CN210090545U - 一种基于vmc的微型无电源扫描器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了扫描器领域内的一种基于VMC的微型无电源扫描器，包括触发单元，所述触发单元经或门电路与驱动单元相连，所述触发单元与驱动单元经供电电路供电；所述触发单元包括手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路，所述或门电路包括并联设置的二极管一、二极管二和二极管三，所述二极管一、二极管二以及二极管三分别与手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路相连；所述驱动单元包括方波整形电路；干扰小、指标高、热电势小，成本低，可以实现两路参量（两线或四线）的无人值守自动循环测试，通过对采集卡获取的被测参量的数据进行统计和分析获得被测参量的相应参数，本实用新型可用于参数测量。

Description

一种基于VMC的微型无电源扫描器

技术领域

本实用新型涉及一种测量设备，特别涉及一种扫描器。

背景技术

扫描器是计量中经常用到的一种测量设备，主要用在计量部门，考核、对比、测试多个同类参量用的。同类参量可以是2线的电压基准， 4线的电阻基准，也可以是几个表循环测试一个同类参量。扫描器顾名思义就是开关，只不过是专门给测试、测量用的，功能上也就是转换测试对象，所以主要是信号级别的，电压和电流不很大，但其它要求比较高，比如很低的热电动势、很小的干扰、很高的绝缘、很好的稳定性。使用扫描器相对于人工来讲，减少了人为干扰，也不会出现接错的现象。目前全球有多个厂家生产的多种类型的在使用，按类型分主要有机械式、继电器式等。但是目前的商品扫描器还是有很大的不足之处，商品类扫描器都比较大且笨重，接线复杂；驱动控制复杂；成本太高；长期的测试和比对，设备的自发热对测试的结果有较大的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于VMC的微型无电源扫描器，干扰小、指标高、热电势小，成本低，可以实现两路参量（两线或四线）的无人值守自动循环测试，通过对采集卡获取的被测参量的数据进行统计和分析获得被测参量的相应参数。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于VMC的微型无电源扫描器，包括触发单元，所述触发单元经或门电路与驱动单元相连，所述触发单元与驱动单元经供电电路供电；所述触发单元包括手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路，所述或门电路包括并联设置的二极管一、二极管二和二极管三，所述二极管一、二极管二以及二极管三分别与手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路相连；所述驱动单元包括方波整形电路，所述方波整形电路与继电器电路相连，所述方波整形电路将输入的脉冲信号整形为占空比1:1的方波信号后经继电器驱动电路实现开关切换扫描功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，触发单元的三个触发电路：手动触发电路、外部触发电路和内部触发电路的输出经过三个开关二极管组成的或门电路输出至驱动单元，驱动单元的方波整形电路把输入的脉冲信号整形为占空比1:1的方波信号后驱动继电器，实现开关切换扫描功能，干扰小、指标高、热电势小，成本低，可以实现两路参量（两线或四线）的无人值守自动循环测试，通过对采集卡获取的被测参量的数据进行统计和分析获得被测参量的相应参数，本实用新型可用于参数测量。

作为本实用新型的进一步改进，所述手动触发电路包括手动开关一，所述手动开关一经抗干扰消抖动滤波电路与施密特触发器一相连，所述施密特触发器一与二极管一；所述抗干扰消抖动滤波电路包括抗扰电阻一，所述抗扰电阻一与并联设置的抗扰电阻二和滤波电容相连，这样手动开关一每按下一下，就会让施密特触发器一的输入变为高电平，同时输出一个低电平脉冲，再通过由抗干扰消抖动滤波电路处理后，输出至驱动单元，不能进行自动测量时，可以通过手动控制测量，十分方便。

