CN219935963U - 一种数字电桥的电压电流测量通道和数字电桥 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种数字电桥的电压电流测量通道及数字电桥，包括电流输入端、误差电压输入端、采样电阻和A/D转换器，电流输入端和误差电压输入端用于与检测点连接；电流输入端分别与采样电阻的第一端和A/D转换器的输入通道a连接，采样电阻的第二端与公共端连接，误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b连接。能够实现对测量点电流和检测点与公共端之间误差电压的测量，操作方便。

Description

一种数字电桥的电压电流测量通道和数字电桥

技术领域

本实用新型涉及数字电桥技术领域，尤其涉及一种数字电桥的电压电流测量通道和数字电桥。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

当前高压数字电桥在测量待测阻抗电流时，并不检测电流采样电路的引起的误差电压，使得该误差电压被计入待测阻抗两端的电压，从而造成测量误差。进行高精度交流阻抗测量时，电流采样电路的压降不可忽略，但是传统上没有简单的方法获取这个误差电压，从而无法进一步提高测量精度。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种数字电桥的电压电流测量通道和数字电桥，能够通过电流输入端测量待测电流的同时，通过误差电压输入端测量电流采样电路的误差电压，从而能够准确获得待测阻抗两端的电压，大大提高了测量精度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种数字电桥的电压电流测量通道，包括电流输入端、误差电压输入端、采样电阻和A/D转换器，电流输入端和误差电压输入端用于与电流检测点连接；

电流输入端分别与采样电阻的第一端和A/D转换器的输入通道a连接，采样电阻的第二端与公共端连接，误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b连接。

进一步的，A/D转换器的模拟地与公共端连接。

进一步的，误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b之间连接电压缓冲器。

进一步的，A/D转换器的输出端与中央处理器连接。

进一步的，电流输入端和误差电压输入端通过双芯屏蔽线与检测点连接，双芯屏蔽线的屏蔽与公共端连接。

第二方面，公开了一种数字电桥，包括两个第一方面公开的电压电流测量通道；

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗的低压端连接；

第二个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端与标准电容的低压端连接，标准电容的高压端用于与待测阻抗的高压端连接。

进一步的，两个电压电流测量通道的公共端均接地。

第三方面，公开了一种数字电桥，包括三个第一方面公开的电压电流测量通道；

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗的低压端连接；

第二个电压电流测量通道的电流输入端与标准电容的低压端连接；

第三个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗的高压端连接，公共端与标准电容的高压端连接。

进一步的，第一个电压电流测量通道和第二个电压电流测量通道的公共端均接地。

进一步的，第三个电压电流测量通道的公共端还用于连接试验电源的高压端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型的电压电流测量通道能够通过电流输入端测量电流检测点的电流，同时通过误差电压输入端测量检测点与公共端间的误差电压，之后，能够将误差电压扣除，从而得到待测阻抗两端的真实电压，大大提高了测量精度。

2、本实用新型公开的数字电桥包含多个电压电流测量通道，能够通过其中的一个电压电流测量通道获得待测阻抗低压端的电流和低压端与低压公共端之间的误差电压，还能通过另一个电压电流测量通道获得待测阻抗高压端的电流和高压端与高压公共端间的误差电压，用于测量接地试品或非接地试品时，操作更加方便。

3、本实用新型增加的误差电压检测功能硬件成本很低，对原有数字电桥的结构影响很小。

本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1公开的电压电流测量通道的电路结构图；

图2为实施例2公开的一种数字电桥的电路结构图；

图3为实施例3公开的另外一种数字电桥的电路结构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

在该实施例中，公开了一种数字电桥的电压电流测量通道，如图1所示，包括电流输入端、误差电压输入端、采样电阻R和A/D转换器；

电流输入端分别与采样电阻R的第一端和A/D转换器的输入通道a连接，采样电阻R的第二端与公共端G连接，误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b连接。

A/D转换器的模拟地与公共端G连接，A/D转换器的输出端还与中央处理器(CPU)连接。

电流输入端和误差电压输入端用于与检测点连接，当将电流输入端和误差电压输入端与电流检测点连接时，除能够测量检测点电流I外，还能测量检测点与公共端G之间的误差电压V。

