CN220543028U - 一种电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪，电源内阻参数测量电路放电电路和调试电路，所述待测电源的负极接地，所述待测电源的正极与所述灵敏电流计的共接点连接双刀单掷开关的常闭触点，所述镜像电源的正极与所述灵敏电流计的共接点连接双刀单掷开关的常闭触点，所述双刀单掷开关的常开触点连接第一电阻与第二电阻的输入端，所述第一电阻与第二电阻的输出端的共接点接地，所述稳压电源的正极连接所述电阻箱成镜像电源，所述电阻箱与第二电解电容的共接点连接第二滑动变阻器，所述第二滑动变阻器、第一滑动变阻器和第六电阻串联。本申请的电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪能够简单精准的测量出电源的内阻。

Description

一种电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪

技术领域

本实用新型属于仪器仪表领域，具体涉及一种电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪。

背景技术

要辨别电源的品质，用肉眼观察是做不到的，只有依据科学的鉴别方法，即测量出电源本身的内阻才能判定。内阻大小是衡量电源品质好坏的关键性指标，内阻越小的电源其电源效率越高，性能越好，品质更高。但要快速准确地测出电源的内阻，并不是容易的事。现有技术为用伏安法测电源的电动势和内阻，但是在实际的实验中，电压表并非理想电压表，它因分流作用，导致电流表采集到的电流比电源输出的真实电流偏小，带来系统误差，因此此法测得的电动势和内阻均较真实值偏小，而且还存在着数据处理较繁琐等问题。能不能设计出一种能简单直接地测量出电源的内阻，像欧姆表那样，而且测量的结果又优于上面实验结果的仪器呢？

因此，如何提供一种电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪，能够简单精准的测量出电源的内阻，是目前有待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电源内阻参数测量电路以及电源内阻测量仪，能够简单精准的测量出电源的内阻。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

电源内阻参数测量电路，包括：

放电电路和调试电路，所述放电电路包括待测电源、镜像电源、第一电阻和第二电阻，所述调试电路包括双刀单掷开关、灵敏电流计、电阻器、第二电解电容、第一滑动变阻器和第二滑动变阻器，所述待测电源的负极接地，所述待测电源的正极与所述灵敏电流计的共接点连接双刀单掷开关的常闭触点，所述镜像电源的正极与所述灵敏电流计的共接点连接双刀单掷开关的常闭触点，所述双刀单掷开关的常开触点连接第一电阻与第二电阻的输入端，所述第一电阻与第二电阻的输出端的共接点接地，所述镜像电源由稳压电源和变阻箱串联构成，所述稳压电源的正极连接所述电阻箱，所述电阻箱与所述第二电解电容串联，所述电阻箱与第二电解电容的共接点连接第二滑动变阻器，所述第二滑动变阻器、第一滑动变阻器和第六电阻串联。

可选的，所述调试电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管构成具有四个连接端口的闭合环路。

可选的，所述调试电路还包括第五二极管、第一电解电容、第三电容、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻、第六电阻和第七电阻，所述第一滑动变阻器与第六电阻的共接点连接第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极与第四电阻的共接点连接第三电阻，所述第二三极管的发射极与第七电阻的共接点连接第五二极管，所述第四电阻与第一三极管串联，所述第二二极管、第四二极管与第三电容的共接点连接第一电解电容的正极，所述第一二极管、第三二极管与第三电容的共接点连接第一电解电容的负极。

可选的，还包括保护电路，所述保护电路包括第一电磁继电同时器和第二电磁继电同时器，所述第一电磁继电同时器的输入端接地，所述第一电磁继电同时器的输出端连接所述待测电源的负极，所述第二电磁继电同时器的输出端连接所述双刀单掷开关的常闭触点，所述第二电磁继电同时器的输入端连接所述镜像电源的正极。

