CN201681107U - 一种自动控制量程的测量装置 - Google Patents

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穆明建
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Abstract

本实用新型为一种自动控制量程的测量装置，主要解决了现有测量装置依靠人工调节测量量程、可靠性和精度低的问题。该自动控制量程的测量装置，包括信号输入端、运算放大器、A/D转换器、微控制器和信号输出端，信号输出端一般为液晶屏，运算放大器与A/D转换器之间设置有可编程增益放大器，可编程增益放大器、A/D转换器与微控制器的内核形成闭环的自动增益调整电路。该自动控制量程的测量装置操作简单，由微控制器通过程序控制，不含有机械动作部件，增加了仪表可靠性。

Description

一种自动控制量程的测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种电力系统中测量电流、电压的测量装置，具体涉及一种可自动控制量程的测量装置。
背景技术
目前，电力系统中测量电流、电压的测量装置在测量前需先预估被测值的范围，根据预估值设置好测量量程(手动档位)：200mA或2A、20A等，以满足测量精度要求，然后进行测量。若之前的预估错误，则需要重新拨动手动档位设定量程，匹配被测电流或电压；尤其是当预估值小于被测值，不仅可能需要多次重复拨动手动档位设定合适的量程，而且由于大电流或大电压对测量装置内部电路的冲击，易导致测量装置的核心部件的损伤，降低了测量装置的使用寿命。
由于量程选择方式为手动选择，不仅操作烦琐，而且容易因长期拨动手动档位，造成测量装置的机械性误差和错误，降低了可靠性。另外开关为机械部件，本身也存在机械寿命、灰尘、触电氧化等因素影响。
量程划分受到操纵方法的限制，且测量装置面板和内部电路的空间和处理能力有限，量程很难再进一步划分，一般最多不过3-4个。如在原来的基础上要满足测量精度，对后级信号调整电路的要求就会提高，在制作成本和工艺上相应的难度增大。
实用新型内容
本实用新型提供一种自动控制量程的测量装置，主要解决了现有测量装置依靠人工调节测量量程、可靠性和精度低的问题。
本实用新型的技术解决方案如下：
该自动控制量程的测量装置，包括信号输入端、运算放大器、A/D转换器、微控制器和信号输出端，信号输出端一般为液晶屏，其特征在于：所述运算放大器与A/D转换器之间设置有可编程增益放大器，可编程增益放大器、A/D转换器与微控制器的内核形成闭环的自动增益调整电路。
上述微控制器的内核为具有控制A/D采样、计算当前输入信号所处于的量程和控制可编程增益放大器增益的功能的微处理器。
上述的运算放大器与可编程增益放大器匹配，运算放大器的增益与可编程增益放大器的增益叠加后满足自动增益调整电路的信号放大需求。
上述自动控制量程的测量装置的电源分为VCC、AGND、GND三种电压，VCC为微控制器和模拟电路的电源；AGND为模拟电路的参考中点电压；GND为微控制器和模拟电路的接地端。
上述信号输入端包括输入选择开关、I/V转换器。
上述I/V转换器和运算放大器采用OPA2277运算放大器，微控制器选用C8051F系列单片机。
上述的微处理器单独连接有存储器，存储器用于存储数据，保存量程划分参数。
上述可编程增益放大器、A/D转换器与微控制器的内核是共同集成封装为一体的模块。
本实用新型的优点在于：
1、操作简单，由微控制器通过程序控制，自动调节运算放大器的增益，将输入信号调整至满足测量精度要求。
2、不含有机械动作部件，增加了仪表可靠性。
3、可以在整个测量范围上划分为多个量程。量程划分及切换完全由微控制器完成，使用者不需要干预，所以可以划分出更多的量程。降低对后级信号调整电路的要求，降低成本。
附图说明
图1为传统系列双钳伏安相位表电路原理示意图；
图2为本实用新型自动控制量程的测量装置结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详述：如图2所示，
该自动控制量程的测量装置包括输入选择开关J、I/V转换器、运算放大器、微控制器和液晶屏，其中运算放大器用来补偿可编程增益放大器增益不足，微控制器包括可编程增益放大器、内核和A/D转换器。
I/V转换器和运算放大器采用OPA2277运算放大器，微控制器选用C8051F系列单片机。
该测量装置有独立的电源模块，电源分为VCC、AGND、GND三种电压，VCC为3.3V，用做微控制器和模拟电路的电源；AGND为1.5V，用做模拟电路的参考中点电压；GND为0V，作为微控制器和模拟电路的接地端。
硬件功能说明：输入选择开关J、I/V转换器构成信号的输入级，实现信号的选择与输入。运算放大器和微控制器内部的可编程增益放大器、A/D转换器、内核构成自动增益调整电路，用来处理信号。微控制器的内核和A/D转换器构成数据采集、处理，负责计算出结果。
自动量程实现：由控制程序和硬件两部分组成，其中控制程序存在于微控制器内核中，硬件部分含有以下几个部件。
微控制器内部的可编程增益放大器，用来根据信号所处于的量程调整信号增益；微控制器内部的A/D转换器，用来采集经过调整后的信号。
微控制器内核，由内部的程序完成控制A/D采样、计算当前输入信号所处于的量程和控制可编程增益放大器的增益。
本实用新型的自动控制量程的测量装置动态工作过程如下：
当测量电流时，由电流钳感应电流信号，然后经过开关J进入自动增益调整电路。信号经过运算放大器、可编程增益放大器后，微控制器内核控制A/D采样、计算获得信号的有效值；然后由微控制器判断出信号所在的量程，并根据判断出的量程重新设置微控制器内部的可编程增益放大器的增益；由于重新调整量程后可编程增益放大器的增益可能无法满足放大倍数，因此设置于其前一环节的运算放大器应当有足够的放大系数，以补偿可编程增益放大器的增益不足。
当增益设置正确后，再由微控制器通过A/D采样、计算得到被测信号在最佳量程内的真实有效值，通过液晶屏显示出来，实现自动量程的测量工作。

Claims (7)

1.一种自动控制量程的测量装置，包括信号输入端、运算放大器、A/D转换器、微控制器和信号输出端，信号输出端一般为液晶屏，其特征在于：所述运算放大器与A/D转换器之间设置有可编程增益放大器，可编程增益放大器、A/D转换器与微控制器的内核形成闭环的自动增益调整电路。
2.根据权利要求1所述的自动控制量程的测量装置，其特征在于：所述微控制器的内核为具有控制A/D采样、计算当前输入信号所处于的量程和控制可编程增益放大器增益的功能的微处理器。
3.根据权利要求2所述的自动控制量程的测量装置，其特征在于：该自动控制量程的测量装置的电源分为VCC、AGND、GND三种电压，VCC为微控制器和模拟电路的电源；AGND为模拟电路的参考中点电压；GND为微控制器和模拟电路的接地端。
4.根据权利要求3所述的自动控制量程的测量装置，其特征在于：所述信号输入端包括输入选择开关、I/V转换器。
5.根据权利要求4所述的自动控制量程的测量装置，其特征在于：所述I/V转换器和运算放大器采用OPA2277运算放大器，微控制器选用C8051F系列单片机。
6.根据权利要求5所述的自动控制量程的测量装置，其特征在于：所述的微处理器单独连接有存储器。
7.根据权利要求6所述的自动控制量程的测量装置，其特征在于：所述可编程增益放大器、A/D转换器与微控制器的内核是共同集成封装为一体的模块。 
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