本实施例还在误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b之间连接电压缓冲器_，通过电压缓冲器对误差电压输入端采集的信号进行隔离。

为了消除干扰，将电流输入端和误差电压输入端通过双芯屏蔽线与检测点连接，双芯屏蔽线的屏蔽与公共端G连接。

在具体实施时，电压缓冲器采用运算放大器AD8510，误差电压输入端与AD8510的同相输入端连接，AD8510的反相输入端与AD8510的输出端连接后与A/D转换器的输入通道b连接。

A/D转换器采用AD7656，AD7656有6个模拟信号通道，其中一个通道用于与电流输入端连接，另一个通道与运算放大器AD8510的输出端连接；CPU采用LPC2134，A/D转换器采用SPI接口与CPU连接。

本实施例公开的电压电流测量通道，能够通过电流输入端测量检测点的电流，通过误差电压输入端测量检测点与公共端间的误差电压，即测量电流测量电路的误差电压，实现方便。

实施例2

在该实施例中，公开了一种数字电桥，如图2所示，包括两个实施例1公开的电压电流测量通道；

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗Zx的低压端连接；

第二个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端与标准电容Cs的低压端连接，标准电容Cs的高压端与待测阻抗Zx的高压端连接。

两个电压电流测量通道的公共端G均接地。

当对待测阻抗Zx的阻抗值进行测量时，将试验电压U连接至待测阻抗Zx的高压端与公共端G之间，第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端实现了对待测阻抗Zx的低压端电流I1的测量和低压端与公共端间误差电压V1的测量，第二个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端实现了对标准电容Cs的低压端电流I2的测量和低压端与公共端间误差电压V2的测量，之后，通过I2和标准电容Cs可以得到Cs两端的电压Us，在扣除V1和V2的影响后得到待测阻抗两端的真实电压Uz＝Us+V2-V1，之后便可计算待测阻抗Zx＝Uz/I1,这样便可消除采样电路误差电压的影响，从而大大提高了测量精度。

由于待测阻抗Zx的电流取自其低压端，因此Zx不能接地，这是较常见的正接线或非接地阻抗测量方式。需要说明的是，一般Cs采用100pF高压标准电容器，其电流很小，即便检测误差电压V2，其值也基本为零，因此一般Cs可以只检测电流而不需要检测误差电压。本实施例公开的数字电桥实际上是一种四端子数字电桥，四端子是因为Zx的两端是四端子接线：(1)下部低压端采用了两端子连接，其中一个与电流输入端连接，另一个与误差电压输入端连接；(2)上部高压端采用了分离的高压电流电压连线，即Cs的连线用于测试试验电压U，试验电压的连线则只用于提供电流，因此Zx上端也采用了电流电压两端子连接，即一个端子与Cs连接，另一个端子与试验电压连接。

该实施例公开的数字电桥，用于正接线或不接地待测阻抗的测量。

实施例3

在该实施例中，公开了另外一种数字电桥，如图3所示，包括三个实施例1公开的电压电流测量通道；

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗Zx的低压端连接；

第二个电压电流测量通道的电流输入端与标准电容Cs的低压端连接；

第三个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗Zx的高压端连接，其公共端与标准电容Cs的高压端连接。

第一个电压电流测量通道和第二个电压电流测量通道的公共端均接地，第三个电压电流测量通道的公共端连接试验电源U的高压端。

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端与待测阻抗Zx的低压端连接，实现了对待测阻抗Zx的低压端电流I1的测量和低压端与公共端G1之间误差电压V1的测量；第二个电流测量通道的电流输入端实现了对标准电容Cs的低压端电流I2的测量，由于I2极小，这里不需要检测误差电压V2；第三个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端与待测阻抗Zx的高压端连接，实现了对待测阻抗Zx的高压端电流I3的测量和高压端与高压公共端G3之间误差电压V3的测量；将第三个电压电流测量通道的公共端G3与试验电源U的高压端连接，将试验电源U的低压端接地；之后，通过I2和标准电容Cs便可获得G3与G1之间的实测试验电压U，扣除误差电压V1和V3后便可以得到待测阻抗Zx两端的真实电压Uz＝U+V3-V1，依次便可计算待测阻抗。

