CN210427782U - 一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置 - Google Patents

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苏辉
杨甫成
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路景杰
程刚
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Abstract

本实用新型公开了一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,该校准装置分别用于实现电压电流测试校准功能、频率测试校准功能、接地导通电阻测试校准功能及RCD检测仪校准功能。本实用新型解决了现有多功能电类测试仪存在的校准难度大、成本高、效率低的问题。

Description

一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置
技术领域
本实用新型属于校准装置领域,具体涉及一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置。
背景技术:
目前,随着电子仪器设备的发展及工业现场复杂程度的增加,对测试仪器的功能和便捷性也有了新的需求,因而也诞生了很多集电压电流测试、频率计等多种测试功能于一体的多功能电类测试仪(例如keithley2000型61/2数字万用表等),可以使工业现场测试变得更加高效,但这些多功能电类测试仪却给其校准工作带来了诸多不便,传统测试仪校准装置已不能满足多功能测试仪校准的高要求,其局限性主要体现在:1)传统电类测试仪校准装置功能单一,在对多功能电类测试仪校准时需携带多种校准装置,且接线繁琐,增加成本的同时也降低了校准效率。2)测试人员需要掌握多种测试校准装置的使用方法,增加了测试校准的难度及工作量。目前并没有一种用于多功能电类测试仪校准的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,解决了现有多功能电类测试仪存在的校准难度大、成本高、效率低的问题。
本实用新型所采用的技术方案是,一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,校准装置分别用于实现电压电流测试校准功能、频率测试校准功能、接地导通电阻测试校准功能及RCD检测仪校准功能。
本实用新型的特点还在于,
用于实现电压电流测试校准功能的结构为:包括MCU单元,MCU单元分别连接功能按键模块、键盘输入模块、液晶显示模块、调理电路及驱动电路,调理电路和驱动电路均与电压电流产生电路连接,电压电流产生电路上连接两个电压电流测试校准功能输出插孔,两个电压电流测试校准功能输出插孔均连接数字万用表。
用于实现频率测试校准功能的结构为:包括MCU单元,MCU单元分别连接键盘输入模块、功能按键输入模块、液晶显示模块及DA电路,DA电路上连接两个频率测试校准功能输出插孔,两个频率测试校准功能输出插孔均连接数字万用表。
用于实现RCD检测校准功能的结构为:包括MCU单元,MCU单元分别连接功能按键模块、键盘输入模块、液晶显示模块、调理电路及继电器模块,调理电路和继电器模块均连接霍尔电流传感器,且继电器模块与霍尔电流传感器均连接一个RCD检测校准功能输入插孔,两个RCD检测校准功能输入插孔均连接RCD检测仪。
本实用新型的有益效果是:本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,根据电压电流测试校准、频率测试校准、接地导通电阻测试校准、RCD检测校准等多种校准方法的特点,将多种信号源、电压电流检测模块、继电器模块、霍尔传感器模块、显示及键盘输入模块等多种功能模块设计系统性的整合在一起,大大提升多功能电类测试仪校准装置的稳定性及操作便捷性,也使多功能电类测试仪的校准变得更加规范、便捷和高效,解决了多功能电类测试仪校准的难度大、成本高、及效率低的问题。
附图说明
图1为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置的结构示意图;
图2为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置的操作面板示意图;
图3为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置的液晶显示模块示意图;
图4为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中实现电压电流测试校准功能的结构示意图;
图5为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中实现频率测试校准功能的结构示意图;
