CN203455466U - 智能数字微电阻标准装置 - Google Patents

Abstract

智能数字微电阻标准装置，是为了解决目前对微电阻表的测量存在的测量范围窄，准确度低，稳定性差，承载工作电流小，对有通讯接口的仪器不能进行全量程自动检测,测量过程繁琐等技术问题而设计的。该装置由标准装置主体、操作面板和电子电路组成；通过电子电路中的直流电流比例器与电流采样器完成电流的精确采集，运用20位数模转换器输出高精度和高稳定度的电压。有益效果：实现了宽范围,高准确度，高稳定性，承载工作电流大的微电阻值输出；实现了对有通讯接口的仪器进行全量程自动检测；设计的检测软件，实现了人性化的快捷操作方式，使工作效率提高60%。

Description

智能数字微电阻标准装置

技术领域:

本实用新型涉及一种检定或校准微电阻类测试仪的标准装置，尤其涉及一种智能数字微电阻标准装置。用于检定或校准被广泛应用于电力系统和电器制造业中的直流微电阻测试仪。还用于对直流低电阻表，直流电阻快速测试仪等微电阻类测试仪进行检定或校准。

背景技术：

    现今如何对微弱信号进行精准测量是国内外计量测试行业新兴的科研课题，如被广泛应用于电力系统和电器制造业中的直流微电阻测试仪用于测量电线电缆的直流电阻及变压器、互感器、电抗器、电机等负载的直流电阻，其准确度直接影响到产品质量的优劣,这也是目前面临的计量测试难点，能否攻克这个难题已成为衡量计量技术机构检测能力的重要标志。

随着新技术的应用和微电阻测量技术日新月异，要求检测各类测试仪的计量手段要与之适应。然而，目前国内外对微电阻测试仪的检定/校准还在采用多台直流电阻箱及标准电阻组合来完成，其测量过程繁复且准确度难以保证，通过对国内外关于微电阻表的测量技术的了解，主要存在以下技术缺陷： 

    1. 测量范围窄，测量电阻值存在不连续。由于直流电阻箱的小电阻值准确度低而难以满足的测量要求；标准电阻准确度能满足要求，但其电阻值又存在不连续的缺陷，因此对微电阻表的测量存在盲区，无法满足要求。

2. 准确度低，稳定性差。（1）测量微电阻表的电阻箱因其小电阻值范围内的准确度低，因此不能满足各种类型的微电阻表的测量要求（2）由于微电阻因其阻值小在测量过程中极易受到外界环境等因素的干扰，因此测量结果的稳定性及重复性差，这就难以保证测量的准确性。 

3. 承载工作电流小。为适应国内外经济的不断发展，电力系统和电器制造业中新产品层出不穷，检测这些产品的新设备也随之不断被应用在产品试验及型式试验中去，如检测电机、变压器的线圈电阻的微电阻表其承载工作电流已达60A,这样我们用传统检测方法已根本无法进行测量。 

4. 对有通讯接口的被测仪器不能进行准确的自动检测。随着科学技术的不断发展，被测量设备通常都有通讯接口，而用传统检测方法只能手动操作，工作效率低，检测人员工作强度大，无法与当今高效的工作节奏相适应。 

5. 测量过程繁琐，测量过程中引入的测量不确定大，工作效率低。用传统检测方法至少要用到三台电阻箱及若干只标准电阻，测量过程非常繁琐，测量过程中引入的测量不确定也很大，检测人员工作效率低。 

    发明内容：

本实用新型为了解决目前国内外对微电阻测试仪的测量存在量值不连续，测量范围窄，准确度低，稳定性差，承载工作电流小，对有通讯接口的被测仪器不能进行准确的全量程自动检测，测量过程中引入的测量不确定大，测量过程繁琐，工作效率低等技术问题，提供了一种智能数字微电阻标准装置，该装置由标准装置主体、操作面板和电子电路三部分组成；所述电子电路主要由直流电流比例器、20位数模转换器、实物电阻、电流采样器、微电脑控制器和液晶触摸显示器构成; 被测量仪器的输出电流I1经C1、C2输入至矩阵开关1，再经矩阵开关1切换到选择的量程后输入给所述直流电流比例器，经所述直流电流比例器将I1转换成磁通平衡电流I2，磁通平衡电流I2经所述电流采样器产生一个电压，并将该电压值传输到RAM9微电脑控制器中完成磁通平衡电流的精确采集；根据采集到的磁通平衡电流I2，通过液晶触摸显示器设置要输出的电阻值R，将该电阻值数据通过RAM9微电脑控制器控制20位数模转换器输出一个满足U=I2R的电压值模拟量给矩阵开关2，通过矩阵开关2控制该电压值输出给被测量仪器的电位输入端，实现模拟微电阻值的输出；所述实物电阻是定值电阻，通过检测软件接受经所述液晶触摸显示器设置的所需检测的电阻值，再经RAM9微电脑控制器控制矩阵开关2进行定值电阻的切换及定值电阻的输出。

