CN201489089U - 一种开关量测量电路 - Google Patents

Abstract

一种开关量测量电路，包括开关和数据采集仪，还包括对开关进行电气隔离的数据采集隔离单元，数据采集隔离单元采集开关的开关量信号、并将处理后的信号送至数据采集仪。采用数据采集隔离单元采集开关的开关量信号并对开关进行隔离，被测开关电路的信号不会对开关量测量电路产生干扰；且当被测开关为有源开关时，即开关电路接有工作电源时，开关量测量电路的数据采集仪等测量仪器不会因受到开关电路的高电位差而损坏，所以本实用新型开关量测量电路提高了开关量测量的准确性、可靠性和安全性，并且无需如现有技术通过对无源开关增加外置电源而对开关量进行测量，使得开关量测量电路使用起来更方便。

Description

一种开关量测量电路

技术领域

本实用新型涉及电路测量领域，特别是涉及一种开关量测量电路。

背景技术

发电厂的一些需要定期试验的项目中，经常需要通过开关量测量电路对回路中开关的开关量进行测量。现有的开关量测量电路测量触点类开关量信号时都需要外置电源，即通过接通外置电源后测量由电源、开关和开关量测量电路构成的串联回路是否有电流来判断开关信号量。由于开关量测量电路直接串接在开关上，所以如果开关的原电路中有高电压电源时，开关原来电路中的高电压很容易损坏开关量测量电路的测量仪器，因此现有的开关量测量电路需要被测开关的电路提供独立的无源触点。而当出现一些被测开关电路系统无法提供独立的无源触点的情况时，现有的开关量测量电路将无法进行开关量的测量，即现有技术的开关量测量电路已不能满足各种不同的场合使用需求。并且由于现有的开关量测量电路大都通过采集模拟量信号进行开关量的测量，故当开关量信号与模拟量信号混合后，测量时存在电位差容易对测量仪器造成干扰，甚至损坏测量仪器，所以，现有的开关量测量电路的可靠性、安全性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种无需外置电源、能适用于各种有源开关和无源开关测量、可靠性好、安全性高的开关量测量电路。

本实用新型的目的通过以下技术措施实现：

一种开关量测量电路，包括开关和数据采集仪，述开关量测量电路还包括对所述开关进行电气隔离的数据采集隔离单元，所述数据采集隔离单元采集所述开关的开关量信号、并将处理后的信号送至所述数据采集仪。

优选地，上述数据采集隔离单元包括阻抗变压器、方波驱动电路和负载电路，所述方波驱动电路、阻抗变压器初级线圈和负载电路依次串联后接信号地，所述阻抗变压器初级线圈和负载电路的公共端与所述数据采集仪的输入端连接，所述开关的两端分别与所述阻抗变压器次级线圈的两端连接。

优选地，上述负载电路为电阻R1。

优选地，上述数据采集隔离单元还包括将双极性电压整流为单极性电压的整流电路，所述阻抗变压器次级线圈和所述开关通过所述整流电路连接。

优选地，上述整流电路为二极管桥式整流电路，包括二极管D1、D2、D3和D4，其中D1的负极与D3的正极相连，D2的负极与D4的正极相连，D1的正极和D2的正极分别与所述开关的一端相连，D3的负极和D4的负极分别与所述开关的另一端相连，所述阻抗变压器次级线圈的一端与D2和D4的公共端相连，所述阻抗变压器次级线圈的另一端与D1和D3的公共端相连。

优选地，上述方波驱动电路包括依次串联的振荡电路、方波整形电路和输出驱动电路。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：由于采用数据采集隔离单元采集开关的开关量信号并对开关进行隔离，使得被测开关电路的信号不会对开关量测量电路产生干扰；且当被测开关为有源开关时，即开关电路接有工作电源时，开关量测量电路的数据采集仪等测量仪器不会因受到开关电路的高电位差而损坏，所以本实用新型开关量测量电路提高了开关量测量的准确性、可靠性和安全性。并且，采用数据采集隔离单元采集开关的开关量信号，无需如现有技术通过对无源开关增加外置电源而对开关量进行测量，使得开关量测量电路使用起来更方便。

附图说明

图1是本实用新型的一种开关量测量电路第一种实施方式的电路示意图；

图2是本实用新型的一种开关量测量电路第二种实施方式的电路示意图；

图3是本实用新型的一种开关量测量电路的方波驱动电路的电路示意图；

图4是本实用新型的一种开关量测量电路的方波驱动电路输出的方波波形示意图；

图5是本实用新型的一种开关量测量电路开关开路时数据采集仪采集的波形示意图；

图6是本实用新型的一种开关量测量电路开关闭合时数据采集仪采集的波形示意图；

图7是本实用新型的一种开关量测量电路的三极管式开关的连接示意图；

图8是本实用新型的一种开关量测量电路的具有被测系统开关量输入电路的触点开关的连接示意图；

图9是本实用新型的一种开关量测量电路的接有直流电源和负载的触点开关的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型的一种开关量测量电路的第一种实施方式，如图1所示，包括：开关100、数据采集仪200、对开关100进行电气隔离的数据采集隔离单元300，数据采集隔离单元300采集开关100的开关量信号、并将处理后的信号送至数据采集仪200。