作为本实用新型的进一步改进， 外部触发电路包括外部触发输入端子，所述外部触发输入端子经VMC端口与缓冲隔离电阻一和上拉电阻与二极管二相连；高精度台式数字万用表都有一个VMC输出功能，每次测量结束后通过改端口输出一个符合TTL电平逻辑的高电平脉冲，该脉冲经过缓冲隔离电阻一处理后，可以防过流、防静电，经过上拉电阻上拉后输出，可以保持负沿脉冲以及在输入开路时保持高电平状态输出，这样就既不用外接电源、也不用内部电池了，排除了因为供电而引起的干扰，也避免了因电池而引起的没电、充电的麻烦。

作为本实用新型的进一步改进，所述内部触发电路包括可调RC振荡电路，所述可调RC振荡电路经手动开关二与双JK触发器一相连，所述双JK触发器一与脉冲指示电路，所述双JK触发器一还经尖脉冲电阻和尖脉冲电容与二极管三相连；所述可调RC振荡电路包括并联设置在振荡电阻一、振荡电容一和振荡电容二，所述振荡电阻一与振荡电阻四相连，所述振荡电阻四与可调电阻相连，所述振荡电容三与施密特触发器二相连，所述施密特触发器二与双JK触发器一相连；所述脉冲指示电路包括并联设置的脉冲电容和跳线，所述脉冲电容与脉冲电阻相连，所述脉冲电阻与二极管四相连，所述二极管四与发光二极管并联设置；其中可调振荡电路的频率为1秒，通过可调电阻进行微调振荡频率，双JK触发器一把振荡信号整形为方波信号同时二分频，经过尖脉冲电阻和尖脉冲电容将输出方波变成尖脉冲，振荡电路受手动开关二控制，手动开关二闭合时才有正常的振荡脉冲输出，这样当高精度表不能进行VMC输出功能的情况下，关闭时是手动+VMC触发，打开时是个周期可调的自动切换开关，可以不用人去干预，也不用万用表发出测试结束信号，自己就可以转换，实现了内部自动，延时反复切换，时间可调的功能。

作为本实用新型的进一步改进，继电器驱动电路包括双JK触发器二，所述双JK触发器二与施密特触发器三相连，所述施密特触发器三与施密特触发器四、施密特触发器五以及施密特触发器六并联连接，所述施密特触发器三经隔离电容一与继电器一相连，所述施密特触发器六经隔离电容二与继电器二相连；其中，触发单元的信号输入到双JK触发器二的时钟端，双JK触发器二输出方波经过并联设置的施密特触发器三、施密特触发器四、施密特触发器五以及施密特触发器六后经过隔离电容一和隔离电容二驱动继电器一和继电器二，继电器一和继电器二为双线圈磁保持继电器，高电平时常开点闭合，低电平时常闭点闭合，隔离电容一和隔离电容二起到隔离和蓄能功能；当并联设置的四个施密特触发器输出高电平时，隔离电容一和隔离电容二被充电，同时充电电流驱动继电器，充电完成后四个施密特触发器输出电流为0；四个施密特触发器输出低电平时，隔离电容一和隔离电容二被放电，同时放电电流驱动继电器反相，放电完成后U1C四个施密特触发器输出电流也为0。可以很大程度上减少工作电流，使得仅仅使用万用表输出的VMC信号就可以驱动继电器正常有序的工作。

作为本实用新型的进一步改进，供电电路包括VMC端口，所述VMC端口经隔离电阻二与肖特基二极管与滤波电容三的正极相连，所述插座与滤波电容三并联连接，所述滤波电容三的正极与稳压芯片相连，所述稳压芯片的GND端头与三极管的基极相连，所述三极管的发射极与滤波电容三的负极相连，所述稳压芯片的输出端与三极管的发射极分别与滤波电容四的正极和负极相连，所述滤波电容四与滤波电容五并联连接；这样可以从万用表的VMC信号取电，该信号经过隔离电阻二隔离（仿制电路故障影响万用表）和肖特基二极管反向保护（仿制接外部电源供电时损耗万用表的VMC输出电路）后经滤波电容三滤波后为稳压芯片供电，稳压芯片为低功耗LDO稳压芯片，输出3V电压，所以通过三极管的基射级压降把输出电压提升到3.6V，在经过滤波电容四与滤波电容五滤波处理后输出为扫描器各单元供电的电压。

