CN211577251U - 用于浪涌保护器监测设备的装置以及包括该装置的监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于浪涌保护器监测设备的装置以及包括该装置的监测设备，包括：转换电路，感应待测浪涌电流并输出相应的电压信号；放大电路，将所述电压信号放大为待测电压信号，所述放大电路包括运算放大器；以及处理单元，所述处理单元连接到所述运算放大器的输出端，采集并输出所述待测电压信号；所述装置还包括量程切换电路，所述量程切换电路设置在所述转换电路和所述放大电路之间，并且所述量程切换电路包括开关元件，所述开关元件响应于所述处理单元的控制信号而断开或导通，以改变所述量程切换电路的阻抗，从而改变所述运算放大器的放大倍数。

Description

用于浪涌保护器监测设备的装置以及包括该装置的监测设备

技术领域

本实用新型涉及电子检测领域，更具体地，本实用新型涉及一种用于浪涌保护器监测设备的装置以及包括该装置的监测设备。

背景技术

目前，浪涌保护器(Surge Protection Device,SPD)已经广泛应用于诸如雷电流防护等的领域。为了监测SPD中的浪涌电流以及SPD的使用寿命，采用智能附属设备来实现该功能。在智能附属设备中，集成了高精度的电子系统来测量电流、电压等信息。

然而，需要测量浪涌电流的范围很广，例如为0至120kA。为了满足不同浪涌电流等级下高精度测量的要求，常用不同量程的多个测量装置(例如PCBA)来对应测量不同范围的浪涌电流。这带来了物料管理的不便、降低生产效率并且提高了生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于浪涌保护器监测设备的装置。该装置具有量程切换电路，可以根据测量需要切换不同的阻抗以改变运算放大器的放大倍数，从而得到不同的测量量程。只需要一个装置就可以满足不同浪涌电流量程范围的测量要求。

本实用新型的实施例提供一种用于浪涌保护器监测设备的装置，包括：转换电路，感应待测浪涌电流并输出相应的电压信号；放大电路，将所述电压信号放大为待测电压信号，所述放大电路包括运算放大器；以及处理单元，所述处理单元连接到所述运算放大器的输出端，采集并输出所述待测电压信号；所述装置还包括量程切换电路，所述量程切换电路设置在所述转换电路和所述放大电路之间，并且所述量程切换电路包括开关元件，所述开关元件响应于所述处理单元的控制信号而断开或导通，以改变所述量程切换电路的阻抗，从而改变所述运算放大器的放大倍数。

在一些示例中，所述量程切换电路的一端连接到所述转换电路的输出端，所述量程切换电路的另一端连接到所述运算放大器的输入端。

在一些示例中，所述量程切换电路包括三个电阻对和三个相应的开关元件，所述三个电阻对分别为第一电阻对R_H1,R_H1、第二电阻对R_M1,R_M1和第三电阻对R_L1,R_L1，每个电阻对分别通过相应的开关元件接入所述转换电路和所述放大电路之间，并且在所述装置运行时，所述三个电阻对中的一个电阻对及其相应的开关元件与所述运算放大器和所述转换电路导通，其他两个电阻对及其相应的开关元件与所述运算放大器和所述转换电路保持断开或高阻抗，从而所述量程切换电路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_L1、R_M1或R_H1。

在一些示例中，所述量程切换电路包括三个电阻对和一个开关元件，所述三个电阻对分别为第一电阻对R_H2,R_H2、第二电阻对R_M2,R_M2和第三电阻对R_L2,R_L2，所述三个电阻对依次串联连接到所述转换电路和所述运算放大器之间，所述开关元件与所述第一电阻对和所述第二电阻对并联，以在所述开关元件导通时将所述第一电阻对R_H2,R_H2和/或所述第二电阻对R_M2,R_M2短路，从而所述量程切换电路130的阻抗在以下四种阻抗大小中择其一：R_L2、R_L2+R_M2、R_L2+R_H2或R_L2+R_M2+R_H2。

在一些示例中，所述量程切换电路包括两个电阻对和一个开关元件，所述两个电阻对分别为第一电阻对R_H3,R_H3和第二电阻对R_M3,R_M3，所述两个电阻对依次串联连接到所述转换电路和所述运算放大器之间，所述开关元件与所述第一电阻对R_H3,R_H3和所述第二电阻对R_M3,R_M3并联，以在所述开关元件导通时将所述第一电阻对R_H3,R_H3或所述第二电阻对R_M3,R_M3短路，从而所述量程切换电路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_M3、R_H3或R_M3+R_H3。