本实用新型的特点及有益效果：采用本装置能对国内外的直流微电阻测试仪、直流低电阻表，直流电阻快速测试仪等微电阻类测试仪进行检定或校准。解决了直流微电阻的检测难题。实现了微电阻值的高准确度和高稳定性；且微电阻值的测量范围宽，承载工作电流大；实现了对有通讯接口的被测仪器进行准确的全量程自动检测。设计的检测软件，实现了人性化的简单快捷操作方式，使工作效率提高60%。 具体体现在：                                                                                                                      

    ⑴本标准装置测量范围宽，承载工作电流大。微电阻输出范围为：

0.1μΩ～20mΩ连续可调，最大承载工作电流60A ；

1μΩ～200mΩ连续可调，最大承载工作电流10A；

10μΩ～2Ω连续可调，最大承载工作电流1A；

100μΩ～20Ω连续可调，最大承载工作电流0.1A。

并且在工作电流为最大电流时，可以带电调节所要输出的微电阻值。 

实物电阻（15个定值电阻）输出范围为： 

20Ω，100Ω,190Ω,200Ω,1kΩ,1.9kΩ,2kΩ,10kΩ,19kΩ,

20kΩ,100kΩ,190kΩ,200kΩ,1MΩ,1.9MΩ。

    ⑵能满足对有通讯接口的被测仪器进行准确的全量程自动检测。 

    ⑶智能数字微电阻标准装置准确度等级0.01级 

⑷智能数字微电阻标准装置的准确度及稳定性高。装置的20位数模转换器能输出高稳定度和高精度的电压，直流电流比例器与电流采样器完成了电流的精确采集，这样就减少了微电阻输出的偏差，实现了本标准装置的高准确度和高稳定性。 

(5)提供的检测软件，实现了人性化的简单快捷操作方式，解决了测量过程繁琐，测量过程中引入的测量不确定大，工作效率低的问题。 

附图说明:

图1整体结构示意图

图2-图4面板上液晶触摸显示器示意图

图5电子电路部分的工作原理图

图6检测软件工作流程图

图7 10V基准电源电路原理图

图8直流磁调制器的一次绕组，二次绕组结构示意图

图9直流磁调制器的结构示意图

图10直流磁调制器铁芯上的绕组排列图

图11直流磁调制器电路原理图

图12峰差检波器及自动平衡电路原理图

图13功率放大器及电流采样器电路原理图

图14激励源电路原理图

图15 ARM9微电脑控制器与AD5791 D/A芯片接口示意图

图16工作电源电路原理图

具体实施方式：

参看图1-图16，智能数字微电阻标准装置，该装置由标准装置主体、操作面板和电子电路三部分组成,所述电子电路主要由直流电流比例器、20位数模转换器、实物电阻、电流采样器、微电脑控制器和液晶触摸显示器构成; 被测量仪器的输出电流I1经C1、C2输入至矩阵开关1，再经矩阵开关1切换到选择的量程后输入给所述直流电流比例器，经所述直流电流比例器将I1转换成磁通平衡电流I2，磁通平衡电流I2经所述电流采样器产生一个电压，并将该电压值传输到RAM9微电脑控制器中完成磁通平衡电流的精确采集；根据采集到的磁通平衡电流I2，通过液晶触摸显示器设置要输出的电阻值R，将该电阻值数据通过RAM9微电脑控制器控制20位数模转换器输出一个满足U=I2R的电压值模拟量给矩阵开关2，通过矩阵开关2控制该电压值输出给被测量仪器的电位输入端，实现模拟微电阻值的输出；所述实物电阻是定值电阻，通过检测软件接受经所述液晶触摸显示器设置的所需检测的电阻值，再经RAM9微电脑控制器控制矩阵开关2进行定值电阻的切换及定值电阻的输出。

其中： 

    所述操作面板由电源开关1、工作指示灯2、通讯接口3、液晶触摸显示器4、电流接线端子A5、电位接线端子6及电流接线端子B7构成，所述通讯接口3用于传输智能数字微电阻标准装置的相关数据，对有通讯接口的被测仪器进行的全量程自动检测，也能外接电脑作为本标准装置的控制机，该通讯接口还能对软件进行升级；所述液晶触摸显示器4用于设置所要输出的电阻值，并显示测量时的工作电流；所述电流接线端子A5，是当工作电流≤10A,微电阻输出测量范围在0～1.9MΩ时的电流接线端子；所述电位接线端子6，是输出微电阻时的电位接线端子；所述电流接线端子B7，是当工作电流≤60A,微电阻输出测量范围在0～20mΩ时的电流接线端子。