可选的，所述保护电路还包括第一数字监控电压表和第二数字监控电压表，在所述灵敏电流计的两端分别连接有第一数字监控电压表和第二数字监控电压表。

可选的，所述保护电路还包括保护开关，所述保护开关与所述灵敏电流计串联。

电源内阻测量仪，包括：

电源开关、粗调旋钮、微调旋钮，所述待测电源的正负极分别连接电源内阻测量仪的第一接线柱和第二接线柱。

可选的，第一滑动变阻器设置于所述粗调旋钮内部，第二滑动变阻设置于所述微调旋钮内部。

有益效果：

1.采用了可调电压的镜像电源作为比较电路，有效地克服了系统误差的产生。

2.巧妙地利用了电路对称性原理解决了测量电源内阻问题，用待测电源与第一电阻串联组成的电流放电电路与用镜像电源与第二电阻串联组成的电流放电电路，进而通过读变阻箱的阻值获得电源内阻方法。

3.利用本装置测电源内阻，可以快速准确便捷，仪器化，克服了繁琐的计算，不需要涉及烦琐的计算和作图像，直接从变阻箱上读出电源内阻，原理简单，步骤简洁，操作容易，测量结果精准，实验效率更高。

附图说明

图1为根据本申请实施例提供的一种电源内阻参数测量电路；

图2为根据本申请实施例提供的另一种电源内阻参数测量电路；

图3为根据本申请实施例提供的一种电磁继电器同时器的电路图；

图4为根据本申请实施例提供的一种电源内阻测量仪的结构示意图；

图5为根据本申请实施例提供的另一种电源内阻测量仪的结构示意图。

附图标号说明

1、粗调旋钮，2、微调旋钮，3、双刀单掷开关K，4、安全开关K1，5、第一电压表，6、第二电压表，7、变阻旋钮，8、保护外壳。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示，为一种电源内阻参数测量电路,包括放电电路和调试电路，所述放电电路包括待测电源E、镜像电源E′、第一电阻R1和第二电阻R2，所述调试电路包括双刀单掷开关K、灵敏电流计G、第一滑动变阻器R5、第二滑动变阻器R8和电阻箱等，所述待测电源E的负极接地，所述待测电源E的正极与所述灵敏电流计G的共接点连接双刀单掷开关K的常闭触点，所述镜像电源E'的正极与所述灵敏电流计G的共接点连接双刀单掷开关K的常闭触点，所述双刀单掷开关K的常开触点分别连接第一电阻R1与第二电阻R2的输入端，所述第一电阻R1与第二电阻R2的输出端的共接点接地，所述稳压电源的正极连接所述电阻箱，所述电阻箱与所述第二电解电容C2串联，所述电阻箱与第二电解电容C2的共接点连接第二滑动变阻器R8的输入端，所述第二滑动变阻器R8、第一滑动变阻器R5和第六电阻R6串联，第二滑动变阻器R8的输出端连接第一滑动变阻器R5的输入端，第一滑动变阻器R5的输出端连接第六电阻R6。所述调试电路还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4构成具有四个连接端口的闭合环路。所述调试电路还包括第五二极管D5、第三电容C3、第二电解电容C2、第一电解电容C1、第一三极管、第二三极管、第三电阻R3、第四电阻R4、第一滑动变阻器R5、第二滑动变阻器R8、第六电阻R6和第七电阻R7，所述第一滑动变阻器R5与第六电阻R6的共接点连接第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极与第四电阻R4的共接点连接第三电阻R3，所述第二三极管的发射极与第七电阻R7的共接点连接第五二极管D5，所述第四电阻R4与第一三极管串联，所述第二二极管D2、第四二极管D4与第三电容C3的共接点连接第一电解电容C1的正极，所述第一二极管D1、第三二极管D3与第三电容C3的共接点连接第一电解电容C1的负极。所述第四电阻R4与第一三极管串联。