作为本实用新型的进一步改进，所述供电电路还包括插座，所述插座与滤波电容三并联连接，这样当万用表的VMC信号无法取点时，可以通过外部电源经插座为扫描器个单元供电。

附图说明

图1为本实用新型中电路框图。

图2为本实用新型中手动触发电路。

图3为本实用新型中外部触发电路图。

图4为本实用新型中内部触发电路图。

图5为本实用新型中继电器驱动电路图。

图6为本实用新型中供电单元电路图。

图7为本实用新型中测试连接图。

图8为本实用新型中输出短路测试继电器吸合状态数据图。

图9为本实用新型中输出短路测试继电器释放状态数据图。

图10为本实用新型中两路10V电压测试数据图。

图11为本实用新型中电压随温度变化趋势图。

图12为本实用新型中两个10K电阻四线测量数据图。

图13为本实用新型中202Z阻值随温度变化数据图。

图14为本实用新型中BZ3阻值随温度变化数据图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

如图1-7所示的一种基于VMC的微型无电源扫描器，包括触发单元，所述触发单元经或门电路与驱动单元相连，所述触发单元与驱动单元经供电电路供电；所述触发单元包括手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路，所述或门电路包括并联设置的二极管一、二极管二和二极管三，所述二极管一、二极管二以及二极管三分别与手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路相连；所述驱动单元包括方波整形电路，所述方波整形电路与继电器电路相连，所述方波整形电路将输入的脉冲信号整形为占空比1:1的方波信号后经继电器驱动电路实现开关切换扫描功能。

所述手动触发电路包括手动开关一，所述手动开关一经抗干扰消抖动滤波电路与施密特触发器一相连，所述施密特触发器一与二极管一；所述抗干扰消抖动滤波电路包括抗扰电阻一，所述抗扰电阻一与并联设置的抗扰电阻二和滤波电容相连。

外部触发电路包括外部触发输入端子，所述外部触发输入端子经VMC端口与缓冲隔离电阻一和上拉电阻与二极管二相连。

所述内部触发电路包括可调RC振荡电路，所述可调RC振荡电路经手动开关二与双JK触发器一相连，所述双JK触发器一与脉冲指示电路，所述双JK触发器一还经尖脉冲电阻和尖脉冲电容与二极管三相连；所述可调RC振荡电路包括并联设置在振荡电阻一、振荡电容一和振荡电容二，所述振荡电阻一与振荡电阻四相连，所述振荡电阻四与可调电阻相连，所述振荡电容三与施密特触发器二相连，所述施密特触发器二与双JK触发器一相连；所述脉冲指示电路包括并联设置的脉冲电容和跳线，所述脉冲电容与脉冲电阻相连，所述脉冲电阻与二极管四相连，所述二极管四与发光二极管并联设置。

继电器驱动电路包括双JK触发器二，所述双JK触发器二与施密特触发器三相连，所述施密特触发器三与施密特触发器四、施密特触发器五以及施密特触发器六并联连接，所述施密特触发器三经隔离电容一与继电器一相连，所述施密特触发器六经隔离电容二与继电器二相连。

供电电路包括VMC端口，所述VMC端口经隔离电阻二与肖特基二极管与滤波电容三的正极相连，所述插座与滤波电容三并联连接，所述滤波电容三的正极与稳压芯片相连，所述稳压芯片的GND端头与三极管的基极相连，所述三极管的发射极与滤波电容三的负极相连，所述稳压芯片的输出端与三极管的发射极分别与滤波电容四的正极和负极相连，所述滤波电容四与滤波电容五并联连接；所述供电电路还包括插座，所述插座与滤波电容三并联连接。

本实用新型中，继电器一RLY1和继电器二RLY2为双线圈磁保持继电器， 5V额定电压，内阻125欧（40mA），最低80%的电压就能动作，即保证4V动作。实际中测试，2.5V（20mA）就可以动作。