所述直流电流比例器由激励源、直流磁调制器、峰差检波器、自平衡电路及功率放大器构成，通过所述直流磁调制器构成匝数比的比例值，通过所述功率放大器驱动直流磁调制器的二次绕组回路的功率放大器，将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，至直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零；通过所述峰差检波器检测直流磁调制器中检测绕组感应出的二倍于激励频率的窄脉冲的幅值和极性；再通过自动平衡电路将峰差检波器输出给自动平衡电路的直流尖脉冲即零磁通平衡信号，放大后输出给所述功率放大器作为该功率放大器的驱动信号；所述激励源是所述直流磁调制器进入工作状态的方波电源，所述直流磁调制器在所述激励源的激励下在检测绕组中检测出直流零磁通平衡信号经放大驱动功率放大器将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零，电流比与匝比相关且呈反比，实现将直流电流60A，10A，1A，0.1A分别转换成直流电流60mA，100mA，100mA，10mA。 

    所述20位数模转换器由10V基准电源、电压跟随器、AD5791D/A芯片及通讯接口构成，通过所述10V基准电源输出直流10V电压，作为AD5791 D/A芯片的工作基准电源，由RAM9微电脑控制器控制AD5791 D/A芯片将数字量转换成可控制的模拟量输出，通过电压跟随器提高AD5791D/A芯片的电压输出带载能力。 

所述电流采样器由71/2数字电压表和电阻网络构成，将从所述直流电流比例器得到的磁通平衡电流I2，经电阻网络上产生一个电压，由71/2数字电压表测量出此电压。 

智能数字微电阻标准装置的电子电路部分各电路模块的作用及工作原理: 

    直流电流比例器的作用：是将直流电流60A，10A，1A，0.1A分别转换成直流电流60mA，100mA，100mA，10mA。

 直流磁调制器的作用：构成三个比例值K（即匝数比）:0.001,0.01,0.1 

的直流电流比例器

 功率放大器的作用：驱动直流磁调制器的二次绕组将直流电压信号转换成

磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零。

 电流采样器的作用：磁通平衡电流I2经电阻网络上产生一个电压，由71/2 

数字电压表测量出此电压，该电压值传输到RAM9微电脑控制器，完成磁通平衡电流的精确采集。

    峰差检波器的作用：峰差检波器作用在于检测直流磁调制器中检测绕组感应出的二倍于激励频率的窄脉冲的幅值和极性。 

    自动平衡电路的作用：将峰差检波器输出给自动平衡电路的直流尖脉冲即零磁通平衡信号，放大后输出给功率放大器作为该功率放大器的驱动信号。 

激励源的作用：激励源是直流磁调制器进入工作状态的电源，它产生一个频率为800HZ、电压为300V的方波电源。直流磁调制器在激励源的激励下在检测绕组中会检测出直流零磁通平衡信号。 

工作电源的作用：由工作电源输出18V直流电压给激励源作为工作电源；输出±15V直流电压给自动平衡电路作为工作电源，输出±30V直流电压给功率放大器电路作为工作电源。 

    10V基准电源的作用：10V基准电源输出高稳定性，高精度的直流10V电压，作为AD5791 D/A芯片的工作基准电源。 

    AD5791 D/A芯片及电压跟随器的作用：AD5791 D/A芯片的作用是将数字量转换成可控制的模拟量输出。AD5791 D/A芯片的作用是将液晶触摸显示器上设置的所要输出的电阻值R，将此数字量通过RAM9微电脑控制器控制20位数模转换器输出一个电压值模拟量。AD5791 D/A芯片的电压输出是由RAM9微电脑控制器控制的。AD5791D/A芯片的电压根据RAM9微电脑控制器指令，输出所需要的电压值。 

  电压跟随器主要是提高AD5791芯片的电压输出带载能力。 

    矩阵开关的作用：C1、C2端的矩阵开关1主要切换直流电流比例器的直流磁调制的一次线圈的匝数，如1匝（量程20mΩ）、10匝（量程200mΩ）、100匝（量程2Ω、20Ω）。 

P1、P2端的矩阵开关2：一部分控制微电阻输出，另一部分切换15个实物电阻（即定值电阻）及定值电阻输出。 

    RAM9微电脑控制器的作用：控制标准装置的芯片的指令，液晶触摸显示器的信号，矩阵开关执行命令，电阻输出指令，数据输出都由RAM9微电脑控制器完成。 

    RAM9微电脑控制器与相关电路模块的连接方式： 

    RAM9微电脑控制器和液晶触摸显示器连接用电脑显示器接口连线VGA连接;