图6为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中实现接地导通电阻测试校准功能的结构示意图;
图7为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中实现RCD检测校准功能的结构示意图;
图8为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中继电器电路的结构示意图;
图9为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中驱动电路结构示意图;
图10(a)、(b)为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中采样调理电路的结构示意图;
图11为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中的DA电路示意图;
图12为本实用新型一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置中的电压电流产生电路示意图。
图中,1.键盘输入模块,2.液晶显示模块,3.调理电路,4.MCU单元,5.上位机,6.继电器电路,7.电平转换电路,8.电压电流产生电路,9.驱动电路,10.功能按键模块,11.电压电流测试校准功能输出插孔,12.频率测试校准功能输出插孔,13.RCD检测校准功能输入插孔,14.接地导通电阻校准功能输入插孔,15.接地导通电阻测试校准功能输出插孔,16.电源开关按键,17.校准信号数值显示区,18.运行状态显示区,19.时间显示区,20.校准信号单位显示区,21.校准信号类型显示区,22.校准信号设置范围及类型显示区,23.校准信号误差显示区,24.校准功能模式显示区,25.校准信号名称显示区,26.数字万用表,27.霍尔电流传感器,28.参考电阻,29.接地导通电阻测试仪,30.RCD检测仪。
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。
本实用新型一种多功能电类测试仪校准装置,结构如图1所示,包括键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、MCU单元4、上位机5、继电器电路6、电平转换电路7、电压电流产生电路8、驱动电路9、功能按键模块10。MCU单元4作为控制核心,采用TI公司的DSP28335,分别与键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、上位机5、继电器电路6、电平转换电路7、驱动电路9、功能按键模块10连接,用于实现按键输入信号处理、设置参数及工作状态的显示、校准信号的输出、采样信号的处理与显示、与上位机数据交换等5项功能。其中,键盘输入模块1与MCU单元4通过I/O口连接,实现校准参数设置、校准信号输出或关闭等功能;调理电路3与MCU单元4通过A/D连接,实现对采样电压电流等信号进行波形或幅值变换,确保采样信号在MCU输入信号范围内;继电器电路6与MCU单元4通过I/O口连接,模拟RCD开关的断开功能,实现RCD检测的校准;电平转换电路7与MCU单元通过I/O口连接,对MCU输出信号进行隔离放大,实现频率测试校准;驱动电路9与MCU单元4通过I/O口连接,对MCU单元4发出的PWM信号进行隔离放大,作为电压电流信号产生电路8的驱动信号,实现电压电流测试的校准;上位机5与MCU单元4通过SCI串口连接,实现与MCU单元进行数据交换;液晶显示模块2与MCU单元4通过SCI串口连接,实现对校准功能、设置参数、接线方式等内容的显示;功能按键模块10与MCU单元4通过I/O口连接,实现校准功能的选择及设置参数的单位选择等功能。
本实用新型一种多功能电类测试仪校准装置的操作面板,结构如图2所示,包括键盘输入模块1、液晶显示模块2、功能按键模块10、电压电流测试校准功能输出插孔11、频率测试校准功能输出插孔12、RCD检测校准功能输入插孔13、接地导通电阻校准功能输入插孔14、接地导通电阻测试校准功能输出插孔15、电源开关按键16。其中,键盘输入模块1位于校准装置的最右侧,由3×6的18个按键组成,包括4个位移键、10个数字键、1个确定键、1个删除键、1个OUT/STOP键和1个AC/DC键,每个按键尺寸为1cm×0.8cm,其中,10个数字键实现校准参数的输入,4个位移键实现设置参数的位数选择和增减设置,确定键确定设置参数,删除键用于删除设置的参数值,OUT/STOP键按第一次为OUT模式,可输出校准信号,再按第二次为STOP模式,可停止校准信号,AC/DC键按第一次为AC(交流)模式,选择输出电压或电流信号为交流信号,按第二次为DC(直流)模式,选择输出电压或电流信号为直流信号;液晶显示模块2位于校准装置的中间偏上位置,采用7寸彩色液晶显示屏,型号为迪文DMT80480L070_04WT,实现对校准功能