这里存在两种测量模式，一种是不接地试品或正接线试品测量，即待测阻抗Zx的低压端不接地，此时采用待测阻抗Zx低压端的电流I1计算待测阻抗，即Zx＝Uz/I1，此时低压端采用了电流电压检测以获得误差电压V1，高压端也采用了电流电压检测以获得误差电压V3，因此这是一种四端子结构，大大提高了测量精度；一般试验室应用大多采用这种测量模式。

另一种是接地试品或反接线试品测量，即待测阻抗Zx的低压端接地，此时采用待测阻抗Zx高压端的电流I3计算待测阻抗，即Zx＝Uz/I3，此时低压端采用了电流电压检测以获得误差电压V1，高压端也采用了电流电压检测以获得误差电压V3，因此这也是一种四端子结构，能大大提高测量精度；由于待测试品Zx的电流取自其高压端，因此允许Zx低压端接地，例如测量电力变压器绕组对地电容时，变压器箱体是接地的无法断开，因此需要采用这种方式。需要说明的是：Zx高压端为电流电压检测，是四端子要求的。低压端连接了I1电流线为左右两个接地点提供了更安全的连接，低压端左右两个接地点在现实中并不是等电位的，该误差电压V1需要测量并在计算中扣除，由此获得了反接线四端子测量，一般现场测量会经常遇到这种测量模式。

该实施例能同时适应不接地试品或接地试品的高精度测量，使用非常方便，测量效率较高。

以上所披露的仅仅是本实用新型的基本结构和实现的功能，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所披露的技术基础上，可轻易想到的变化或变型，例如：增加电流电压输入端保护，采用多个电流量程，高压端电路如何供电和通讯，A/D转换器之前采用哪种信号调理电路，采用何种机械结构，采用哪种型号的芯片，采用哪种规格的无源器件，如何校准，等等；只要其基本结构和实现功能不变，都在本实用新型的保护范围之内。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种数字电桥的电压电流测量通道，其特征在于，包括电流输入端、误差电压输入端、采样电阻和A/D转换器，电流输入端和误差电压输入端用于与检测点连接；

电流输入端分别与采样电阻的第一端和A/D转换器的输入通道a连接，采样电阻的第二端与公共端连接，误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b连接。

2.如权利要求1所述的一种数字电桥的电压电流测量通道，其特征在于，A/D转换器的模拟地与公共端连接。

3.如权利要求1所述的一种数字电桥的电压电流测量通道，其特征在于，误差电压输入端与A/D转换器的输入通道b之间连接电压缓冲器。

4.如权利要求1所述的一种数字电桥的电压电流测量通道，其特征在于，A/D转换器的输出端与中央处理器连接。

5.如权利要求1所述的一种数字电桥的电压电流测量通道，其特征在于，电流输入端和误差电压输入端通过双芯屏蔽线与检测点连接，双芯屏蔽线的屏蔽与公共端连接。

6.一种数字电桥，其特征在于，包括两个权利要求1-5任一项所述的电压电流测量通道；

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗的低压端连接；

第二个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端与标准电容的低压端连接，标准电容的高压端用于与待测阻抗的高压端连接。

7.如权利要求6所述的一种数字电桥，其特征在于，两个电压电流测量通道的公共端均接地。

8.一种数字电桥，其特征在于，包括三个权利要求1-5任一项所述的电压电流测量通道；

第一个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗的低压端连接；

第二个电压电流测量通道的电流输入端与标准电容的低压端连接；

第三个电压电流测量通道的电流输入端和误差电压输入端用于与待测阻抗的高压端连接，公共端与标准电容的高压端连接。

9.如权利要求8所述的一种数字电桥，其特征在于，第一个电压电流测量通道和第二个电压电流测量通道的公共端均接地。

10.如权利要求8所述的一种数字电桥，其特征在于，第三个电压电流测量通道的公共端还用于连接试验电源的高压端。