采集开关100的开关量信号并对开关100进行电气隔离的数据采集隔离单元300、以及读取并显示数据采集隔离单元300数据的数据采集仪200。采用数据采集隔离单元300采集开关100的开关量信号并对开关100进行隔离，被测开关100电路的信号不会对开关量测量电路产生干扰；且当被测开关100为有源开关100时，即开关100电路接有工作电源时，开关量测量电路的数据采集仪200等测量仪器不会因受到开关100电路的高电位差而损坏，所以本实用新型开关量测量电路提高了开关量测量的准确性、可靠性和安全性。并且，采用数据采集隔离单元300采集开关100的开关量信号，无需如现有技术通过对无源开关100增加外置电源而对开关量进行测量，使得开关量测量电路使用起来更方便。

具体地，如图1所示，数据采集隔离单元300包括：数据采集隔离单元300包括阻抗变压器310、方波驱动电路320和负载电路330，方波驱动电路320、阻抗变压器310初级线圈和负载电路330依次串联后接信号地，阻抗变压器310初级线圈和负载电路330的公共端与数据采集仪200的输入端连接，开关100的两端分别与阻抗变压器310次级线圈的两端连接。负载电路330可以为电阻R1。

其工作原理为：a、通过方波驱动电路320，输出一个方波电源，提供阻抗变压器310电路、负载电路330工作所需要的工作电源。方波驱动电路320输出的电压波形如图4所示。b、开关量测量电路通过阻抗变压器310电路实现开关100的电气隔离。当被测开关100开路时，相当于阻抗变压器310次级线圈L2开路，这时阻抗变压器310的初级线圈L1呈现高阻抗状态(阻抗主要取决于初级线圈L1静态电感量的大小)。反之当被测开关100闭合时，相当于阻抗变压器310的次级线圈L2短路，这时阻抗变压器310的初级线圈L1呈现低阻抗状态(阻抗主要取决于外测量线路、阻抗变压器310初级线圈L1和次级线圈L2直流电阻值的大小)。开关量测量电路通过负载电路330，将阻抗变压器310初级阻抗的变化转换为电压幅值的变化。c、负载电路330电阻R1与阻抗变压器310初级线圈L1构成了串联电路，负载电路330输出接到数据采集仪200的输入通道。信号变换原理是：当阻抗变压器310的初级线圈L1呈现高阻抗状态时，串联电路电流较小，负载电路330电阻R1两端电压幅值较低，反之当阻抗变压器310的初级线圈L1呈现低阻抗状态时，串联电路电流较大，负载电路330电阻R1两端的电压幅值较高，由此可判断被测触点的开路或闭合状态。

当被测开关100开路时，数据采集仪200采集的波形图如图5所示；当被测开关100闭合时，数据采集仪200采集的波形图如图6所示。抗变压器并非为理想变压器，在次级线圈L2开路时、初级线圈L1阻抗不会无穷大，而在次级线圈L2短路时、初级线圈L1阻抗也不会为零。为了便于制作和综合考虑，阻抗变压器310初级线圈L1的静态电感量也不可能取的很大，目的是降低线圈的直流电阻值。因此在被测触点开路时其输出仍有一定的幅值、输出波形近似为三角波。在被测触点闭合时，其输出幅值也低于驱动方波的幅值，输出波形有一定的斜坡。对开关量信号进行判断时，仅需对采集到的数据绝对值进行定性判断。

如图3所示，方波驱动电路320包括依次串联的振荡电路321、方波整形电路322和输出驱动电路323。

其中，振荡电路321：由C1、R3、R4、带斯密特触发器的二输入与非门Q1构成，振荡频率由C1、R3、R4的参数和Q1输出翻转对应的输入电压参数共同决定，R4用于调节振荡电路321的振荡频率。

