第二主输入端子（即LO）连接交流电压采样端的负极，HI用于获取第三待测交流电压信号。请参考表四为各种量程下进行交流电压的测量时，各继电器的导通状态，根据表四可得在进行不同量程的交流电压测量时，各继电器的导通状态相同。

表四

一种实施例中，HI连接继电器RL3C的第一端（即图14中RL3C的e端），继电器RL3C的第三端（即图14中RL3C的R端）连接继电器RL5C的第三端（即图14中RL5C的R端），继电器RL5C的第一端（即图14中RL5C的e端）连接隔直电容C8的第一端，隔直电容C8的第二端连接继电器RL6C的第三端（即图14中RL6C的R端），继电器RL6C的第一端（即图14中RL6C的e端）连接RMS转换模块，以将第三待测交流电压信号转换为第六待测直流电压信号，第六待测直流电压信号输入至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，第三待测交流电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通信进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的第六待测直流电压信号经过ADC将第六待测直流电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成第四待测交流电压信号的测量。在本实施例中，对交流电压的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图15，一种实施例中，万用表的前端电路100还包括二线电阻测量量程，利用第一主输入端子（即HI）连接二线电阻的第一电阻采样端，利用第二主输入端子（即LO）连接二线电阻的第二电阻采样端。请参考表五为各种电阻下进行二线电阻的测量时，各继电器的导通状态。根据表五可得在进行不同电阻的二线电阻测量时，各继电器的导通状态相同。

表五

一种实施例中，多量程电流源输出不同标准的电流，电流输入二极管D11的输入端，二极管D11的输出端连接继电器RL4C的第一端（即图15中RL4C的e端），继电器RL4C的第三端（即图15中RL4C的R端）连接继电器RL3C的第二端（即图15中RL3C的S端），继电器RL3C的第一端（即图15中RL3C的e端）连接HI，以对二线电阻输入电流，使得被测二线电阻产生待测二线电阻电压信号。待测二线电阻电压信号经过HI连接至电阻R31的第一端，电阻R31的第二端连接继电器RL1C的第一端，继电器RL1C的第二端连接至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，待测二线电阻电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通信进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行差分放大。差分放大后的待测二线电阻电压信号经过ADC将待测二线电阻电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成二线电阻的测量。在本实施例中，对二线电阻的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图16，一种实施例中，万用表的前端电路100还包括四线电阻测量量程，在进行四线电阻的测量时，需要在测量的电路中加入两个额外的引线，分别用于测量电流和电压。这样可以消除接触电阻和导线电阻等因素对测量结果的影响，提高测量精度。因此，在本实施例中进行四线电阻测量时，利用第一主输入端子（即HI）连接四线电阻的第一电流采样端，利用第二主输入端子（即LO）连接四线电阻的第二电流采样端，第一取样端子（即HISENSE）连接四线电阻的第一电压采样端，第二取样端子（即LOSENSE）连接四线电阻的第二电压采样端。请参考表六为各种电阻下进行四线电阻的测量时，各继电器的导通状态。根据表六可得在进行不同电阻的四线电阻测量时，各继电器的导通状态相同。

表六

一种实施例中，多量程电流源输出不同标准的电流，电流输入二极管D11的输入端，二极管D11的输出端连接继电器RL4C的第一端，继电器RL4C的第三端连接继电器RL3C的第二端，继电器RL3C的第一端连接HI，以对四线电阻输入电流，使得被测四线电阻产生待测四线电阻电压信号。待测四线电阻电压信号输入HISENSE，HISENSE经过电阻R98连接至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，待测四线电阻电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通信进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×1倍数的差分放大。差分放大后的待测四线电阻电压信号经过ADC将四线电阻电压转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成四线电阻的测量。在本实施例中，对四线电阻的测量时模数转换模块的满量程为2V。

请参考图15，一种实施例中，万用表的前端电路100还包括二极管测量量程，利用第一主输入端子（即HI）连接二极管的正极采样端，利用第二主输入端子（即LO）连接二极管的负极采样端。

一种实施例中，多量程电流源输出1mA的电流，电流输入二极管D11的输入端，二极管D11的输出端连接继电器RL4C的第一端，继电器RL4C的第三端连接继电器RL3C的第二端，继电器RL3C的第一端连接HI，以对二极管输入电流，使得待测二极管产生待测二极管电压信号。待测二极管电压信号经过HI连接至电阻R31的第一端，电阻R31的第二端连接继电器RL1C的第一端，继电器RL1C的第二端连接至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接第二主输入端子，待测二极管电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通信进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×1倍数的差分放大。差分放大后的待测二极管电压信号经过ADC将待测二极管电压信号转换为数字量，该数字量经过MCU显示，以完成二极管的测量。在二极管测量时，测量结果小于0.7V为二极管压降，大于模数转换模块2V的满量程为二极管反向，显示为过量程Overload。