    RAM9微电脑控制器和71/2数字电压表是通过RS232接口进行通讯的;

    RAM9微电脑控制器和20位数模转换器是通过RS232接口进行通讯的;

    RAM9微电脑控制器和两个矩阵开关是通过RS232接口进行通讯的。

USB通讯接口：通过液晶触摸显示器发出指令，经RAM9微电脑控制器控制，通过通讯接口可以传输本标准装置的有关数据，通过通讯接口可对有通讯接口的被测仪器进行准确的全量程自动检测，通过通讯接口还可以对检测软件进行升级，也可以外接电脑直接控制本标准装置。 

工作原理: 

    被测量仪器的输出电流I1经C1、C2输入至矩阵开关1，再经矩阵开关1切换到所选择的量程后输入到相应的直流磁调制器的一次绕组，并在一次绕组上产生磁势,从而将磁环磁化，一次、二次绕组中匝数不相等时，铁芯中就有直流磁通存在。激励源产生的方波输入到直流磁调制器的激励绕组及检测绕组中，使铁芯进入饱和，在直流磁调制器的检测绕组中将感应出二倍于激励频率的窄脉冲，并由峰差检波器来检测此脉冲的幅值和极性，经峰差检波器输出的零磁通平衡信号经过自动平衡电路输出个经放大的零磁通平衡信号，这个经放大的零磁通平衡信号驱动二次绕组回路的功率放大器将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零，电流比与匝比相关且呈反比，由于直流磁调制器绕阻绕制的十分准确，故构成一个比值十分精确的直流电流比例器。直流电流比例器按照所要切换量程按照匝比K=0.001（60mA/60A），1T/1000T； K=0.01 （100mA/10A ）10T/1000T；K=0.1（100mA/1A ），100T/1000T ；K=0.1（10mA/0.1A），100T/1000T 将被测量仪器的输出电流值I1经直流电流比例器输出电流值I2，磁通平衡电流I2经电阻网络上产生一个电压，由71/2数字电压表测量出此电压，该电压值传输到RAM9微电脑控制器，完成磁通平衡电流的精确采集。检测此电流的目的是要知道被测仪器输出电流I1的相对误差及输出电压对应此的相对误差。采集到磁通平衡电流I2后，在液晶触摸显示器上设置所要输出的电阻值R（数字量），将此数字量通过RAM9微电脑控制器控制20位数模转换器输出一个满足U=I2R的电压值模拟量给矩阵开关2，通过矩阵开关2控制该电压值输出给被测量仪器的电位输入端，从而实现了模拟微电阻值的输出。实物电阻是定值电阻。通过检测软件根据所需检测的电阻值通过点击液晶触摸显示器，经RAM9微电脑控制器控制，通过矩阵开关2控制定值电阻的切换和定值电阻的输出。由工作电源输出18V直流电压给激励源作为工作电源；输出±15V直流电压给自动平衡电路作为工作电源，输出±30V给功率放大器电路作为工作电源。通过液晶触摸显示器发出指令，经RAM9微电脑控制器控制，通过通讯接口传输本标准装置的相关数据，通过通讯接口对有通讯接口的被测仪器进行准确的全量程自动检测，通过通讯接口对检测软件进行升级，也能外接电脑直接控制本标准装置。

    实施例 

参看图1，整体结构示意图。

该装置主要由标准装置主体、操作面板和电子电路三部分组成。其中： 

    所述操作面板上设有：

    电源开关1：控制电源通断，电源接通时，指示灯亮；

    工作指示灯2：直流电流比例器中的激励源工作状态指示灯。工作状态正常时，指示灯亮；工作状态不正常时，指示灯不亮；

    通讯接口3：此接口用于传输智能数字微电阻标准装置的有关数据，对有通讯接口的被测仪器进行的全量程自动检测，也能外接电脑直接控制该标准装置；该通讯接口还能对软件进行升级。