在一些示例中，所述运算放大器为全差分运算放大器，所述全差分运算放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述输出端之间的第一反馈阻抗与所述第二输入端和所述输出端之间的第二反馈阻抗的阻值相等，所述量程切换电路的每个电阻对中的两个电阻的阻值彼此相等，并且所述量程切换电路的不同电阻对之间的电阻的阻值彼此不同。

在一些示例中，所述开关元件包括半导体开关芯片，其封装有四个半导体开关器件。

在一些示例中，所述处理单元包括微控制单元MCU。

在一些示例中，所述转换电路包括：感应线圈组件，设置在待测导体附近并且感应所述待测导体中的所述待测浪涌电流以产生微分电压信号；以及积分电路，将所述微分电压信号进行积分，以得到所述电压信号，所述电压信号的大小与所述浪涌电流的峰值或均值成比例。

本实用新型的实施例还提供一种用于浪涌保护器的监测设备，包括如上所述的装置。

本实用新型的技术方案的有益效果在于：针对不同的浪涌电流范围选择合适的量程，从而满足不同浪涌电流范围下高精度测量的要求。只使用一个装置即可实现多量程的浪涌电流测量，便于物料管理，有助于提高生产效率和降低生产成本，并且提高采用该装置的监测设备在不同工况下的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的模块示意图；

图2示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的第一实施方式的硬件配置的结构图；

图3示出了图2所示的实施方式中与第一电阻对相对应的开关元件的内部示意图；

图4示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的第二实施方式的硬件配置的结构图；

图5示出了图4所示的实施方式中的开关元件的内部示意图；

图6示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的第三实施方式的硬件配置的结构图。

附图标记列表

100 装置

110 转换电路

111 感应线圈组件

120 放大电路

121 运算放大器

130 量程切换电路

140,141,142,143,140’,140” 开关元件

150 处理单元

200 待测导体

R_H1,R_H2,R_H3 第一电阻

R_M1,R_M2,R_M3 第二电阻

R_L1,R_L2 第三电阻

Z_F,Z_F1,Z_F2 反馈阻抗

R_F,R_F1,R_F2 反馈电阻

C_F,C_F1,C_F2 反馈电容

K 控制信号

SW1,SW2,SW3,SW4 半导体开关器件

J1,J2,J3,J4 接线端口

J1’,J2’,J3’,J4’,J5’,J6’ 接线端口

具体实施方式

为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

目前，需要测量浪涌电流的范围很广，从500A至120kA，例如分为低中高三种大小范围的浪涌电流。例如，低浪涌电流范围为0-20kA，中浪涌电流范围为2-60kA，高浪涌电流范围为4-120kA。为了满足不同浪涌电流等级下高精度测量的要求，常见的解决方案是设计多版PCBA，每一版PCBA对应的不同的测量量程。这样会带来物料管理极其复杂，生产成本高昂，而且采用PCBA的智能附属设备(SmartSPD)灵活性也相对较低，一种型号的SmartSPD只能用于测量相对应范围的浪涌电流，而当测量超过当前量程的浪涌电流时，测量精度无法保障。因此，如果产生新的测量范围需求时，用户无法灵活选择测量量程，只能重新购买其他型号的SmartSPD，提高了用户成本。

本公开的实施例提供了用于浪涌保护器监测设备的装置，该装置包括：转换电路，感应待测浪涌电流并输出相应的电压信号；放大电路，将所述电压信号放大为待测电压信号，所述放大电路包括运算放大器；以及处理单元，所述处理单元连接到所述运算放大器的输出端，采集并输出所述待测电压信号；所述装置还包括量程切换电路，所述量程切换电路设置在所述转换电路和所述放大电路之间，并且所述量程切换电路包括开关元件，所述开关元件响应于所述处理单元的控制信号而断开或导通，以改变所述量程切换电路的阻抗，从而改变所述运算放大器的放大倍数。根据本公开的实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置包括量程切换电路，并通过处理单元的控制信号来控制开关元件的通断，以改变所述量程切换电路的阻抗，从而改变所述运算放大器的放大倍数，进而可以针对不同的浪涌电流范围选择合适的量程，满足不同浪涌电流范围下高精度测量的要求。本公开实施例提供的装置可实现多量程的浪涌电流测量，便于物料管理，有助于提高生产效率和降低生产成本。