本实施中，测量电源内阻包括以下步骤：第一步，将变阻箱R的阻值归零，断开双刀单掷开关K，调节稳压电源的电压，使灵敏电流计电流G为零。

设待测电源E的电动势为ε，镜像电源E′的电动势为ε′，根据闭合回路欧姆定律则有：要使电流为零，则有：ε＝ε′。而与连入的电阻箱的阻值和电源的阻值等无关。

第二步，闭合双刀单掷开关K，通过电路的连接方式分别使待测电源E和稳压电源对分别经第一电阻、第二电阻对地放电，使得第一电阻的阻值等于第二电阻的阻值，它们既是放电电阻，又构成对称等值电路。此时，灵敏电流计G的读数偏离中央零刻度，调节变阻箱的阻值，使灵敏电流计G的读数重新归零，读出电阻箱阻值。由于在上面第一步中，已经调整稳压电源，使ε＝ε′，因此只要镜像电源E′与被测电源E的内阻完全相等，这样两电源就因为对称构成完全独立的放电电路，则灵敏电流计G中的电流就为零。稳压电源是指输出电压恒定，不受负载变化影响的电源。根据闭合回路欧姆定律知，电源的输出电压为：U＝ε-Ir。无论电路中的电流I多大，只有r＝0，输出的电压才恒定不变。因此，所谓稳压电源就是自身内阻完全可以忽略不计的电源。基于此，可调压的稳压电源自身的内阻是完全可以忽略不计的，则与它串联的电阻箱连入的电阻则可视为它的内阻r′后形成被测电源E的镜像电源E′。因此只有调整到r′＝r时，两电源才完全对称，灵敏电流计G的读数为零。稳压电源的调压范围可设计在1V—9V(也可更高)之间任意可调，必须保证输出电压稳定性好，电路响应快。

放电电路由两个电源(即待测电源E和它的镜像电源E′)和两个电阻第一电阻R1和第二电阻R2接地完成。其中R1＝R2，这两个电阻是不是精确的相等影响着测量的精确度。根据多次实验，为了保证放电电流不造成对电源的伤害，因此放电电流不宜过大，所以R1＝R2＝1kΩ比较合适，当然也可根据待测电源的电动势大小不同而适当调整，但必须是相等阻值的精密电阻。调试电路主要由灵敏电流计G、双刀单掷开关K等组成。

实验操作步骤:

1.变阻箱阻值调零，断开双刀单掷开关K，通过调节粗调电阻第一滑动变阻器R5来调节稳压电源的输出电压与被测电源E的电动势大约相等，闭合灵敏电流计保护开关K1,再调节微调电阻第二滑动变阻器R8使灵敏电流计G指针对准“0”刻度，此时稳压电源输出的电压值和被测电源E的电动势ε完全相同。

2.闭合双刀单掷开关K，此时灵敏电流计G的指针会偏离中央“0”刻度。调节变阻箱的阻值，使灵敏电流计G的指针再次对准“0”刻度，此时待测电源E通过双刀单掷开关K、第一电阻R1构成对地放电电路，镜像电源E′通过双刀单掷开关K、第二电阻R2构成对地放电电路，两独立的放电电路因为完全对称，故有待测电源E的内阻r和镜像电源E′的内阻r′相等，即r＝r′。

3.读出变阻箱的阻值，此阻值即为待测电源的内阻r，也是镜像电源的内阻r′的值。

4.重复上述2-3步骤，测得4-5个内阻值，求平均值作为电源内阻r的最后测量结果。

实验论证：

选同样型号两节干电池串联，用两种方法测量电池内阻进行比较。

(1)利用稳压标准电源构建对称电路测定电源的电动势和内阻方法

①记录表格如下：

说明：两节2号干电池串联做待测电源E进行实验电阻箱精确度0.1Ω。

②误差分析：由于采用了“待测”电源与稳压电源、变阻箱串联构成的镜像电源E′分别构成对称独立的电流流通“对比”电路，所以本实验设计本身并不因设计而产生系统误差，鉴于伏特表、灵敏电流计(微安表)会导致读数误差发生，所以实验中测得的电源内阻r存在一定的偶然误差。

用现有技术的伏-安法测电源内阻值：

①数据采集：用伏-安法测电源内阻值，通过多次改变滑动变阻器滑片位置，测得下表中多组对应的电流、电压数据。

②绘制电源的U-I特性曲线

1)利用图像法处理数据：

建立U-I直角坐标系，并在坐标系中描点，得出电源U-I图像，图像纵截距即为电源电动势，斜率K的值即等于电源内阻。由图像可测得该电源的电动势ε≈3.02V，内阻r≈0.30Ω。