采用74HC14，即六施密特触发器，门的数量多，用5V电源来工作，是全静态操作，耗电极微，输出可直接到地或电源而没有饱和电压，和磁保持继电器配合效果极佳；而且20mA不用担心干扰而引起的误动作；为了能够驱动两组继电器，可以用双门并联驱动，触发器用一个T门，有负脉冲就反转一下，开关闭合；再有脉冲就再反转一下，开关就释放；平时无信号时，输入端拉到高电位，当任何一个输入有负脉冲的时候，就触发有效。

万用表VMC（VotiMeter Complete）输入，通过了一个隔离缓冲电阻R5（防过流、防静电、防损坏）再接到门电路上。

74HC73是双JK触发器，能实现每输入一个负跳变，就能改变输出状态（Toggle），利用双JK触发器一U2B接到振荡电路的后面，这样一方面使得波形完全对称，另一方面也把周期加大一倍，可以用小的电容达到相同的延时。

VMC取电，VMC的英文意思是“电压测试完成”，有时也叫MC（测试完成）。这是一个硬件插口，一般输出5V高电平，每当一次测试完成后，输出一个负脉冲。这样就既不用外接电源、也不用内部电池了，排除了因为供电而引起的干扰，也避免了因电池而引起的没电、充电的麻烦。

电路中的信号线采用超五类屏蔽网线，保证高绝缘电阻和低热电势。信号线可以压接在万用表和被测的接线柱上，方便、直接而高性能，也可以用镀金U叉来压接。

工作时，测试设备采用7位半数表34420A，采集卡采用GPIB采集卡，两个10V电压和2个10k的电阻，触发方式为数表VMC自动控制；通过高精度数表的ＶＭＣ接口获取供电和控制信号，控制后续的触发器输出触发信号，从而控制磁保持继电器的吸合和释放，交替接通两组被测信号。高精度数表同步测量被测信号，通过ＧＰＩＢ采集卡采集到计算机中，进行后续的处理。

输出短路测试：

图8和图9为12小时测试的数据，公共端接34420A数表的输入端，两个输入端分别短接，交替测试继电器吸合和释放时的短路电压，测试结果非常理想，继电器吸合时测得的短路电压均值是0.0062uV，继电器释放时测得的短路电压均值是0.0063uV，2路电压平均值的差值为0.1nV。在考虑极限情况，两路开关在12小时内各自短路电压的最大和最小值之差也没有超过0.05uV，而测量10V 电压，由开关一致性引入的误差可以忽略不计，而开关稳定性引入的误差，相对于10V来讲小于0.005ppm，在常规测量中也可以不用考虑。

两路10V 电压测试：

图10为两组10V电压的同步采集测试的数据，通过对采集的数据进行统计和分析，可以很方便的获得该10V电压的一些特性值，比如标准偏差、短期稳定性、长期稳定性等。如果其中一个为标准电压，分别测试标准的10V和被测试的10V，反复测试，就可以得到非常准确的比例系数，用于标定被检的电压。假如测试时控制温度缓慢变化，并同步采集温度值，就可以同时得到被测电压的温度系数。通过长期对比，就可以得到该电压的老化指标，如图11所示。并且这样的测试不受万用表开机特性的影响，开机马上读数就是有效的。

两个四线电阻测试：

对比测试用高位表4线电阻档直接测试，由于万用表本身误差很大，即便是8位半也只能保证几十ppm，因此必须与标准电阻进行对比测试。没有开关的情况下，要分别手工接线，分时测试。不仅麻烦，而且对比次数有限，每次接线不同也将引起额外误差。在有扫描器的场合下，就可以实现多点、自动、反复对比，这样不仅没有人为误差，而且可以进行多点处理，大大减少对比的不确定度。如图12是两个10k电阻用扫描器交替测试的结果。另外也可以让电阻慢慢改变温度，这样通过温度监测，就可以得到一系列的与温度相关的电阻数据，可以用曲线拟合（线性回归或2元回归），求得电阻的Alpha和Beta温度系数，如图13和图14，明显可以看出来VISHAY的202Z是负温度系数，但是很小，而 BZ3是正温度系数，这和两者所采用的材料及制造和生产工艺有很大的关系。