    液晶触摸显示器4：设置所要输出的电阻值，并显示测量时的工作电流； 

    微电阻输出时电流接线端子A5：当工作电流≤10A,微电阻输出测量范围在0～1.9MΩ时的电流接线端子；

    微电阻输出时电位接线端子6：输出微电阻时的电位接线端子；

    微电阻输出时电流接线端子B7：当工作电流≤60A,微电阻输出测量范围在0～20mΩ时的电流接线端子。

参看图2-图4，面板上液晶触摸显示器示意图。 

量程选择8：点击液晶触摸显示器8，选择量程20mΩ； 

    量程选择9：点击液晶触摸显示器9，选择量程200mΩ；

    量程选择10：点击液晶触摸显示器10，选择量程2Ω；

    量程选择11：点击液晶触摸显示器11，选择量程20Ω；

    实物电阻12: 点击液晶触摸显示器12，选择实物电阻功能；

    上升调节13：点击液晶触摸显示器13中的▲，向上调节该位数字，

步进间隔为1；

    下降调节14：点击液晶触摸显示器14中的▼，向下调节该位数字，

步进间隔为1；

    工作状态15：显示ON时，设置的电阻值在输出状态；显示OFF时智

能数字微电阻标准装置不输出电阻值；

    计量单位16：显示所设置的微电阻值的计量单位；

    设置的微电阻值17（在量程20mΩ，200mΩ,2Ω，20Ω中）：显示所设置的微电阻值；

    计量单位18：工作电流的计量单位；

    工作电流19：显示所设置输出微电阻值（在量程20mΩ，200mΩ,2Ω，20Ω中）的工作电流；

    清零20：消除电流采样器的零位，使被测电流值更精确。

    选择实物电阻值21：点击液晶触摸显示器21选择实物电阻值； 

    计量单位22：显示所选择的实物电阻值的计量单位；

    实物电阻值23：显示所选择的实物电阻值；

    显示窗24：点击数字键后，显示所输入的数值；

    确定25：点击数字键后，按此键，将点击所输入的数值直接显示在主界面上；

    清除26：数字键点击发生错误时，按此键，清除点击的数值；

    退格27：数字键点击发生错误时，按此键一次向前退一位；

    退出28：退出此界面；

    数字键29：点击数字键可直接键入所要输出的电阻值。 

参看图5，电子电路部分的工作原理图。 

智能数字微电阻标准装置的输出电阻值有两种： 

    1、模拟微电阻：

被测量仪器的输出电流I1经C1、C2输入至矩阵开关1，再经矩阵开关1切换到所选择的量程后输入到相应的直流磁调制器的一次绕组，并在一次绕组上产生磁势,从而将磁环磁化，一次、二次绕组中匝数不相等时，铁芯中就有直流磁通存在。由工作电源输出18V直流电压给激励源作为工作电源；输出±15V直流电压给自动平衡电路作为工作电源，输出±30V给功率放大器电路作为工作电源。激励源产生的方波输入到直流磁调制器的激励绕组及检测绕组中，使铁芯进入饱和，在直流磁调制器的检测绕组中将感应出二倍于激励频率的窄脉冲，并由峰差检波器来检测此脉冲的幅值和极性，经峰差检波器输出的零磁通平衡信号经过自动平衡电路输出个经放大的零磁通平衡信号，这个经放大的零磁通平衡信号驱动二次绕组回路的功率放大器将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零，电流比与匝比相关且呈反比，由于直流磁调制器绕阻可以绕制的十分准确，故可构成一个比值十分精确的直流电流比例器。直流电流比例器按照所要切换量程按照匝比K=0.001（60mA/60A），1T/1000T； K=0.01 （100mA/10A ）10T/1000T；K=0.1（100mA/1A ），100T/1000T ；K=0.1（10mA/0.1A），100T/1000T 将被测量仪器的输出电流值I1经直流电流比例器输出电流值I2，磁通平衡电流I2经电阻网络上产生一个电压，由71/2数字电压表测量出此电压，该电压值传输到RAM9微电脑控制器，完成磁通平衡电流的精确采集。采集到磁通平衡电流I2后，在液晶触摸显示器上设置所要输出的电阻值R（数字量），将此数字量通过RAM9微电脑控制器控制20位数模转换器输出一个电压值模拟量（1.该电压值在智能数字微电阻标准装置上能满足U= I2R，2.该电压值是通过10V基准电源提供给20位数模转换器一个工作标准，从而使20位数模转换器能输出准确度高，稳定性好的电压值模拟量）给矩阵开关2，通过矩阵开关2控制该电压值输出给被测量仪器的电位输入端，从而实现了模拟微电阻值的输出。检测此电流的目的是要知道被测仪器输出电流I1的相对误差及输出电压对应此的相对误差。

2、实物电阻是定值电阻。由检测软件按所需检测的电阻值，通过点击液晶触摸显示器获得，经RAM9微电脑控制器控制，并通过矩阵开关2即控制15个定值电阻的切换及定值电阻的输出。 

    通过所述直流电流比例器与D/A数模转换器结合，充分运用直流电流比例器对电流的精确测量及高精度数模技术输出电压的可程控性,实现了对有通讯接口的被测仪器进行准确的全量程自动检测。 