图1示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置100的模块示意图。

如图1所示，装置100包括转换电路110、放大电路120以及处理单元150。放大电路120包括运算放大器121和量程切换电路130。

具体地，转换电路110感应待测浪涌电流并输出相应的电压信号。示例性地，转换电路110可以包括感应线圈组件和积分电路，所述感应线圈组件设置在待测导体附近并且感应所述待测导体中的所述待测浪涌电流以产生微分电压信号，所述感应线圈组件例如可以通过罗氏线圈(Rogowski Coil)等器件来实现。所述积分电路对所述微分电压信号进行积分，以得到所述电压信号。所述电压信号的大小与所述浪涌电流的峰值或均值成比例。当然，本领域技术人员能够理解，以上所述的转换电路110的实现方式仅为示例。本公开实施例的装置不限于此，输出相应的电压信号也不限于电压信号的大小与浪涌电流的峰值或均值成比例，只要存在某种数学上的对应关系即可。

放大电路120将所述电压信号放大为待测电压信号，放大电路120包括运算放大器121。示例性地，运算放大器121可以是全差分运算放大器，或者本领域常用的其他运算放大器。

处理单元150连接到运算放大器121的输出端，采集并输出所述待测电压信号。示例性地，处理单元150可以是微控制单元(Micro Controller Unit,MCU)。本公开实施例的实施方式中，MCU仅需处理电压信号采集和控制信号处理，对MCU的性能要求不高(即，处理速度较低)，便于以较低成本实现。

量程切换电路130设置在转换电路110和放大电路120之间，并且量程切换电路130包括开关元件140，开关元件140响应于处理单元150的控制信号K而断开或导通，以改变量程切换电路130的阻抗(以图1中虚线关系表示)，从而改变运算放大器121的放大倍数。示例性地，开关元件140可以是半导体开关芯片，其封装有四个半导体开关器件。例如，封装的半导体开关器件可以是场效应晶体管、双极型晶体管或双扩散MOS晶体管等。半导体开关芯片构造为接收控制信号K以控制每个半导体开关器件的导通或断开。

以上，参照图1描述了本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置100。图2示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的第一实施方式的硬件配置的结构图。下面，将参照图2描述第一实施方式的装置。

量程切换电路130的一端连接到转换电路110的输出端，量程切换电路130的另一端连接到所述运算放大器121的输入端。量程切换电路130包括三个电阻对R_H1,R_H1、R_M1,R_M1、R_L1,R_L1和三个相应的开关元件141,142,143，所述三个电阻对R_H1,R_H1、R_M1,R_M1、R_L1,R_L1分别为第一电阻对R_H1,R_H1、第二电阻对R_M1,R_M1和第三电阻对R_L1,R_L1，每个电阻对分别通过相应的开关元件接入转换电路110和放大电路120之间，并且在装置运行时，三个电阻对中的一个电阻对及其相应的开关元件与运算放大器121和转换电路110导通，其他两个电阻对及其相应的开关元件与运算放大器121和转换电路110保持断开或高阻抗，从而量程切换电路130的每一路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_L1、R_M1或R_H1。

具体地，本实施方式中，转换电路110包括感应线圈组件111和积分电路(未示出)，感应线圈组件111为罗氏线圈，设置在待测导体200附近并且感应待测导体200中的待测浪涌电流以产生微分电压信号。积分电路(未示出)将微分电压信号进行积分，以得到电压信号，电压信号的大小与所述浪涌电流的峰值或均值成比例。例如，如图2所示，待测导体穿过罗氏线圈的中心轴线。

例如，开关元件包括半导体开关芯片，每个半导体开关芯片封装有四个半导体开关器件SW1,SW2,SW3,SW4。每个半导体开关器件包括两个接线端和一个控制端，控制端响应于处理单元150的控制信号，例如高低电平信号，从而使得两个接线端之间断开或导通。具体地，以半导体开关器件SW1为例(其他半导体开关器件的工作原理类似)，在其控制端IN1接收到高电平信号(以下将以“1”代表高电平信号)时，半导体开关器件SW1导通，在其控制端IN1接收到低电平信号(以下将以“0”代表低电平信号)时，半导体开关器件SW1断开或保持高阻抗。本公开实施例的开关元件不限于此，还可以采用本领域常用的其他无源开关元件或其他有源开关元件。

