CN208432719U - 一种用于电气测试设备的简易校验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，包括用于安装在待校验装置上的信号源发生装置，信号源发生装置包括输入滤波模块，输入滤波模块的输出端与DC/DC变换模块的输入端相连接，DC/DC变换模块的输入端分别与直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源、备用信号源连接，直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源、备用信号源的输出端分别用于与待校验的电气测试设备相连接，并为待校验测量设备提供标准信号源；本实用新型将整个校验装置作为电气测试设备的一个附件，可解决大型电气测试设备难以校验或计量的问题。

Description

一种用于电气测试设备的简易校验装置

【技术领域】

本实用新型属于电气测试设备技术领域，具体涉及一种用于电气测试设备的简易校验装置。

【背景技术】

许多电气测试设备，在使用一段时间后，为了保证测试的可信度，需要对电气测试设备的测试精度进行计量，验证其测试误差在允许的误差范围内。但是，当电气测试设备较大或重量较重，难于搬运到计量场所时，计量变得非常困难。另外，许多测试场所，需要对特殊的信号源进行计量。但大多数计量场所，只能提供一些标准的信号源，信号源不全，对特殊信号源无相应的计量手段，导致校验工作无法进行。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种用于电气测试设备的简易校验装置，以解决大型电气测试设备难以校验或计量的问题。

本实用新型采用以下技术方案：一种用于电气测试设备的简易校验装置，包括印制板，印制板通过印制板插孔与航空连接器连接，航空连接器用于与待校验的电气测试设备连接；

印制板包括信号源发生装置，信号源发生装置包括标准电阻、标准电容和标准电感；

信号源发生装置包括输入滤波模块，输入滤波模块的输出端与DC/DC变换模块的输入端相连接，DC/DC变换模块的输出端分别与直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源和特殊信号源连接，直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源和特殊信号源的输出端均通过航空连接器与待校验的电气测试设备相连接，并为待校验的电气测试设备提供标准信号源。

进一步地，还包括设置于印制板和航空连接器外围的壳体。

进一步地，直流基准电压源包括电压基准芯片U1和U2，电压基准芯片U1 的型号为REF5040AID，电压基准芯片U2的型号为REF5020AID。

进一步地，电压基准芯片U1的第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端，电压基准芯片U1的第三引脚与电容C1的一端连接；电压基准芯片U1的第五引脚与电容C4的一端连接；电压基准芯片U1的第六引脚分别连接至电阻 R4的一端、航空连接器的Y端子和电容C6的一端；

电阻R4的另一端连接至电容C8的一端；

电容C1、电容C4、电容C6和电容C8的另一端、电压基准芯片U1的第四引脚均互相连接并与航空连接器的W端子输入电源地相连接；

还包括电压基准芯片U2，其第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端；

电压基准芯片U2的第五引脚连接到电容C5的一端，第六引脚连接到分别连接至电阻R5的一端、航空连接器的G端子和电容C7的一端，电阻R5的另一端连接电容C9的一端；

电容C5、电容C7和电容C9的另一端均互相连接并与航空连接器的W端子输入电源地、航空连接器的输出接地端D端子和输入电源地直接相连。

进一步地，交流基准电压源包括单片机U3和精密放大器U4；

单片机U3用于通过其内部的D/A变换器将输入信号转变为模拟信号，并输出至精密放大器U4，精密放大器U4对接收的模拟信号进行放大和滤波，并将得到的交流基准电压源信号发送至待校验的电气测试设备。

进一步地，频率信号源为信号发生器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将整个校验装置作为电气测试设备的一个附件，平时不参与电气测试设备的测试流程，不占用系统资源，仅在用户需要计量时，为用户提供标准信号源，有利于整个测试系统的小型化；摒弃了传统的计量方式，利用误差传递理论，以极小的资源，满足用户对电气测试设备的计量需求，特别适合于较大体积的电气测试设备和有特殊需求的电气测试设备的情况。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例中校验装置的装配图；

图2为本实用新型实施例中校验装置结构示意图；

图3为本实用新型信号源发生装置的原理框图；

图4为本实用新型中的直流基准电压源电路图；

图5为本实用新型中的交流基准电压源电路图；

图6为本实用新型实施例中信号源发生装置的完整原理图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种用于电气测试设备的简易校验装置，主要适用于大型、不易移动的电气测试设备测试精度的校准，包括用于安装在待校验装置上的信号源发生装置，其不受环境温度变化影响，适用于在现场对电气测试设备的测试可信度进行确认。校验装置为独立部件，不依附于测量设备就可独立工作，便于用其它计量设备对其进行标定，且其与电气测试设备的特定测试接口兼容，电气测试设备可通过特定测试接口，对其输出信号进行读取，并与其标定值进行比对，从而判定电气测试设备测试可信度。