通过所述20位数模转换器输出的高稳定度和高精度电压，及通过所述直流电流比例器与电阻网路、71/2数字电压表完成了电流的精确采集，不仅减少了微电阻输出的偏差，还提高了标准装置的准确度和稳定性。 

通过通讯接口传输相关数据，不仅实现了通过通讯接口对有通讯接口的被测仪器进行准确的全量程自动检测，还能通过通讯接口对检测软件进行升级和实现外接电脑直接控制本标准装置。 

    参看图6，检测软件工作流程: 

 采用C#语言对AD5791 D/A芯片进行编程。

 智能数字微电阻标准装置开机进入工作状态后，先判断用户是否选择实物 

电阻输出？

 是，则选择实物电阻值，执行矩阵开关切换指令。根据选择的电阻值，点

击液晶触摸显示器，在液晶触摸显示器上显示所要输出的实物电阻值； 

 否，则选择模拟微电阻量程20mΩ，200mΩ，2Ω或20Ω，根据选择的模

拟微电阻量程，矩阵开关执行指令，进入所选择的量程，采集并测量被测量仪器的输出电流值经直流电流比例器后输出的电流值，再根据点击液晶触摸显示器后显示的所要输出的电阻值来计算出相应的电压值，然后通过20位数模转换器输出该电压值，并输出所选择的模拟微电阻值。

    查看图7，10V基准电源原理图。 

    市电交流220V输入经过变压器B降压，由二极管D1、D2、电容C1组成整流滤波，将交流电变为直流电。直流电经过第一级稳压，即经LM337稳压模块将电压稳定在直流15V，再经过第二级稳压，电源的放大采用低漂移运算放大器A，该电压通过带恒温槽高稳定度稳压管LM399和采样电阻Ｒ５、Ｒ６（采用多个电阻坐在同一基块上使得采样电阻的比值不因环境温度变化而变化）后输出的电压进行比较调整管（BG1、BG2两个三极管），来输出高稳定性，高精度的10V直流电压。输出的这个直流10V电压，作为AD5791 D/A芯片的工作基准电源。+10V接AD5791 D/A芯片的VREFPS（3脚），0V接AD5791 D/A芯片的VREFPF（4脚）。 

参看图8-图10，直流磁调制器的结构示意图。 

    直流磁调制器是一种多绕组的环形变压器装置（参看图8、图9），它包括激励绕组、检测绕组，一次绕组、二次绕组，它们的排列参看图10。 

参看图11，直流磁调制器工作原理图。 

磁环上绕有一次绕组W1，二次绕组W2以及检测绕组W检和激励绕组。微电阻测试仪的工作电流即一次电流I1经C1、C2流过W1，其在W1上产生磁势I1W1,从而将磁环磁化，一次、二次绕组中匝数不相等时，铁芯中就有直流磁通存在。 

    激励源产生的频率为800HZ、电压为300V的方波输入到激励绕组及检测绕组中，使铁芯进入饱和，并在直流磁调制器的检测绕组中感应出二倍于激励频率的窄脉冲，并由峰差检波器来检测此脉冲的幅值和极性，经峰差检波器输出的直流零磁通平衡信号经过自动平衡电路输出一个经放大的零磁通平衡信号，这个经放大的直流零磁通平衡信号驱动二次绕组回路的功率放大器将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，磁通平衡电流I2流经W2，产生磁势I2 W2，此时一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零。 

磁通平衡电流I2流经W2，产生磁势I2W2且与I1W1方向相反。当 

I2W2= I1W1 时，I2将维持不变，故有：I2/I1=W1/W2，使铁芯中直流磁通为零，电流比与匝比相关且呈反比，由于绕阻W可以绕制的十分准确，故此仪器构成一个比值十分精确的直流电流比例器。一次绕组W1共有三个绕组， 分别为1匝（1T）、10匝(10T)、100匝(100T)。二次绕组W2仅为一绕组，为1000匝(1000T)，故构成三个比例值K（即匝数比）:0.001,0.01,0.1。

    参看图12，峰差检波器及自动平衡电路原理图。 

    峰差检波器作用在于检测直流磁调制器中检测绕组感应出的二倍于激励频率的窄脉冲的幅值和极性。从直流磁调制器10,11端子输出一个非零磁通信号（即交变信号）到峰差检波器的1,2端子，通过D3,D4,C3,C4把交变信号变成单向直流信号，经C5,R3滤波，滤除高频干扰信号后，经R4,C6阻容分压输出直流尖脉冲（即零磁通平衡信号）到自动平衡电路3脚。 

     从工作电源输出±15V直流电压给自动平衡电路的A2比较放大器，由峰差检波器输出的直流尖脉冲（即零磁通平衡信号）输入到自动平衡电路3脚，通过A2比较放大器输出一个放大了的直流零磁通平衡信号到功率放大器的4脚。 