选择、设置参数、工作状态、时间等内容的显示;功能按键模块10位于校准装置的正下方,在这个区域有尺寸为1.5cm×1.2cm的5个校准功能选择按键,每个按键上侧有一个Φ5的红色LED灯,可以对校准的目标进行选择,有电压测试校准、电流测试校准、频率测试校准、RCD检测校准和接地导通电阻测试五种校准功能选择,当选择某个校准功能后该功能按键上的红色LED灯也会点亮,在选择校准功能选择按键的上方有三个尺寸为1.3cm×1cm的按键用于选择校准参数的量程;电压电流测试校准功能输出插孔11位于装置的左侧,采用两个Φ6的香蕉插孔,型号为JXZ-2分别作为正负输出端,用于输出电压或电流校准信号;频率测试校准功能输出插孔12位于装置的左侧,采用两个Φ6的香蕉插孔,型号为JXZ-2分别作为输出端,用于输出频率校准信号;RCD检测校准功能输入插孔13位于装置的左侧,采用两个Φ6的香蕉插孔,型号为JXZ-2分别作为输出端,用于输入RCD检测电流进行校准;接地导通电阻校准功能输入插孔14位于装置的左侧,共有4个Φ6的香蕉插孔,型号为JXZ-2,其中2个插孔别作为输入端,用于输入接地导通电阻测试的电流信号,另外2个插孔作为输出端,用于输出校准电压信号,从而实现接地导通电阻校准功能;电源开关按键16位于校准装置的右下角,尺寸为2cm×1.6cm,实现校准装置的开关机功能。
液晶显示模块结构如图3所示,包括校准信号数值显示区17、运行状态显示区18、时间显示区19、校准信号单位显示区20、校准信号类型显示区21、校准信号设置范围及类型显示区22、校准信号误差显示区23、校准功能模式显示区24、校准信号名称显示区25。其中校准信号数值显示区17位于液晶显示屏中间,显示校准信号的数值,精确到小数点后2位,例如200.00;运行状态显示区18位于液晶显示屏的右上角,用于显示设备的运行状态,若正常运行则正常运行灯(绿色)亮,若有故障则故障状态灯(红色)亮;时间显示区19位于液晶显示屏的右下角,用于显示校准的日期及时间,其中日期显示形式为:2019/3/11,时间显示形式为:10:23:00;校准信号单位显示区20位于液晶显示屏的中间,用于显示校准信号的单位,例如V(伏)、mV(毫伏)等;校准信号类型显示区21位于液晶显示屏中间偏下的位置,用于显示校准信号的类型,例如AC(交流)或者DC(直流),该显示部分只针对电压电流测试校准功能,当选择其他校准功能时,该部分不显示任何内容;校准信号设置范围及类型显示区22位于液晶显示屏左下角,用于显示校准信号的数值设定范围及校准信号模式,例如选择电压测试校准模式时,数值设定范围为:0-1000V,模式为:DC;校准信号误差显示区23位于液晶显示屏的左侧,用于显示校准信号的输出误差,显示形式为1.0%;校准功能模式显示区24位于液晶显示屏的左上角,用于显示当前装置选择的校准功能模式,例如电压测试校准、电流测试校准、频率测试校准等;校准信号名称显示区25位于液晶显示屏的中间偏上位置,用于显示校准信号的名称,例如输出电压、输出电流、输出频率等。
如图4所示,是本实用新型实现电压电流测试校准功能的结构示意图,包括键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、MCU单元4、电压电流产生电路8、驱动电路9、功能按键模块10、电压电流测试校准信号输出端口11、数字万用表26。MCU单元4分别于键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、驱动电路9、功能按键模块10连接。用户通过功能按键模块10选择电压电流测试校准功能,再通过键盘输入模块1输入校准电压或电流数值、单位和类型(AC或DC),MCU单元4接收到键盘输入模块1及功能按键模块10输入的信息后,将用户选择的功能及校准电压或电流数值、单位及类型(AC或DC)显示在液晶显示模块2上,并产生6路控制信号(PWM及高低电平信号),该6路控制信号经过驱动电路9的隔离放大后,用于控制电压电流产生电路8产生设置的校准电压或电流信号,该校准信号通过电压电流测试校准信号输出端口11输出给数字万用表26,实现数字万用表26电压电流测试功能的校准。其中,电压电流产生电路8装有2个电压霍尔传感器和2个电流霍尔传感器,先将输出的电压或电流信号隔离采样,采样信号经过调理电路3调理后反馈给MCU单元4,形成精确闭环控制,实时调整输出电压或电流信号,使其稳定在设置的校准值,提高校准电压或电流信号的精度。
如图5所示,是本实用新型实现频率测试校准功能的结构示意图,包括键盘输入模块1、液晶显示模块2、MCU单元4、DA电路7、功能按键模块10、频率测试校准功能输出插孔12、数字万用表26(keithley2000型)。MCU单元4分别于键盘输入模块1、液晶显示模块2、DA电路7、功能按键模块10连接。用户通过功能按键模块10选择频率测试校准功能,并通过键盘输入模块1输入校准频率的数值、单位及类型(正弦或方波),MCU单元4将用户选择的功能及校准频率数值、单位及类型(正弦或方波)显示在液晶显示模块2上,并产生控制信号控制DA电路7产生频率测试校准信号,最终从频率测试校准功能输出插孔12输出,实现数字万用表26等用于频率测试的仪器校准。