具体地，转换电路110输出端包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端之间为电压信号，运算放大器121包括第一输入端、第二输入端和输出端。示例性地，第一电阻对R_H1,R_H1的一端分别连接至转换电路110的第一输出端和第二输出端，另一端分别连接至开关元件141，即，整体上来看，转换电路110、第一电阻对R_H1,R_H1、开关元件141以及运算放大器121依次串联连接，其他电阻对的串联连接方式类似，由此三个电阻对彼此分立地接入运算放大器121和转换电路110之间。本公开的实施例不限于上述连接方式，例如，也可以采用转换电路110、开关元件141、第一电阻对R_H1,R_H1以及运算放大器121依次串联的连接方式或其他串联连接方式。

在本实施方式中，运算放大器121为全差分运算放大器(Full-differentialamplifier)，全差分运算放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端和输出端之间的第一反馈阻抗Z_F1与第二输入端和输出端之间的第二反馈阻抗Z_F2的阻值相等，即Z_F1＝Z_F2＝Z_F，量程切换电路130的每个电阻对中的两个电阻的阻值彼此相等，并且量程切换电路130的不同电阻对之间的电阻的阻值彼此不同。

根据全差分运算放大器的工作原理，在不考虑电路中其他阻抗的情况下，全差分运算放大器的放大倍数G为：

其中，ω为输入电压信号的角频率且ω＝2πf，f为输入电压信号的频率，C_F为反馈阻抗Z_F中的反馈电容大小，R_i为第一输入端或第二输入端的电阻值，即量程切换电路中的每一路的电阻值。

在本实施方式中，采用反馈电容C_F与反馈电阻R_F并联(未示出)以形成反馈阻抗Z_F。本领域技术人员还可以采用其他常见的反馈阻抗连接方式。反馈电容C_F的大小范围为1nF至50nF，本实施方式中反馈电容C_F选择为10nF。由于反馈电阻R_F的大小并不实际影响放大倍数，因此根据实际情况选择合适的反馈电阻R_F的大小即可。

在装置运行时，量程切换电路130的每一路的阻抗可以在以下三种阻抗大小中择其一：R_L1、R_M1或R_H1。例如，处理单元150的微控制单元MCU发出控制信号K，使得开关元件141导通，开关元件142、143断开，从而第一电阻对R_H1,R_H1和开关元件141一起与运算放大器121和转换电路110导通，第二电阻对R_M1,R_M1和第三电阻对R_L1,R_L1及其相应的开关元件142、143保持断开或高阻抗，此时量程切换电路130的每一路的阻抗为R_H1。其他阻抗的选择方式类似，在此不再赘述。具体地，R_H1的阻值大小范围为100kΩ至150kΩ，R_M1的阻值大小范围为40kΩ至80kΩ，R_L1的阻值大小范围为10kΩ至30kΩ。

针对不同的浪涌电流范围可以选择合适的电阻值，获得不同的放大倍数，从而得到不同的测量量程。例如，在本实施方式中，浪涌电流范围为0-120kA，具体地，浪涌电流的范围可以是0-20kA、2-60kA和4-120kA。此时R_H1的阻值大小可以选择为120kΩ，R_M1的阻值大小可以选择为51kΩ或68kΩ，R_L1的阻值大小可以选择为15kΩ或21kΩ。此时，放大电路120的放大倍数可以根据上述放大倍数的计算公式计算得到。

图3示出了图2所示的第一实施方式中与第一电阻对R_H1,R_H1相对应的开关元件141的内部示意图。

如图3所示，开关元件141包括半导体开关芯片(如虚线框所示)，每个半导体开关芯片封装有四个半导体开关器件SW1,SW2,SW3,SW4。半导体开关芯片包括四个接线端口J1、J2、J3和J4，半导体开关器件SW1的一端与接线端口J1连接，另一端与半导体开关器件SW3的一端以及接线端口J3连接，半导体开关器件SW2一端与接线端口J2连接，另一端与半导体开关器件SW4的一端以及接线端口J4连接，半导体开关器件SW3的另一端与半导体开关器件SW4的另一端连接。此外，如图2所示，开关元件141的接线端口J1，J2分别与第一电阻对R_H1,R_H1的一端连接，开关元件141的接线端口J3，J4分别与运算放大器121的第一输入端和第二输入端连接。其他开关元件142，143的连接方式类似，在此不再赘述。