方波整形电路322：由一个D触发器Q2构成，作用是将输入空占比不确定振荡信号变换为空占比固定为50％的对称方波输出，其输出频率为输入的0.5倍。

输出驱动电路323：由2个互补的MOV功率器件T1、T2构成，作用是提高输出带负载能力。方波驱动电路320实施例如图3所示。

作为本实用新型的一种实施方式，数据采集隔离单元300参数可设置为：a、方波驱动电路320频率取数据采集仪200的采样频率的0.5-5.0倍之间，本实施例选取3KHz。b、驱动方波幅值选择：取数据采集仪200器信号量程的0.5倍，本实施例为±5V。c、阻抗变压器310电路参数：本实施例阻抗变压器310选用微形硅钢片铁芯材料，初级、次级阻抗比取0.25，初级静态电感量取0.2H，初级直流电阻不大于10Ω，次级直流电阻不大于20Ω。d、负载电路330参数：本实施例负载电阻R1取130Ω/0.5W。e、驱动方波电路参数：C3取0.01uF/60V、R 3取10K/0.5W、R4取可调100K/0.5W、Q1选4093、Q2选4013、T1选IRF9530、T2选IRF530，工作电源选±5V/2A的小型开关电源。当然，以上各参数可根据需要设置满足开关量测量需求的其他数值。

对开关量信号进行判断时，仅需对采集到的数据绝对值进行定性判断。根据图5给出的结果，当被测开关100开路时、输出电压绝对值小于1.1V；而如图6所示，被测开关100闭合时、输出电压绝对值大于3.9V。因此，当数据绝对值大于2.3V时、判断被测量触点为闭合状态，反之，当数据绝对值小于2.3V时、判断被测量触点为开路状态。

由于采阻抗变压器310对开关100进行隔离，使得被测开关100电路的信号不会对开关量测量电路产生干扰，即开关量测量准确、可靠；并且开关100电路的高电压不与数据采集仪200直接连接，所以数据采集仪200等测量仪器不会因受到开关100电路的高电位差而损坏，开关量测量电路具有安全、可靠、耐用的优点；另外通过阻抗变压器310初级线圈L1和次级线圈L2、方波驱动电路320和负载电路330电阻R1，将开关量信号的变化转换为电压信号的变化，即可通过数据采集仪200采集的电压值判断开关量，开关量测量电路具有操作性强、操作方便的优点。

如图2所示，作为本实用新型一种开关量测量电路的第二种较佳实施方式：数据采集隔离单元300还包括将双极性电压整流为单极性电压的整流电路340，阻抗变压器310次级线圈和开关100通过该整流电路340连接。

具体地，整流电路340为二极管桥式整流电路340，包括二极管D1、D2、D3和D4，D1的负极与D 3的正极相连，D2的负极与D4的正极相连，D1的正极和D2的正极分别与所述开关100的一端相连，D3的负极和D4的负极分别与所述开关100的另一端相连，所述阻抗变压器310次级线圈的一端与D2和D4的公共端相连，其另一端与D1和D3的公共端相连。

本实施例在实施例1的基础上增加了整流电路340，即由D1、D2、D3、D4二极管桥式整流电路340构成，其作用是将阻抗变压器310次级的双极性电压整流为单极性电压，因而该开关量测量电路可以用于多种形式的开关量输入信号。当被测开关100开路时，数据采集仪200采集的波形图如图5所示；当被测开关100闭合时，数据采集仪200采集的波形图如图6所示。与第一种实施方式不同的是：由于增加了二极管桥式整流电路340，在被测触点闭合时，D1、D2、D3、D4二极管桥式整流电路340有一定的导通电阻，增加了阻抗变压器310次级阻抗，因此阻抗变压器310的初级阻抗比第一种实施方式的阻抗高，所以，第二种实施方式输出的电压比第一种实施方式的低。

作为本实用新型的一种实施方式，数据采集隔离单元300参数可设置为：a、方波驱动电路320频率取数据采集仪200的采样频率的0.5-5.0倍之间，本实施例选取3KHz。b、驱动方波幅值选择：取数据采集仪200器信号量程的0.5倍，本实施例为±5V。c、阻抗变压器310电路参数：本实施例阻抗变压器310选用微形硅钢片铁芯材料，初级、次级阻抗比取0.25，初级静态电感量取0.2H，初级直流电阻不大于10Ω，次级直流电阻不大于20Ω。d、负载电路330参数：本实施例负载电阻R1取130Ω/0.5W。e、整流电路340参数：D1、D2、D3、D4选反向耐压参数大于600V、正向电流参数大于0.1A的普通开关100二极管。f、驱动方波电路参数：C3取0.01uF/60V、R3取10K/0.5W、R4取可调100K/0.5W、Q1选4093、Q2选4013、T1选IRF9530、T2选IRF530，工作电源选±5V/2A的小型开关电源。当然，以上各参数可根据需要设置满足开关量测量需求的其他数值。

对开关量信号进行判断时，仅需数据采集仪200对采集到的数据绝对值进行定性判断。根据图5给出的结果，当被测触点开路时、输出电压绝对值小于1.1V；而如图6所示，被测触点闭合时、输出电压绝对值大于3.3V。因此，当数据绝对值大于2.3V时、判断被测量触点为闭合状态，反之，当数据绝对值小于2.3V时、判断被测量触点为开路状态。