2)用解析法求解电动势和内阻。

利用表格中第3次和第5次实验采集的电源输出电流、电源路端电压数据解方程组：

解方程组得：ε₁＝3.04V、r₁＝0.40Ω。

同理：将第1次、第3次实验采集的电源输出电流、电源路端电压解方程组得：第2组电动势E和内阻r值。ε₂＝3.02V、r₂＝0.33Ω。

将第3次、第6次实验采集的数据解得：ε₃＝3.09V、r₃＝0.53Ω

则有：

通过用图像法和解析法测得的电动势ε、内阻r值和用本申请测得结果对比，图像法测得的结果和本申请测得的结果更吻合，说明本申请装置设计的合理性。

实施例2：

增设了保护电路，如图2所示，包括第一数字监控电压表1和第二数字监控电压表2、保护开关、第一电磁继电同时器K3和第二电磁继电同时器K4，如图3所示为电磁继电器同时器的电路图，K3、K4为常开型四接线端电磁继电器(9V)，电磁线圈串联，在接通交流电源后，K3、K4同时接通，断开220V交流电，K3、K4会同时断开。

(1)增加了电磁继电同时器。

针对上述电路在实验中存在闭合和断开220V交流电源开关的瞬间，灵敏电流计G指针偏转过大的不足，为防止灵敏电流计G损坏，需要保证被测电源E和稳压标准E′电源同时通断电和同时通电，可在电路中加上K3、K4，K3、K4两个电磁线圈相串联的9V的电磁继电同时器来控制，在闭合和断开220V交流电源开关的瞬间，控制两电源的通断状态。

(2)增加了两个数字监控电压表。

为防止两个电源电压差过大而损坏电源和灵敏电流计G，特意为灵敏电流计G串接保护开关K1，并且为了进一步提高工作电路的安全性，和两个电源电压输出电压的直观性，还为电源设置有数字监控电压表1、2。为了进一步提高测量内阻的精度，变阻器增设了0.01Ω档。

本申请还提供了一种电源内阻测量仪，将电源内阻参数测量电路整合到变阻箱内，如图4所示，包括电源开关、粗调旋钮、微调旋钮、第一数字监控电压表、第二数字监控电压表、保护开关和双刀单掷开关，第一滑动变阻器设置于所述粗调旋钮内部，第二滑动变阻设置于所述微调旋钮内部。所述待测电源E的正负极分别连接电源内阻测量仪的第一接线柱和第二接线柱。通过调节所述粗调旋钮和微调旋钮，使所述稳压电源的输出电压和所述待测电源E的电动势相同。如图5所示为加装保护外壳后的电源内阻快速精准测量仪的结构示意图，加装了保护外壳(8)。

具体操作如下：

使用该仪器测量电源内阻时，操作十分简单：

第一步：将待测电源“+”、“—”极分别驳接在检测仪的“红”“黑”接线柱上，使检测仪上的开关双刀单掷开关K(3)和安全开关K1(4)断开，且让变阻箱阻值调零，再接通检测仪的220V交流电源开关。

第二步，观察两个数字电压表第一电压表(5)和第二电压表(6)显示的电压数值，调节检测仪上的稳压电源的输出电压：粗调旋钮(1)和微调旋钮(2)，使两个数字电压表显示的稳压电源的输出电压和待测电源E的输出电压相同，此时接通灵敏电流计G的安全开关K1，观察G表指针是否对齐中央“0”刻度，若未对准检测仪中央“0”刻度，则继续调节检测仪稳压电源的输出电压“微调”旋钮，直至两G表指针对齐中央“0”刻度为止。

第三步，仍保证变阻旋钮(7)×0.01Ω档、×0.1Ω档、×1Ω档全部为“0”Ω，合上检测仪上的开关K，让两电源同时向负载电阻R1、R2供电，此时G表指针会偏离“0”刻度，接下来调节变阻旋钮(7)×0.01Ω档、×0.1Ω档、×1Ω档到合适位置，让G表指针再次归“0”，最后读出各个变阻旋钮对应的电阻值并求和，即得被测电源的内阻。