以下参照表1-2描述第一实施方式中的开关元件141,142,143的控制信号逻辑。开关元件141的四个半导体开关器件SW1,SW2,SW3,SW4分别包括控制端141_IN1,141_IN2,141_IN3,141_IN4。

表1开关元件141的控制信号逻辑

控制端	位	功能
			141_IN1	1	SW1导通
141_IN2	1	SW2导通
			141_IN3	0	SW3断开
141_IN4	0	SW4断开
			141_IN1	0	SW1断开
141_IN2	0	SW2断开
			141_IN3	0	SW3断开
141_IN4	0	SW4断开

表1以开关元件141示出了处理单元150的控制信号逻辑。当开关元件141接收到的控制信号为“1100”时，半导体开关器件SW1和SW2导通，半导体开关器件SW3和SW4断开，此时第一电阻对R_H1,R_H1接入运算放大器121和转换电路110之间。当开关元件141接收到的控制信号为“0000”时，半导体开关器件SW1,SW2,SW3,SW4均断开，此时第一电阻对R_H1,R_H1与运算放大器121和转换电路110保持断开或高阻抗。

为了便于描述，将量程切换电路130的量程分为第一量程、第二量程和第三量程，分别对应第一电阻对R_H1,R_H1导通、第二电阻对R_M1,R_M1导通和第三电阻对R_L1,R_L1而其他电阻对均断开时的测量量程。

其他量程的控制信号逻辑类似，在此不再赘述。表2示出了不同量程下的控制信号逻辑。在第一量程时，开关元件141接收到的控制信号为“1100”，开关元件142接收到的控制信号为“0000”，开关元件143接收到的控制信号也为“0000”，其他量程类似。

表2不同量程的控制信号逻辑

	141_IN1	141_IN2	141_IN3	141_IN4	142_IN1	142_IN2	142_IN3	142_IN4	143_IN1	143_IN2	143_IN3	143_IN4
													第一量程	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
第二量程	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0
													第三量程	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	0

此外，处理单元150发出的控制信号K可以通过预先在处理单元150写入程序来确定，或者可以通过用户交互界面输入，本公开实施例并不以此为限。

图4示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的第二实施方式的硬件配置的结构图。下面，将参照图4描述第二实施方式的装置。

以下仅就本实施方式与图2所示出的第一实施方式之间的不同之处进行说明，而其相似或相同之处则在此不再赘述。

在本实施方式中，量程切换电路130包括三个电阻对R_H2,R_H2、R_M2,R_M2、R_L2,R_L2和一个开关元件140’，三个电阻对R_H2,R_H2、R_M2,R_M2、R_L2,R_L2分别为第一电阻对R_H2,R_H2、第二电阻对R_M2,R_M2和第三电阻对R_L2,R_L2，三个电阻对R_L2,R_L2、R_M2,R_M2、R_H2,R_H2依次串联连接到转换电路110和运算放大器121之间，开关元件140’与第一电阻对R_H2,R_H2和第二电阻对R_M2,R_M2并联，以在开关元件140’导通时将第一电阻对R_H2,R_H2和/或第二电阻对R_M2,R_M2短路，从而量程切换电路130的每一路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_L2、R_L2+R_M2或R_L2+R_M2+R_H2。

图5示出了图4所示的第二实施方式中的开关元件140’的内部示意图。如图4和5所示，与第一实施方式的开关元件140的构造不同之处在于，本实施方式中半导体开关芯片包括六个接线端口J1’、J2’、J3’、J4’、J5’和J6’，半导体开关器件SW1的一端与接线端口J1’连接，另一端与接线端口J5’和半导体开关器件SW2的一端连接，半导体开关器件SW2的另一端与接线端口J3’连接，半导体开关器件SW3的一端与接线端口J2’连接，另一端与接线端口J6’和半导体开关器件SW4的一端连接，半导体开关器件SW4的另一端与接线端口J4’连接。在图4中，半导体开关器件SW1和SW3分别与第二电阻对R_M2,R_M2并联，半导体开关器件SW2和SW4分别与第一电阻对R_H2,R_H2并联。