如图6所示,是本实用新型实现接地导通电阻测试校准功能的结构示意图,包括键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、MCU单元4、电压电流产生电路8、驱动电路9、功能按键模块10、接地导通电阻校准功能输入插孔14、接地导通电阻测试校准功能输出插孔15、参考电阻28、接地导通电阻测试仪29。MCU单元4分别于键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、驱动电路9、功能按键模块10连接。用户通过功能按键模块10选择接地导通电阻测试校准功能,再通过键盘输入模块1输入校准电阻(R2)的数值和单位,导通电阻测试仪29输出的电流信号通过接地导通电阻校准功能输入插孔14输入到校准装置,经过参考电阻28(R1)后转换为电压信号(U1),该电压信号经过调理电路处理后送给MCU单元4,MCU通过将参考电阻28和用户设置的校准电阻值作比较计算出电压缩放比例,产生6路控制信号(PWM及高低电平信号),该6路控制信号经过驱动电路9的隔离放大后,用于控制电压电流产生电路8产生计算出的电压,从接地导通电阻校准功能输入插孔15输出缩放电压信号(U2=R2*U1/R1),用于模拟校准电阻转换的电压信号,实现接地导通电阻测试校准功能。
如图7所示,是本实用新型实现RCD检测校准功能的结构示意图,包括键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、MCU单元4、继电器模块6、功能按键模块10、RCD检测校准功能输入插孔13、霍尔电流传感器27、RCD检测仪30。MCU单元4分别于键盘输入模块1、液晶显示模块2、调理电路3、功能按键模块10连接。用户通过键盘输入模块1及功能按键模块10选择RCD检测校准功能,并输入继电器模块6断开的时间(数值和单位),MCU单元4将用户选择的功能及继电器断开时间(数值和单位)显示在液晶显示模块2上,并延时(设置的继电器断开时间)后控制继电器断开,模拟RCD跳闸功能;多功能电类测试仪26产生的测试电流信号通过RCD检测校准功能输入插孔13输入,先由霍尔电流传感器27隔离采样,采样信号经调理电路3调理后,再输入到MCU单元4中,MCU单元4将该信号计算后得出测试电流的数值,并将电流的数值和单位显示在液晶显示模块2,最终实现RCD检测仪30的校准。
如图8所示,是本实用新型继电器电路6,此电路采用光耦对MCU单元4产生的控制信号进行隔离放大,再将光耦输出信号作为继电器控制信号,模拟RCD开关跳闸功能,用于RCD检测校准。其中光耦采用TLP181,继电器采用AGP2024_DSP2a_DC24V。
如图9所示,为本实用新型驱动电路9(以其中一路驱动为例),驱动电路采用英飞凌驱动芯片1ED020I12-F2,将由MCU发出PWM控制信号进行隔离放大,最终输入驱动信号控制IGBT通断。
如图10(a)、(b)所示,是本实用新型采样调理电路3,图10(a)为直流信号调理电路,图10(b)为交流信号调理电路,该电路采用的芯片主要是集成2个运算放大器的LF353,主要作用就是对电压电流产生电路8中的霍尔电压传感器和霍尔电流传感器获取的采样信号,进行幅值变换、波形变换和信号限幅,确保采样信号满足MCU输入信号范围。其中直流信号调理电路用于将直流信号进行幅值变换及限幅后传输给MCU;交流信号调理电路用于将交流信号进行幅值变换、整流及限幅后变成直流信号,再传输给MCU。
如图11所示,是本实用新型的DA电路7,该电路先通过DAC芯片将MCU单元4产生数字信号转换为模拟信号(方波或正弦),再通过运算放大器将转换的模拟信号进行放大输出,作为频率测试的输入信号,用于频率测试功能的校准。其中DAC芯片采用TI公司的DAC7611,运算放大器采用TI公司的LF353。
如图12所示,是本实用新型电压电流产生电路,该电路可实现交直流电压电流信号的输出。其中该电路中的开关管均采用英飞凌的IGBT,型号为IKW40N120H3,在直流母线及负载输出侧各设置了一个电压霍尔传感器和电流霍尔传感器,型号分别为HV25-1000V和HAS14Z,实时将直流母线及负载侧电压电流信号经调理电路4后反馈给MCU单元4进行闭环调节,实现恒电压或横电流输出。其中T1和T3为电压霍尔传感器,T2和T4为电流霍尔传感器。
上述校准装置的校准方法,具体按照以下步骤实施:
电压电流测试校准方法的具体过程如下:
用户通过功能按键模块10选择电压电流测试校准功能,再通过键盘输入模块1输入校准电压或电流数值、单位和类型(AC或DC),MCU单元4接收到键盘输入模块1及功能按键模块10输入的信息后,将用户选择的功能及校准电压或电流数值、单位及类型(AC或DC)显示在液晶显示模块2上,并产生六路控制信号(PWM及高低电平信号),该六路控制信号经过驱动电路9的隔离放大后,用于控制电压电流产生电路8产生设置的校准电压或电流信号,该校准信号通过电压电流测试校准信号输出端口11输出给数字万用表26,实现数字万用表26电压电流测试功能的校准。其中,电压电流产生电路8装有2个电压霍尔传感器和2个电流霍尔传感器,先将输出的电压或电流信号隔离采样,采样信号经过调理电路3调理后反馈给MCU单元4,形成精确闭环控制,实时调整输出电压或电流信号,使其稳定在设置的校准值,提高校准电压或电流信号的精度。
频率测试校准方法的具体过程如下:
用户通过功能按键模块10选择频率测试校准功能,并通过键盘输入模块1输入校准频率的数值、单位及类型(正弦或方波),MCU单元4将用户选择的功能及校准频率数值、单位及类型(正弦或方波)显示在液晶显示模块2上,并产生控制信号控制DA电路7产生频率测试校准信号,最终从频率测试校准功能输出插孔12输出,实现数字万用表26等用于频率测试的仪器校准。
接地导通电阻测试校准方法如下:
用户通过功能按键模块10选择接地导通电阻测试校准功能,再通过键盘输入模块1输入校准电阻(R2)的数值和单位,接地导通电阻测试仪29输出的电流信号通过接地导通电阻校准功能输入插孔14输入到校准装置,经过参考电阻28(R1)后转换为电压信号(U1),该电压信号经过调理电路3处理后送给MCU单元4,MCU单元4通过将参考电阻28和用户设置的校准电阻值作比较计算出电压缩放比例,产生六路控制信号(PWM及高低电平信号),该六路控制信号经过驱动电路9的隔离放大后,用于控制电压电流产生电路8产生计算出的电压,从接地导通电阻校准功能输入插孔15输出缩放电压信号(U2=R2*U1/R1),用于模拟校准电阻转换的电压信号,实现接地导通电阻测试校准功能。
RCD(剩余电流装置)检测校准方法如下:
用户通过键盘输入模块1及功能按键模块10选择RCD检测校准功能,并输入继电器电路6断开的时间(数值和单位),MCU单元4将用户选择的功能及继电器断开时间(数值和单位)显示在液晶显示模块2上,并延时(设置的继电器断开时间)后控制继电器断开,模拟RCD跳闸功能;RCD检测仪30产生的测试电流信号通过RCD检测校准功能输入插孔13输入,先由霍尔电流传感器27隔离采样,采样信号经调理电路3调理后,再输入到MCU单元4中,MCU单元4将该信号计算后得出测试电流的数值,并将电流的数值和单位显示在液晶显示模块2,最终实现RCD检测仪30的校准。

Claims (4)

1.一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,其特征在于:所述校准装置分别用于实现电压电流测试校准功能、频率测试校准功能、接地导通电阻测试校准功能及RCD检测仪校准功能;
所述校准装置包括键盘输入模块、液晶显示模块、调理电路、MCU单元、上位机、继电器电路、电平转换电路、电压电流产生电路、驱动电路、功能按键模块;
键盘输入模块与MCU单元通过I/O口连接;调理电路与MCU单元通过A/D连接;继电器电路与MCU单元通过I/O口连接,模拟RCD开关的断开功能,实现RCD检测的校准;电平转换电路与MCU单元通过I/O口连接,对MCU输出信号进行隔离放大,实现频率测试校准;驱动电路与MCU单元通过I/O口连接,对MCU单元发出的PWM信号进行隔离放大,作为电压电流信号产生电路的驱动信号,实现电压电流测试的校准;上位机与MCU单元通过SCI串口连接;液晶显示模块与MCU单元通过SCI串口连接;功能按键模块与MCU单元通过I/O口连接。
2.根据权利要求1所述的一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,其特征在于:所述用于实现电压电流测试校准功能的结构为:包括MCU单元,MCU单元分别连接功能按键模块、键盘输入模块、液晶显示模块、调理电路及驱动电路,调理电路和驱动电路均与电压电流产生电路连接,电压电流产生电路上连接两个电压电流测试校准功能输出插孔,两个电压电流测试校准功能输出插孔均连接数字万用表。
3.根据权利要求1所述的一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,其特征在于:所述用于实现频率测试校准功能的结构为:包括MCU单元,MCU单元分别连接键盘输入模块、功能按键输入模块、液晶显示模块及DA电路,DA电路上连接两个频率测试校准功能输出插孔,两个频率测试校准功能输出插孔均连接数字万用表。
4.根据权利要求1所述的一种集多种校准功能于一体的电类测试仪校准装置,其特征在于:所述用于实现RCD检测校准功能的结构为:包括MCU单元,MCU单元分别连接功能按键模块、键盘输入模块、液晶显示模块、调理电路及继电器模块,调理电路和继电器模块均连接霍尔电流传感器,且继电器模块与霍尔电流传感器均连接一个RCD检测校准功能输入插孔,两个RCD检测校准功能输入插孔均连接RCD检测仪。
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