针对电气测试设备计量精度的需求、选择高精度器件，构成仅适用于特定电气测试设备的信号源，信号源包括有无源信号源和有源信号源，无源信号源可以是标准电阻、标准电容或标准电感。有源信号源可以是直流电压参考源、交流基准信号源(包括交流电压参考源、频率源或其它特定信号源)。这些信号源的输出精度是已知的，且不受外部环境变化的影响。校验装置将其作为一个被测件，读取其相应输出，如果读取值在给定的精度范围内，则可认为电气测试设备的测试可信，否则应对电气测试设备进行计量、校正。

校验装置还可满足电气测试设备对电阻、电容、电感测试精度计量要求。其量值一般选取电气测试设备的满量程值和半量程值，用以验证电气测试设备的线性度；精度应比电气测试设备最少高一个量级。比如，电气测试设备的测试精度为1％，则无源信号源的精度应为1‰，另外，校验装置的温度系数应选择ppm 级，将外界环境温度对精度的影响降至最低。

本实用新型的简易校验装置仅适用于特定电气测试设备所需的电参数，无需构建庞大的计量体系，也无需特定的计量环境；在同一个校验装置中，可以设置多种信号源，如标准电阻值、标准电容值、标准电感值、标准直流电压值、标准交流电压值，标准频率值及其它特殊信号源等。它可以作为电气测试设备的一个附件，随机携带，用户可在任何时候，随时对电气测试设备的可信度进行计量。本实用新型的校验装置，各种信号源的量值均为已知，均可在实验室环境下进行计量和标定，在装置外壳上明示，用户可定期在实验室环境下，对校验装置的精度，进行计量，判定其可信度或重新标定其信号源量值。校验装置提供的信号源仅满足特定电气测试设备的测试品种和精度要求。

如图1、图2所示，校验装置包括印制板2，所述印制板2通过印制板插孔3 与航空连接器4连接，航空连接器4用于与待校验装置连接，印制板2安装在航空连接器4尾部，印制板2和航空连接器4外围包裹有壳体1，在壳体1表面印有校验装置的参数，方便操作员判别使用。

如图3所示，印制板2包括信号源发生装置，信号源发生装置包括标准电阻、标准电容和标准电感。

信号源发生装置还包括输入滤波模块、DC/DC变换模块、直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源、特殊信号源(其为某些航空设备中所特殊的信号源)和无源标准信号，输入滤波模块用于滤除外界环境产生的干扰信号，其输出端与DC/DC变换模块的输入端相连接，DC/DC变换模块为各种有源信号源提供适宜的工作电压，其输出端分别与直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源和特殊信号源连接，直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源和特殊信号源的输出端均与待校验的电气测试设备相连接，并为待校验测量设备提供标准信号源。DC/DC变换模块还设置有接地端。校验装置还包括有标准电阻、标准电容和标准电感。

其中，频率信号源为信号发生器，一般选用单片机或专用IC芯片设计；特殊信号源是为航空设备提供的非标信号源，可根据实际需要进行设计，如符合 1553B通讯协议的信号波形等。

无源信号源独立于其它电路，主要满足测试设备对电阻、电容、电感测试精度计量要求。直流基准电压源主要满足电气测试设备对电压测试精度计量要求。一般选择低噪声、低漂移、高精度的基准电压源芯片，其量值一般选取电气测试设备的满量程值和半量程值，用以验证电气测试设备的线性度；精度应比电气测试设备最少高一个量级。比如，测试设备的测试精度为1％，则无源信号源的精度应为1‰，另外，无源标准信号源的温度系数应选择ppm级的，将外界环境温度对精度的影响降至最低。

直流基准电压源包括电压基准芯片U1、U2及其外围电路。U1、U2是一种低温度漂移、高精度、低噪声的电压基准芯片，在–40℃～125℃之间电压的漂移＜0.015％，完全满足一般测量设备对测试精度计量需求。直流基准电压源包括 4.0V电压基准源和2.0V电压基准源。电压基准芯片U1和电压基准芯片U2均选用REF50XX系列的不同电压基准，来满足不同电气测试设备对计量电压的需求。 4.0V电压基准源由电压基准芯片U1及其外围原件构成。