请参考图17，一种实施例中，万用表的前端电路100还包括电容测量量程，第一主输入端子（即HI）连接电容的第一电容采样端，第二主输入端子（即LO）连接电容的第二电容采样端。参考表七为进行电容的测量时，各继电器的导通状态。

表七

一种实施例中，请参考图18a和图18b为电容测量原理图，在电容进行充电时，多量程电流源输出不同标准的电流Iref，电流输入二极管D11的输入端，二极管D11的输出端连接继电器RL4C的第一端，继电器RL4C的第三端连接继电器RL3C的第二端，继电器RL3C的第一端连接HI，以对电容进行充电。在电容进行放电时，HI连接电阻R31的第一端，电阻R31的第二端连接继电器RL3C的第一端，继电器RL3C的第二端连接继电器RL4C的第二端，继电器RL4C的第一端连接二极管D12的输入端，二极管D12的输出端连接放电模块，以完成电容的放电。在电容进行放电的过程中，多量程电流源关闭。HI获取待测电容电压信号，并连接电阻R31的第一端，电阻R31的第二端连接继电器RL1C的第一端，继电器RL1C的第二端连接继电器RL1C的第二端连接至多路选择器HI，多路选择器LO的输入端还连接LO，待测电容电压信号经过多路选择器HI和多路选择器LO的差分输入后选择对应的信号通信进行测量，再经过差分放大/衰减/射随模块进行×1倍数的差分放大。差分放大后的电容电压经过ADC将电容电压转换为数字量，利用∆V表示电容电压。在进行电容测量时，使用Iref对电容进行充电，在∆T时间上升的电压∆V，使用公式C=Iref×∆T/∆V计算电容值。

一种实施例中，在利用万用表的前端电路100进行通断功能测量，可以使用电阻2K量程测量数值，在软件上设置一个门限50欧姆，小于50欧姆驱动蜂鸣器发声。

请参考图19，本申请另外一种实施例提供一种万用表200，该万用表采用上述任意一种实施例中所阐述的万用表的前端电路100，由于万用表的前端电路100在上述各实施例中已经阐述清楚，此处不再赘述。除此之外，万用表200还包括放大模块140、模数转换模块150和控制单元160。放大模块140连接于万用表的前端电路100，以对信号进行放大。模数转换模块150连接于放大模块，用于获取放大后的信号，并将放大后的信号的模拟量转换为数字量。控制单元连接于模数转换模块，用于获取数字量并进行显示。同时，放大模块140、模数转换模块150和控制单元160 在万用表中的具体应用在上述任意一种实施例中已阐述清楚，此处不再赘述。

以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表至少包括两个第一电流测量量程，所述两个第一电流测量量程均小于等于第一预设电流值，所述两个第一电流测量量程包括交流量程和直流量程，包括：

第二取样端子，连接电流采样端的正极；第二主输入端子，连接电流采样端的负极；所述第二取样端子用于获取第一待测电流信号；

两个第一待测电流采样电路，所述两个第一待测电流采样电路分别用于将所述交流量程和直流量程下的第一待测电流信号转换为第一待测电压信号；其中，所述第一待测电压信号包括第一待测直流电压信号或第一待测交流电压信号；

开关模块，所述开关模块具有第一端和第二端，所述第一端连接于所述第二取样端子，所述第二端在所述两个第一待测电流采样电路之间进行切换，用于根据外部输入的命令确定所述第一待测电流信号对应的测量量程，基于所确定的测量量程，将所述第二端连接至所述两个第一待测电流采样电路中的一个；

转换模块，用于获取所述第一待测交流电压信号，并将所述第一待测交流电压信号转换为第二待测直流电压信号；

选择模块，连接于所述开关模块和转换模块，用于获取所述第一待测直流电压信号和所述第二待测直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第一待测电流信号的测量。

2.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述两个第一电流测量量程包括交流量程和直流量程，包括：

所述交流量程包括第一交流量程和第二交流量程，所述直流量程包括第一直流量程和第二直流量程；所述第一交流量程和第一直流量程均小于等于第二预设电流值，所述第二交流量程和第二直流量程均大于所述第二预设电流值且小于等于第一预设电流值；

所述直流量程对应的第一待测电流采样电路包括电阻R62、电阻R68、电阻R69和电阻R70；

所述交流量程对应的第一待测电流采样电路包括电容C39、电阻R57、电阻R68、电阻R69和电阻R70；

当交流量程为第一交流量程时，所述开关模块的第二端连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接转换模块的输入端；

当交流量程为第二交流量程时，所述开关模块的第二端连接电阻R68的第一端，电阻R68的第二端连接电容C39的第一端，电容C39的第二端连接电阻R57的第一端，电阻R57的第二端连接转换模块的输入端；