在装置运行时，量程切换电路130的每一路的阻抗可以在以下四种阻抗大小中择其一：R_L2、R_L2+R_M2、R_L2+R_H2或R_L2+R_M2+R_H2。

例如，处理单元150的微控制单元MCU发出控制信号K，使得半导体开关器件SW1、SW2、SW3和SW4断开，从而第一电阻对R_H2,R_H2、第二电阻对R_M2,R_M2和第三电阻对R_L2,R_L2依次串联接入运算放大器121和转换电路110之间，此时量程切换电路130的每一路的阻抗为R_L2+R_M2+R_H2。

例如，处理单元150的微控制单元MCU发出控制信号K，使得半导体开关器件SW1和SW3断开，半导体开关器件SW2和SW4导通，从而第二电阻对R_M2,R_M2和第三电阻对R_L2,R_L2依次串联接入运算放大器121和转换电路110之间，第一电阻对R_H2,R_H2被短路，此时量程切换电路130的每一路的阻抗为R_L2+R_M2。

例如，处理单元150的微控制单元MCU发出控制信号K，使得半导体开关器件SW1和SW3导通，半导体开关器件SW2和SW4断开，从而第一电阻对R_H2,R_H2和第三电阻对R_L2,R_L2依次串联接入运算放大器121和转换电路110之间，第二电阻对R_M2,R_M2被短路，此时量程切换电路130的每一路的阻抗为R_L2+R_H2。

例如，处理单元150的微控制单元MCU发出控制信号K，使得半导体开关器件SW1、SW2、SW3和SW4均导通，从而第三电阻对R_L2,R_L2接入运算放大器121和转换电路110之间，第一电阻对R_H2,R_H2和第二电阻对R_M2,R_M2被短路，此时量程切换电路130的每一路的阻抗为R_L2。

具体地，R_H2的阻值大小范围为40kΩ至90kΩ，R_M2的阻值大小范围为20kΩ至60kΩ，R_L2的阻值大小范围为10kΩ至30kΩ。

示例性地，R_H2的阻值大小可以选择为69kΩ或52kΩ，R_M2的阻值大小可以选择为36kΩ或47kΩ，R_L2的阻值大小可以选择为15kΩ或21kΩ。

图6示出了根据本公开实施例的用于浪涌保护器监测设备的装置的第三实施方式的硬件配置的结构图。下面，将参照图6描述第三实施方式的装置。

以下仅就本实施方式与图4所示出的第二实施方式之间的不同之处进行说明，而其相似或相同之处则在此不再赘述。

量程切换电路130包括两个电阻对R_H3,R_H3、R_M3,R_M3和一个开关元件140”，两个电阻对R_H3,R_H3、R_M3,R_M3分别为第一电阻对R_H3,R_H3和第二电阻对R_M3,R_M3，两个电阻对R_H3,R_H3、R_M3,R_M3依次串联连接到转换电路110和运算放大器121之间，开关元件140”与第一电阻对R_H3,R_H3和第二电阻对R_M3,R_M3并联，以在所述开关元件140”导通时将第一电阻对R_H3,R_H3或第二电阻对R_M3,R_M3短路，从而量程切换电路130的每一路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_M3、R_H3或R_M3+R_H3。开关元件140”的构造与运行方式与第二实施方式类似，在此不再赘述。

具体地，R_H3的阻值大小范围为100kΩ至150kΩ，R_M3的阻值大小范围为40kΩ至90kΩ。

示例性地，R_H3的阻值大小可以选择为69kΩ或52kΩ，R_M3的阻值大小可以选择为51kΩ或68kΩ。

本公开的实施例还提供用于浪涌保护器的监测设备，所述监测设备包括上述装置。

综上所述，本实用新型提供的用于浪涌保护器监测设备的装置以及包括该装置的监测设备。该装置包括量程切换电路，可以根据测量需要切换不同的阻抗以改变运算放大器的放大倍数，从而得到不同的测量量程。只需要一个装置就可以满足不同浪涌电流量程范围的测量要求，便于物料管理，有助于提高生产效率和降低生产成本，并且提高采用该装置的监测设备在不同工况下的适用性。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开实施例揭露的技术范围内或者在本公开实施例揭露的思想下，可轻易想到变化、替换或组合，都应涵盖在本公开实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于浪涌保护器监测设备的装置，包括：