由于采阻抗变压器310对开关100进行隔离，使得被测开关100电路的信号不会对开关量测量电路产生干扰，即开关量测量准确、可靠；并且开关100电路的高电压不与数据采集仪200直接连接，所以数据采集仪200等测量仪器不会因受到开关100电路的高电位差而损坏，开关量测量电路具有安全、可靠、耐用的优点；另外通过阻抗变压器310初级线圈L1和次级线圈L2、方波驱动电路320和负载电路330电阻R1，将开关量信号的变化转换为电压信号的变化，即可通过数据采集仪200采集的电压值判断开关量，开关量测量电路具有操作性强、操作方便的优点。

在本实用新型的第一种实施方式中，由于阻抗变压器310次级线圈L2输出的是交流电压，所以第一种实施方式的开关100只能是普通的、没有极性要求的开关100，例如普通触点开关100。

而本实用新型第二种实施方式中，由于整流电路340将双极性电压整流为单极性电压，即整流电路340输出的是直流电压，所以第二种实施方式的开关100可适用于各种接有直流电源的开关100。如图7所示，实施例2的开关100可以是测量三极管集电极和发射极两端开关量信号的三极管式开关100；如图8所示，实施例2的开关100可以是与被测系统开关量输入电路600连接的触点开关100；如图9所示，实施例2的开关100可以是接有直流电源和负载700的开关100等等。具体连接关系为：如图7所示，整流电路340输出的正极与三极管的集电极相连，整流电路340输出的负极与三极管的发射极相连；当三极管的基极输入一定值电压时，三极管的集电极和发射极导通；否则，三极管的集电极和发射极导通断开。当开关100为被测系统开关量输入电路600连接的触点开关100时，如图8所示，为保证开关量测量电路正常工作，被测系统开关量输入电路600的正极与整流电路340输出的正极相连，被测系统开关量输入电路600的负极与整流电路340输出的负极相连。当开关100接有直流电源和负载700时，如图9所示，直流电源的正极与整流电路340输出的正极相连，直流电源的负极(经过负载700后)与整流电路340输出的负极相连。后面两种连接方式的原理是使得整流电路340与被测系统构成背压连接方式，即被测系统开关量输入电路600和直流电源与整流电路340互不导通，采用这种连接方式，开关量测量电路可不影响开关100自身的连接电路。

综上所述，由于采用数据采集隔离单元300采集开关100的开关量信号并对开关100进行隔离，使得被测开关100电路的信号不会对开关量测量电路产生干扰；且当被测开关100为有源开关100时，即开关100电路接有工作电源时，开关量测量电路的数据采集仪200等测量仪器不会因受到开关100电路的高电位差而损坏，所以本实用新型开关量测量电路提高了开关量测量的准确性、可靠性和安全性。并且，采用数据采集隔离单元300采集开关100的开关量信号，无需如现有技术通过对无源开关100增加外置电源而对开关量进行测量，使得开关量测量电路使用起来更方便。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种开关量测量电路，包括开关和数据采集仪，其特征在于：所述开关量测量电路还包括对所述开关进行电气隔离的数据采集隔离单元，所述数据采集隔离单元采集所述开关的开关量信号、并将处理后的信号送至所述数据采集仪。

2.根据权利要求1所述的开关量测量电路，其特征在于：所述数据采集隔离单元包括阻抗变压器、方波驱动电路和负载电路，所述方波驱动电路、阻抗变压器初级线圈和负载电路依次串联后接信号地，所述阻抗变压器初级线圈和负载电路的公共端与所述数据采集仪的输入端连接，所述开关的两端分别与所述阻抗变压器次级线圈的两端连接。

3.根据权利要求2所述的开关量测量电路，其特征在于：所述负载电路为电阻R1。

4.根据权利要求3所述的开关量测量电路，其特征在于：所述数据采集隔离单元还包括将双极性电压整流为单极性电压的整流电路，所述阻抗变压器次级线圈和所述开关通过所述整流电路连接。

5.根据权利要求4所述的开关量测量电路，其特征在于：所述整流电路为二极管桥式整流电路，包括二极管D1、D2、D3和D4，其中D1的负极与D3的正极相连，D2的负极与D4的正极相连，D1的正极和D2的正极分别与所述开关的一端相连，D3的负极和D4的负极分别与所述开关的另一端相连，所述阻抗变压器次级线圈的一端与D2和D4的公共端相连，所述阻抗变压器次级线圈的另一端与D1和D3的公共端相连。

6.根据权利要求5所述的开关量测量电路，其特征在于：所述方波驱动电路包括依次串联的振荡电路、方波整形电路和输出驱动电路。

7.根据权利要求1至6任一项所述的开关量测量电路，其特征在于：所述开关为触点开关。

8.根据权利要求4至6任一项所述的开关量测量电路，其特征在于：所述开关为用于测量三极管集电极和发射极两端开关量信号的三极管式开关。

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