当直流量程为第一直流量程时，所述开关模块的第二端连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接转换模块的输入端；

当直流量程为第二直流量程时，所述开关模块的第二端连接电阻R68的第一端，电阻R68的第二端连接电阻R62的第一端，电阻R62的第二端连接转换模块的输入端；

所述电阻R68的第一端还连接电阻R69的第二端，电阻R69的第一端连接电阻R70的第二端，电阻R70的第一端连接第二主输入端子。

3.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表还包括第二电流测量量程，所述第二电流测量量程大于第一预设电流值，包括：

电流输入端子，电流输入端子连接电流采样端的正极，第二主输入端子连接电流采样端的负极；所述电流输入端子用于获取第二待测电流信号；

两个第二待测电流采样电路，所述两个第二待测电流采样电路将所述第二电流测量量程下的第二待测电流信号转换为第二待测电压信号，所述第二待测电压信号包括第三待测直流电压信号或第二待测交流电压信号；

转换模块获取所述第二待测交流电压信号，并将所述第二待测交流电压信号转换为第四待测直流电压信号；

选择模块获取所述第三待测直流电压信号和所述第四待测直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第二待测电流信号的测量。

4.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表还包括直流电压测量量程，包括：

第一主输入端子，连接直流电压采样端的正极；第二主输入端子，连接直流电压采样端的负极；所述第一主输入端子用于获取第五待测直流电压信号；

分压电路，所述分压电路用于对所述第五待测直流电压信号进行分压，以生成分压直流电压信号；

所述开关模块还具有第三端和第四端，所述第三端连接于所述第一主输入端子，所述第四端在所述分压电路之间进行切换，用于根据外部输入的命令确定所述第五待测直流电压信号对应的直流电压测量量程，基于所确定的直流电压测量量程，将所述第四端连接至所述直流电压测量量程对应的分压电路；

选择模块获取所述分压直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第五待测直流电压信号的测量。

5.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表还包括交流电压测量量程，包括：

第一主输入端子，连接交流电压采样端的正极；第二主输入端子，连接交流电压采样端的负极；所述第一主输入端子用于获取第三待测交流电压信号；

转换模块获取所述第三待测交流电压信号，并将所述第三待测交流电压信号转换为第六待测直流电压信号；

选择模块获取所述第六待测直流电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行第三待测交流电压信号的测量。

6.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表还包括二线电阻测量量程，包括：

第一主输入端子，所述第一主输入端子连接二线电阻的第一电阻采样端；第二主输入端子，所述第二主输入端子连接二线电阻的第二电阻采样端；

电流源模块，用于对待测二线电阻进行供电，以使所述第一主输入端子获取到待测二线电阻电压信号；

选择模块获取所述待测二线电阻电压，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行待测二线电阻电压信号的测量。

7.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表还包括四线电阻测量量程，包括：

第一主输入端子，所述第一主输入端子连接四线电阻的第一电流采样端；第二主输入端子，所述第二主输入端子连接四线电阻的第二电流采样端；第一取样端子，所述第一取样端子连接四线电阻的第一电压采样端，所述第二取样端子连接四线电阻的第二电压采样端；

电流源模块，用于输出电流至第一主输入端子，使得待测四线电阻生成待测四线电阻电压，所述第一取样端子用于获取所述待测四线电阻电压信号；

选择模块获取所述待测四线电阻电压，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行待测四线电阻电压信号的测量。

8.如权利要求1所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述万用表还包括电容测量量程，包括：

第一主输入端子，所述第一主输入端子连接电容的第一电容采样端；第二主输入端子，所述第二主输入端子连接电容的第二电容采样端；

放电模块，连接于所述第一主输入端子，用于对待测电容进行放电，以使所述第一主输入端子获取到待测电容电压信号；

电流源模块，连接于所述第一主输入端子，用于对待测电容进行充电，以使所述第一主输入端子获取到待测电容电压信号；

选择模块获取所述待测电容电压信号，以选择对应的信号通道，并输出信号至对应的万用表的信号通道进行待测电容电压信号的测量。

9.如权利要求1、3或4任意一项所述的万用表的前端电路，其特征在于，所述外部输入的命令包括用户设置或自动检测。

10.一种万用表，其特征在于，包括：

万用表的前端电路，所述万用表的前端电路如权利要求1-9任意一项所述的万用表的前端电路；

放大模块，连接于所述万用表的前端电路，以对信号进行放大；

模数转换模块，连接于所述放大模块，用于获取所述放大后的信号，并将所述放大后的信号的模拟量转换为数字量；

控制单元，连接于所述模数转换模块，用于获取所述数字量并进行显示。