    参看图13，功率放大器及电流采样器电路原理图。 

 功率放大器的作用是驱动直流磁调制器的二次绕组将直流电压信号转换 

成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等，但方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零。

    从自动平衡电路经4脚输入的直流零磁通平衡信号，经A3功率放大器进行能量转换，由直流电压信号转换成直流电流信号I2 ，此电流就是输入电流（即被检仪器的工作电流）的K倍（K即为匝数比），电流I2 输出到直流磁调制器二次绕组1000T的12端子，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零。A3功率放大器±30V直流电压是由工作电源提供的。 

    电流I2 经直流磁调制器二次绕组1000T的13端子输入到电流采样器的电阻网路上，I2 通过电阻网路时产生一个电压，由71/2数字电压表测出此电压，传输到RAM9微电脑控制器，完成I2 电流值的精确采集。 

  参看图14，激励源原理图。 

从 , 输入18V直流电压作为工作电源。激励源采用推挽自激振荡原理。由两个3AD30C三极管组成方波振荡器，由方波振荡器输出的波形为方波，振荡频率为800Hz，电压为18V，然后经变压器升压为峰峰值电压300V。其中一路送到直流磁调制器的激励绕组的7脚，另一路由8脚接到直流磁调制器的检测绕组。激励源9脚接到峰差检波器低端(即工作电源0V端)。(如图中所示激励绕组10脚，检测绕组11脚连接到峰差检波器输入端1脚。)，激励源是直流磁调制器进入工作状态的电源，它产生的频率为800HZ、电压为300V的方波，使直流磁调制器在激励源的激励下在检测绕组中会检测出直流零磁通平衡信号。 

    当方波振荡器工作正常时，峰峰值电压300V经1MΩ限流电阻将电压加到氖灯上，氖灯亮，表明激励源工作正常。 

    参看图15，ARM9微电脑控制器与AD5791 D/A芯片接口示意图。 

    ARM9微电脑控制器与AD5791 D/A芯片接口说明： 

AD5791有一个3线串行接口(SYNC、SCLK和SDIN)，它与SPI、QSPI、MICROWIRE接口标准及大多数器件兼容。

ARM9与AD5791的接口电路，由ARM9通过SPI串行总线与AD5791连接，SPI为全双工传输。本装置采用MISO方式从输入主输出，SCK控制时钟信号，nSS用于启动传输兼作同步的作用。VCC 是数字电源连接，连接2.7V到5.5V范围内的电压，IOVCC是数字接口电源引脚，数字阀值电平参考施加于此引脚的电压，但是电压值不能超过VCC，IOVCC是数字接口电源引脚，数字阀值电平参考施加于此引脚的电压，但是电压值不能超过VCC，本电路设计中在VCC与IOVCC之间连接两个电容起到去耦的作用，并且连接到DGND。 是正基准驱动电压输入（由10V基准电源供给），实现连接5V到 -2.5V之内的电压，由于AD5791特性的特许需求在此引脚上和 上连接一个单位增益放大器，其中 是正基准电压输入（由10V基准电源供给）。本设计中AD8676用作基准电压缓冲器，AD8675用作输出缓冲器。为达到额定线性度，基准输入端必须使用强制检测缓冲器。由于AD5791的输出阻抗为3.4 K，因此需要一个电压跟随器来驱动低电阻、高电容负载。AD5791为电压输出型D/A转换芯片，但是为了提高输出电压准确性和带载能力，所以在输入处连接一个AD8675放大器。 

在设计ARM9与AD5791的硬件接口电路时,采用将ARM9作为SPI主机,AD5791作为从机。AD5791只接受来自主机的数据,然后进行D／A转换并从VOUT引脚输出电压到矩阵开关2。串行接口可以采用连续式串行时钟工作方式。ARM9的SPICLK作为AD5791的时钟输入信号，数据在串行时钟的下降沿输入移位寄存器，数据最高以35MHZ的时钟速率进行传输。当SYNC在正确的时钟周期数内保持为低电平，只能使用连续的SCLK时钟源。在选通时钟模式下，必须采用包含确切时钟周期数的突发时钟，在时钟周期结束后必须将SYNC置为高电平来锁存数据。SYNC的第一个下降沿启动写周期。SCLK必须在24个时钟下降沿后，才能将SYNC重新拉高。如果在第24个SCLK下降沿之前拉高SYNC，写入的数据无效。如果拉高SYNC前有超过24个SCLK下降沿，输入数据同样无效。输入移位寄存器在SYNC的上升沿更新。若需进行其他串行传输，必须将SYNC再次拉低。串行传输结束后，数据自动从输入移位寄存器传送到寻址寄存器。一旦写入周期完成，就可以在SYNC为高电平的同时拉低LDAC，从而更新输出。 