转换电路(110)，感应待测浪涌电流并输出相应的电压信号；

放大电路(120)，将所述电压信号放大为待测电压信号，所述放大电路(120)包括运算放大器(121)；以及

处理单元(150)，所述处理单元(150)连接到所述运算放大器的输出端，采集并输出所述待测电压信号；

其特征在于，

所述装置还包括量程切换电路(130)，所述量程切换电路(130)设置在所述转换电路(110)和所述放大电路(120)之间，并且所述量程切换电路(130)包括开关元件(140)，所述开关元件(140)响应于所述处理单元(150)的控制信号(K)而断开或导通，以改变所述量程切换电路(130)的阻抗，从而改变所述运算放大器(121)的放大倍数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述量程切换电路(130)的一端连接到所述转换电路(110)的输出端，所述量程切换电路(130)的另一端连接到所述运算放大器(121)的输入端。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述量程切换电路(130)包括三个电阻对(R_H1,R_H1、R_M1,R_M1、R_L1,R_L1)和三个相应的开关元件(141,142,143)，所述三个电阻对(R_H1,R_H1、R_M1,R_M1、R_L1,R_L11)分别为第一电阻对(R_H1,R_H1)、第二电阻对(R_M1,R_M1)和第三电阻对(R_L1,R_L1)，每个电阻对分别通过相应的开关元件接入所述转换电路(110)和所述放大电路(120)之间，并且在所述装置运行时，所述三个电阻对中的一个电阻对及其相应的开关元件与所述运算放大器(121)和所述转换电路(110)导通，其他两个电阻对及其相应的开关元件与所述运算放大器(121)和所述转换电路(110)保持断开或高阻抗，从而所述量程切换电路(130)的每一路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_L1、R_M1或R_H1。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述量程切换电路(130)包括三个电阻对(R_H2,R_H2、R_M2,R_M2、R_L2,R_L2)和一个开关元件(140’)，所述三个电阻对(R_H2,R_H2、R_M2,R_M2、R_L2,R_L2)分别为第一电阻对(R_H2,R_H2)、第二电阻对(R_M2,R_M2)和第三电阻对(R_L2,R_L2)，所述三个电阻对(R_L2,R_L2、R_M2,R_M2、R_H2,R_H2)依次串联连接到所述转换电路(110)和所述运算放大器(121)之间，所述开关元件(140’)与所述第一电阻对(R_H2,R_H2)和所述第二电阻对(R_M2,R_M2)并联，以在所述开关元件(140’)导通时将所述第一电阻对(R_H2,R_H2)和/或所述第二电阻对(R_M2,R_M2)短路，从而所述量程切换电路(130)的每一路的阻抗在以下四种阻抗大小中择其一：R_L2、R_L2+R_M2、R_L2+R_H2或R_L2+R_M2+R_H2。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述量程切换电路(130)包括两个电阻对(R_H3,R_H3、R_M3,R_M3)和一个开关元件(140”)，所述两个电阻对(R_H3,R_H3、R_M3,R_M3)分别为第一电阻对(R_H3,R_H3)和第二电阻对(R_M3,R_M3)，所述两个电阻对(R_H3,R_H3、R_M3,R_M3)依次串联连接到所述转换电路(110)和所述运算放大器(121)之间，所述开关元件(140”)与所述第一电阻对(R_H3,R_H3)和所述第二电阻对(R_M3,R_M3)并联，以在所述开关元件(140”)导通时将所述第一电阻对(R_H3,R_H3)或所述第二电阻对(R_M3,R_M3)短路，从而所述量程切换电路(130)的每一路的阻抗在以下三种阻抗大小中择其一：R_M3、R_H3或R_M3+R_H3。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述运算放大器为全差分运算放大器，所述全差分运算放大器包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端和所述输出端之间的第一反馈阻抗与所述第二输入端和所述输出端之间的第二反馈阻抗的阻值相等，所述量程切换电路(130)的每个电阻对中的两个电阻的阻值彼此相等，并且所述量程切换电路(130)的不同电阻对之间的电阻的阻值彼此不同。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述开关元件(140)包括半导体开关芯片，其封装有四个半导体开关器件。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元(150)包括微控制单元MCU。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述转换电路(110)包括：

感应线圈组件，设置在待测导体附近并且感应所述待测导体中的所述待测浪涌电流以产生微分电压信号；以及

积分电路，将所述微分电压信号进行积分，以得到所述电压信号，所述电压信号的大小与所述浪涌电流的峰值或均值成比例。

10.一种用于浪涌保护器的监测设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的装置。

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