下面是用“电源内阻快速精准测量仪”测量两节串联2号干电池、两节串联的5号干电池、1节2号干电池、1节5号干电池的内阻的实验的结果：

本申请采用了可调的稳压电源作为比较电路，有效地克服了系统误差的产生。巧妙地利用了电路对称性原理解决了测量电源内阻问题，用待测电源与第一电阻串联组成的电流放电电路与用镜像电源与第二电阻串联组成的电流放电，进而通过读变阻箱的阻值获得电源内阻方法。利用本装置测电源内阻，可以快速准确便捷，仪器化，克服了繁琐的计算，不需要涉及烦琐的计算和作图像，直接从变阻箱上读出电源内阻，原理简单，步骤简洁，操作容易，测量结果精准，实验效率更高。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电源内阻参数测量电路，其特征在于，包括：

放电电路和调试电路，所述放电电路包括待测电源、镜像电源、第一电阻和第二电阻，所述调试电路包括双刀单掷开关、灵敏电流计、电阻箱、第二电解电容、第一滑动变阻器和第二滑动变阻器，所述待测电源的负极接地，所述待测电源的正极与所述灵敏电流计的共接点连接双刀单掷开关的常闭触点，所述镜像电源的正极与所述灵敏电流计的共接点连接双刀单掷开关的常闭触点，所述双刀单掷开关的常开触点连接第一电阻与第二电阻的输入端，所述第一电阻与第二电阻的输出端的共接点接地，所述镜像电源由稳压电源和变阻箱串联构成，所述稳压电源的正极连接所述电阻箱，所述电阻箱与所述第二电解电容串联，所述电阻箱与第二电解电容的共接点连接第二滑动变阻器，所述第二滑动变阻器、第一滑动变阻器和第六电阻串联。

2.根据权利要求1所述的电源内阻参数测量电路，其特征在于，

所述调试电路还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管构成具有四个连接端口的闭合环路。

3.根据权利要求2所述的电源内阻参数测量电路，其特征在于，

所述调试电路还包括第五二极管、第一电解电容、第三电容、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻、第六电阻和第七电阻，所述第一滑动变阻器与第六电阻的共接点连接第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极与第四电阻的共接点连接第三电阻，所述第二三极管的发射极与第七电阻的共接点连接第五二极管，所述第四电阻与第一三极管串联，所述第二二极管、第四二极管与第三电容的共接点连接第一电解电容的正极，所述第一二极管、第三二极管与第三电容的共接点连接第一电解电容的负极。

4.根据权利要求1所述的电源内阻参数测量电路，其特征在于，

还包括保护电路，所述保护电路包括第一电磁继电同时器和第二电磁继电同时器，所述第一电磁继电同时器的输入端接地，所述第一电磁继电同时器的输出端连接所述待测电源的负极，所述第二电磁继电同时器的输出端连接所述双刀单掷开关的常闭触点，所述第二电磁继电同时器的输入端连接所述镜像电源的正极。

5.根据权利要求4所述的电源内阻参数测量电路，其特征在于，

所述保护电路还包括第一数字监控电压表和第二数字监控电压表，在所述灵敏电流计的两端分别连接有第一数字监控电压表和第二数字监控电压表。

6.根据权利要求5所述的电源内阻参数测量电路，其特征在于，

所述保护电路还包括保护开关，所述保护开关与所述灵敏电流计串联。

7.一种电源内阻测量仪，其特征在于，

包括如权利要求1-6任一项所述的电源内阻参数测量电路；

其中，所述电源内阻测量仪还包括：

电源开关、粗调旋钮和微调旋钮，所述待测电源的正负极分别连接电源内阻测量仪的第一接线柱和第二接线柱。

8.根据权利要求7所述的电源内阻测量仪，其特征在于，

第一滑动变阻器设置于所述粗调旋钮内部，第二滑动变阻设置于所述微调旋钮内部。