本实用新型通过外接的GPIB采集卡，可以实现两路参量（两线或四线）的无人值守自动循环测试，通过对采集卡获取的被测参量的数据进行统计和分析，可以获得被测参量的相应参数，比如电阻温度系数、电压温度系数、数表的短稳和常稳等。

本实用新型中的扫描器体积小，只有香烟盒大小；干扰小，通过数字表的VMC取电和控制，不用外接电源，避免电源带来的可能干扰；指标高，开关稳定性引入的误差小于0.05uV，开关一致性误差可以忽略不计；热电势小，由于不使用外接电源和电池，数字电路部分也采用低功耗元器件，电路基本不耗电，也没有温升，再加上采用的磁保持继电器具有先天的低热特性，因此热动势非常小，基本上就是磁保持继电器的指标值；成本低。

本实用新型不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：包括触发单元，所述触发单元经或门电路与驱动单元相连，所述触发单元与驱动单元经供电电路供电；

所述触发单元包括手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路，所述或门电路包括并联设置的二极管一、二极管二和二极管三，所述二极管一、二极管二以及二极管三分别与手动触发电路、外部触发电路以及内部触发电路相连；

所述驱动单元包括方波整形电路，所述方波整形电路与继电器电路相连，所述方波整形电路将输入的脉冲信号整形为占空比1:1的方波信号后经继电器驱动电路实现开关切换扫描功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：所述手动触发电路包括手动开关一，所述手动开关一经抗干扰消抖动滤波电路与施密特触发器一相连，所述施密特触发器一与二极管一；

所述抗干扰消抖动滤波电路包括抗扰电阻一，所述抗扰电阻一与并联设置的抗扰电阻二和滤波电容相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：外部触发电路包括外部触发输入端子，所述外部触发输入端子经VMC端口与缓冲隔离电阻一和上拉电阻与二极管二相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：所述内部触发电路包括可调RC振荡电路，所述可调RC振荡电路经手动开关二与双JK触发器一相连，所述双JK触发器一与脉冲指示电路，所述双JK触发器一还经尖脉冲电阻和尖脉冲电容与二极管三相连；

所述可调RC振荡电路包括并联设置在振荡电阻一、振荡电容一和振荡电容二，所述振荡电阻一与振荡电阻四相连，所述振荡电阻四与可调电阻相连，所述振荡电容三与施密特触发器二相连，所述施密特触发器二与双JK触发器一相连；

所述脉冲指示电路包括并联设置的脉冲电容和跳线，所述脉冲电容与脉冲电阻相连，所述脉冲电阻与二极管四相连，所述二极管四与发光二极管并联设置。

5.根据权利要求4所述的一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：继电器驱动电路包括双JK触发器二，所述双JK触发器二与施密特触发器三相连，所述施密特触发器三与施密特触发器四、施密特触发器五以及施密特触发器六并联连接，所述施密特触发器三经隔离电容一与继电器一相连，所述施密特触发器六经隔离电容二与继电器二相连。

6.根据权利要求5所述的一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：供电电路包括VMC端口，所述VMC端口经隔离电阻二与肖特基二极管与滤波电容三的正极相连，所述滤波电容三与插座并联连接，所述滤波电容三的正极与稳压芯片相连，所述稳压芯片的GND端头与三极管的基极相连，所述三极管的发射极与滤波电容三的负极相连，所述稳压芯片的输出端与三极管的发射极分别与滤波电容四的正极和负极相连，所述滤波电容四与滤波电容五并联连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于VMC的微型无电源扫描器，其特征在于：所述供电电路还包括插座，所述插座与滤波电容三并联连接。

Images