由测试设备提供的直流电源通过“V”(电源+)、“W”(GND)提供。电压基准芯片U1的型号为REF5040AID，为测试设备提供4.096V基准电压源，电压基准芯片U1的电源输入脚第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端。

电压基准芯片U1的第三引脚为温度测量脚，在本例中不用，其与电容C1 的一端连接，C1作为输入滤波电容，其容量选择1uF，一端接U1:2脚，另一端接“GND”，用于滤去输入电源上的纹波干扰。

电压基准芯片U1的第五引脚为输出电压调节与输出滤波脚，本例中在其脚与“GND”之间连接电容C4，即电压基准芯片U1的第五引脚与电容C4的一端连接，电容C4容量选择1uF。

电压基准芯片U1的第六引脚为基准电压输出脚，电压基准芯片U1的第六引脚分别连接至电阻R4的一端、航空连接器的Y端子和电容C6的一端，U1的第六引脚分别连接至电阻R4的一端、与航空连接器的Y端子相连，供检测设备读取4.096V基准电压，在该脚与“GND”之间还连接有电容C6、电阻R4和电容C8组成的“π”型滤波器，即电阻R4的另一端和电容C8的一端相连，电容 C6、C8的容量均选择1uF、电阻R4的阻值选择为10Ω。电容C1的另一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端、电容C8的另一端、电压基准芯片U1的第四引脚均互相连接并与航空连接器的W端子输入电源地相连接。

还包括电压基准芯片U2，电压基准芯片U2的型号为REF5020AID，其第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端；电压基准芯片U2的第五引脚连接到电容C5的一端，第六引脚分别连接至电阻R5的一端、航空连接器的G端子和电容C7的一端，电阻R5的另一端连接电容C9的一端，电容C5的另一端、电容 C7的另一端、电容C9的另一端均互相连接并与航空连接器的W端子输入电源地、航空连接器的输出接地端D端子和输入电源地直接相连。

电压基准芯片U2的型号为REF5020AID，为测试设备提供2.048V基准电压源，电压基准芯片U2的电源输入脚第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端，C2作为输入滤波电容，其容量选择1uF，一端接U2:2脚，另一端接“GND”，用于滤去输入电源上的纹波干扰；电压基准芯片U2的第三引脚为温度测量脚，在本例中不用；电压基准芯片U2的第五引脚为输出电压调节与输出滤波脚，本例中在其脚与“GND”之间连接电容C5，其容量选择1uF；电压基准芯片U2的第六引脚为基准电压输出脚，与航空连接器的G端子相连，供检测设备读取2.048V基准电压，在该脚与“GND”之间还连接有由电容C7、电阻R5、电容 C9组成的“π”型滤波器，电容C7、C9的容量均选择1uF、电阻R5的阻值选择为10Ω。

直流基准电压源在–40℃～125℃之间电压的漂移＜0.015％，或可保证温漂＜5ppm/℃。

如图5所示，是一种交流基准电压源，交流基准电压源包括相互连接的单片机U3和精密放大器U4，单片机U3用于通过其内部的D/A变换器将输入信号转变为模拟信号输出至精密放大器U4，在其固件内写好待产生波形的频率和波形参数。

U3用于通过其内部的D/A变换器将输入信号转变为模拟信号输出至精密放大器U4，精密放大器U4对接收的模拟信号进行放大和滤波，并将得到的交流基准电压源发送至待校验的电气测试设备。

交流信号源可以是交流电压参考源、频率源或其它特定信号源。交流信号源一般采用内部含有D/A电路的单片机+精密放大器及其外围独立来实现。

交流基准电压信号源包括相互连接内部含有D/A转换器的单片机U3和精密放大器U4及其外围元件构成。U3是一款单片机，在其固件内写好欲产生波形的频率和波形参数，由单片机内部的D/A变换器将其转变为模拟信号输出，U4对其进行放大和滤波，就可得到交流信号源。由于单片机内部D/A变换的输出精度和在其上加的基准电源相关，因此，在单片机的内部参考电压源对应管脚施加高精度基准电压源，就可保证输出波形的幅值精度。

由于单片机的工作频率可用内部的晶体振荡器精确设定，其输出频率精度也可得到保证。故而用该电路，也可得到精密频率源。

单片机U3型号选用PIC16F1783型号芯片，其第十九引脚连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接U3的第二十引脚和电源端，所述U3的第二十七引脚、二十八引脚分别连接ICSPCLK和ICSPDAT。U3的第一引脚连接VPP端，U3 的第四引脚连接电阻R8的一端、第五引脚和第七引脚分别连接电容C10的两端，且U3的第七引脚和第八引脚均连接电容C12的一端。