复位功能(RESET) 

AD5791是利用软件RESET控制功能来实现复位至上电状态。RESET引脚不用，将其硬连线至IOVCC。

异步清零功能(CLR) 

清零操作通过设置软件控制寄存器中的CLR位来执行。

    参看图16，工作电源原理图。 

   该电源是供给直流电流比例器的工作电源，市电220V经过变压器将220V交流电压变为21V交流电压和2×18V交流电压。21V交流电压经过整流滤波由7818稳压模块，将21V交流电压变为稳定的18V直流电压输出（3脚为+18V,4脚为0V）。18V直流电压是提供给激励源的工作电源。 

2×18V交流电压经整流滤波由7815和7915稳压模块将这部分2×18V交流电压变为稳定的+15V直流电压和-15V直流电压输出。±15V直流电压是提供给自动平衡电路的工作电源。 

2×18V交流电压再经整流滤波直接输出±30V直流电压作为工作电源提供给功率放大器电路。 

Claims (5)

1.智能数字微电阻标准装置，该装置由标准装置主体、操作面板和电子电路三部分组成,其特征在于: 所述电子电路主要由直流电流比例器、20位数模转换器、实物电阻、电流采样器、微电脑控制器和液晶触摸显示器构成; 被测量仪器的输出电流I1经C1、C2输入至矩阵开关1，再经矩阵开关1切换到选择的量程后输入给所述直流电流比例器，经所述直流电流比例器将I1转换成磁通平衡电流I2，磁通平衡电流I2经所述电流采样器产生一个电压，并将该电压值传输到RAM9微电脑控制器中完成磁通平衡电流的精确采集；根据采集到的磁通平衡电流I2，通过液晶触摸显示器设置要输出的电阻值R，将该电阻值数据通过RAM9微电脑控制器控制20位数模转换器输出一个满足U=I2R的电压值模拟量给矩阵开关2，通过矩阵开关2控制该电压值输出给被测量仪器的电位输入端，实现模拟微电阻值的输出；所述实物电阻是定值电阻，通过检测软件接受经所述液晶触摸显示器设置的所需检测的电阻值，再经RAM9微电脑控制器控制矩阵开关2进行定值电阻的切换及定值电阻的输出。

2.根据权利要求1所述的智能数字微电阻标准装置，其特征在于：所述操作面板由电源开关（1）、工作指示灯（2）、通讯接口（3）、液晶触摸显示器（4）、电流接线端子A（5）、电位接线端子（6）及电流接线端子B（7）构成。

3.根据权利要求1所述的智能数字微电阻标准装置，其特征在于：所述直流电流比例器由激励源、直流磁调制器、峰差检波器、自动平衡电路及功率放大器构成，通过所述直流磁调制器构成匝数比的比例值，通过所述功率放大器驱动直流磁调制器的二次绕组回路的功率放大器，将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等、方向相反，至直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零；通过所述峰差检波器检测直流磁调制器中检测绕组感应出的二倍于激励频率的窄脉冲的幅值和极性；再通过自动平衡电路将峰差检波器输出给自动平衡电路的直流尖脉冲即零磁通平衡信号，放大后输出给所述功率放大器作为该功率放大器的驱动信号；所述激励源是所述直流磁调制器进入工作状态的方波电源，所述直流磁调制器在所述激励源的激励下在检测绕组中检测出直流零磁通平衡信号经放大驱动功率放大器将直流电压信号转换成磁通平衡电流I2，使一次绕组的磁势和二次绕组的磁势相等、方向相反，使直流磁调制器铁芯中的直流磁通为零，电流比与匝比相关且呈反比，实现将直流电流60A，10A，1A，0.1A分别转换成直流电流60mA，100mA，100mA，10mA。

4.根据权利要求1所述的智能数字微电阻标准装置，其特征在于：所述20位数模转换器由10V基准电源、电压跟随器、AD5791D/A芯片及通讯接口构成，通过所述10V基准电源输出直流10V电压，作为AD5791 D/A芯片的工作基准电源，由RAM9微电脑控制器控制AD5791 D/A芯片将数字量转换成可控制的模拟量输出，通过电压跟随器提高AD5791D/A芯片的电压输出带载能力。

5.根据权利要求1所述的智能数字微电阻标准装置，其特征在于：所述

电流采样器由71/2数字电压表和电阻网络构成，将从所述直流电流比例器得到的磁通平衡电流I2，经电阻网络上产生一个电压，由71/2数字电压表测量出此电压。

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