电阻R8的另一端分别连接电容C11的一端、电阻R10的一端、第一运算放大器的正向输入端，电容C11的另一端和电阻R10的另一端互相连接；电容C12 的另一端连接标准电压端和第一运算放大器，第一运算放大器的负向输入端通过电阻R11连接其输出端和电阻R12，电阻R12的另一端分别连接第二运算放大器的负向输入端和电阻R14的一端，第二运算放大器的正向输入端通过电阻R13 连接电阻R16的一端和电容C14的一端，电阻R16的另一端分别与第二运算放大器的输出端、电阻R18的一端、电阻R14的另一端连接，电阻R18的另一端和电容C14的另一端相连并连接信号输出端。精密放大器U4对接收的模拟信号进行放大和滤波，并将得到的交流基准电压源发送至待校验的电气测试设备。

本例中，单片机U3选用PIC16F1783，其输出波形由固件设定，本例中为 2000Hz正弦波。C3是单片机U3的退耦电容，其容量为0.1uF，连接在U3的电源输入端20脚“VDD”与19脚“Vss”(等效于GND)之间，用于消除直流供电电源纹波对单片机的干扰，确保单片机正常工作；由于单片机D/A变换器的输出精度和在其上加的基准电源相关，因此，本实施例中不使用单片机内部的参考电压源，而是将U1:6脚输出的高精度电压源4.096V引入单片机的5脚作为单片机内部D/A转换器的高精度基准源，就可保证输出波形的幅值精度，为了保证高精度基准源不受干扰，在单片机U3:5脚与“GND”之间加有0.1uF退耦电容。由于单片机的工作频率可用内部的晶体振荡器精确设定，其输出频率精度也可得到保证。故而用该电路，也可得到精密频率源。由于输出波形由写入单片机的固件设定，故而写入不同的固件就可得到不同的波形，满足不同测试设备的校验需求；单片机的D/A信号通过U3:4脚输出。

U4是内含两个独立运放的高精度运算放大器，本例选择型号为OPA2227，其中运放1设计为电压跟随器，用于最大限度的保证U3:4的输出不受后级电路的影响，在U4:3脚与U3:4脚之间，串有由R8、C11构成的“L”型RC滤波器，对U3输出波形进行滤波，R8一端接U3:4脚，另一端接U4A的同相输入端U4:3 脚，C11、R10并接在U4:3脚与“GND”之间。本例中R8选择10K高精度电阻， C11选择1000pF电容，可以得到理想的正弦波，R10是为了降低U4A的输入阻抗，防止过高的输入阻抗引起自激，R11是反馈电阻，跨接在U4A的输出端U4:1 和U4A的反相输入端U4:2之间，是为了设置电压跟随器的增益为1；U4B及其外围元件R12、R13、R14构成比例加法器，由于U3内部的D/A变换器参考电源为4.096V，其输出是以2.048V为对称轴的正弦波，故将U4B的同相输入端 U4:5脚通过R13接2.048V，使U4:7脚输出亦为以2.048V为对称轴的波形，R12 为U4B的输入电阻，跨接在U4A的输出端U4:1脚与U4B的反相输入端U4:6 脚，R14为反馈电阻，跨接在U4B的输出端U4:7脚与U4B的反相输入端U4:6 脚。U4B的增益设定为1.47，故R12＝R13＝10K，R14＝14.7K。考虑到本校验装置需要高稳定性，故R12、R13、R14选用高稳定性金属膜电阻RN732系列；R18、 C14构成输出滤波器，进一步滤除输出波形上可能产生的干扰，使输出波形更加平滑。R18为10Ω电阻，跨接在U4B输出端U4:7和信号输出端“E”端之间，C14 并接在信号输出端“E”端和“GND”端之间；R16并接在U4B的输出端U4:7 脚与“GND”之间，用于降低U4B的输出阻抗，防止过高的输出阻抗引起U4B 自激；C12是集成运放U4的退耦电容，其容量为1uF，连接在U4的电源输入端 8脚“VCC”与4脚“GND”之间，用于消除直流供电电源纹波对运放的干扰，确保运放正常工作；为了方便的改变输出信号波形，在PCB板上设计有固件程序加载接口JZ1，其1脚连接到U3的1脚，为U3提供加载电源，其2脚接工作电源Vcc，通过跨接在JZ:1、JZ：2之间的10K电阻R9，将Vcc电源作为加载电源使用，JZ:3接“GND”，为加载设备提供一个公共参考点，JZ:4接U3的加载数据脚U3:28，JZ:5接U3的加载时钟脚U3:27。

另外，本实用新型中频率信号源为信号发生器。

实施例：

如图6所示，为某型校验检测装置配套的校准附件原理图，该检测装置需要定期校验测量电阻、测量直流电压、测量交流电压及频率的准确度。其校准附件中所用元器件的具体型号和连接关系均在图中标注。

该装置校准附件可为用户提供精密的20MΩ电阻标准、1000pf电容标准、 10uH电感标准；2.048V和4.096V精密直流电压源标准；1.372V/2KHz精密交流电压源标准和频率标准。图中是航空连接器的针脚号，该装置安装在航空连接器“J599/26WJ43”插头内，是一个独立的部件，平时不参与电气测试设备的测试。

当用户需要对电气测试设备计量时，将该装置插入指定的航空连接器插座内，测试装置像测试被测件一样，通过“V”、“W”端子为该校准附件供电；以“T”为公共端，分别读取“U”、“S”、“M”端的电阻值、电容值、电感值，与校准附件外壳标记的R、C、L进行比较，判断检测设备的电阻、电容、电感测量精度是否满足要求；以“W”为参考点，分别读取“Y”、“G”的直流电压，与校准附件外壳标记的V1、V2进行比较，判断检测设备的直流电压测量精度是否满足要求；以“G”为参考点，读取“E”端交流电压，与校准附件外壳标记的V3进行比较，判断检测设备的交流电压测量精度是否满足要求；以“W”为参考点，读取“E”端频率，与校准附件外壳标记的f进行比较，判断检测设备的频率测量精度是否满足要求。该设备还包括加载接口JZ1，用于出厂前对校准附件内部的的单片机U3加载程序，设置输出波形和频率。

Claims (6)

1.一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，包括印制板(2)，所述印制板(2)通过印制板插孔(3)与航空连接器(4)连接，所述航空连接器(4)用于与待校验的电气测试设备连接；

所述印制板(2)包括信号源发生装置，所述信号源发生装置包括标准电阻、标准电容和标准电感；

所述信号源发生装置包括输入滤波模块，所述输入滤波模块的输出端与DC/DC变换模块的输入端相连接，所述DC/DC变换模块的输出端分别与直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源和特殊信号源连接，所述直流基准电压源、交流基准电压源、频率信号源和特殊信号源的输出端均通过航空连接器(4)与待校验的电气测试设备相连接，并为所述待校验的电气测试设备提供标准信号源。

2.如权利要求1所述的一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，还包括设置于印制板(2)和航空连接器(4)外围的壳体(1)。

3.如权利要求1或2所述的一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，所述直流基准电压源包括电压基准芯片U1和U2，所述电压基准芯片U1的型号为REF5040AID，所述电压基准芯片U2的型号为REF5020AID。

4.如权利要求3所述的一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，所述电压基准芯片U1的第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端，所述电压基准芯片U1的第三引脚与电容C1的一端连接；所述电压基准芯片U1的第五引脚与电容C4的一端连接；所述电压基准芯片U1的第六引脚分别连接至电阻R4的一端、航空连接器的Y端子和电容C6的一端；

所述电阻R4的另一端连接至电容C8的一端；

所述电容C1、电容C4、电容C6和电容C8的另一端、所述电压基准芯片U1的第四引脚均互相连接并与航空连接器的W端子输入电源地相连接；

还包括电压基准芯片U2，其第二引脚连接至航空连接器V端子的输入电压端；

所述电压基准芯片U2的第五引脚连接到电容C5的一端，第六引脚连接到分别连接至电阻R5的一端、航空连接器的G端子和电容C7的一端，所述电阻R5的另一端连接电容C9的一端；

电容C5、电容C7和电容C9的另一端均互相连接并与航空连接器的W端子输入电源地、航空连接器的输出接地端D端子和输入电源地直接相连。

5.如权利要求1所述的一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，所述交流基准电压源包括单片机U3和精密放大器U4；

所述单片机U3用于通过其内部的D/A变换器将输入信号转变为模拟信号，并输出至所述精密放大器U4，所述精密放大器U4对接收的模拟信号进行放大和滤波，并将得到的交流基准电压源信号发送至待校验的电气测试设备。

6.如权利要求1所述的一种用于电气测试设备的简易校验装置，其特征在于，所述频率信号源为信号发生器。