CN87210517U

CN87210517U - 大型数字式物理测量演示表

Info

Publication number: CN87210517U
Application number: CN 87210517
Authority: CN
Inventors: 夏吉臣; 徐云成; 王宁会
Original assignee: Northeast Normal University
Current assignee: Northeast Normal University
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1988-03-23

Abstract

本实用新型属教学用物理测量演示仪表的技术改进。本实用新型采用A/D变换器与多种传感器配合，将多种电量、非电量转换成数字量，以发光器件组成的大型数字显示。该表包括万用电表功能外，还有测量温度、湿度、重量、时间、频率、声强、照度、磁场、电场、电功率等功能，而且显示数字大、灵敏度高、收看面大、有自动存储功能、造价低、使用方便。

Description

本发明属于教学用物理测量演示仪表的技术改进。

通常使用的演示电表是动圈式大型指针表，由于灵敏度低、功能少，只能演示简单的物理象，不能进行较精确的定量演示，而且收看面小，测量功能少，远不能适应课堂教学、现场教学、电化教学的需要。

本发明的目的是建立一种装置，它可以克服上述公知装置的不足，主要是采用CMOS3¹ ₂位的大规模集成电路A／D变换器，内含七划解码器、显示推动器、基准及时钟电路与热敏、湿敏、压敏、光敏、磁敏、声敏等传感器配合，可将多种电量、非电量转换成数字量，以LED发光器件组成大型数字显示出来。该装置除包括一般万用电表的功能外，还具有测量温度、湿度、重量、时间、频率、声强、照度、磁场、电场、电功率等功能、而且显示数字大、灵敏度高、带有数据自动存儲、收看面大、造价低、操作使用方便。

本发明由下列装置实现的。该装置有一塑料外壳，壳内装有A／D转换电路、计时测量路、压力测量电路、温度测量电路、湿度测量电路、声强测量电路、照度测量电路、磁通测量电路、电场强度测量电路、电功率测量电路、频率测量电路、功能选择电路以及数据自动存儲电路。面板上装有数字显示屏0，功能选择开关a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、r、l、m、n，传感器输入端a′、b′、c′、d′、e′、f′、g′、h′、i′、j′、r′、l′、m′、n′，其特征是：通过传感器及相应的功能选择开关，将被测量信号输入A／D变换器、变成脉冲数，以数字形式在用LED排列成的大型数字屏上显示出来；变换传感器，显示屏上就显示相应被测量的数值。此外还带有数据自动存儲功能，可使被测数值保持1小时。

发明的具体结构用下列实施例和附图给出。

图1.大型数字式物理测量演示表外形图

图2.开关放大电路（只画出一位数码电路）

图3.A／D变换电路

图4.时间测量电路

图5.重量（压力）测量电路

图6.温度测量电路

图7.湿度测量电路

图8.声强测量电路

图9.照度测量电路

图10.磁通测量电路

图11.电场强度测量路

图12.电功率测量电路

图13.频率测量电路

图14.电源电路

图15.大型数字式物理测量演示表框图。

图1.表示整个装置的立体图。装置的面板，用红色半透明塑料板制成。0是大型数字显示屏，用廉价发光器件LED在硬质泡沫板上排列成的，字高为120毫米，可显示3 1/2 位数字、负极性、小数点。

图2.表示开关放大器，这里只画出一位数码电路，其他位类似。电路特征是：选用单管驱动电路，性能稳定可靠，成本低，字划采用单管串接方式排列，共阴极方式组合，使发光亮度一致，稳定无干扰。

图3表示A／D变换电路，它是一种双积分A／D变换器，其特征是将输入直流电压（模拟量）的大小，变为脉冲数并进行计数。基准电压选定1伏，使模拟信号电压满度值为2伏，从而增加积分电阻值，线性区域加宽，线性度得到提高，数字显示稳定，并设有数据保持键，按动K数字显示值即可暂时停留。

图4表示时间测量电路，当光、电、磁、声传感器信号通过K₄启动数字钟秒、分、时，IC₂将数字信号输出给开关放大器，驱动大型数字屏显示。数字钟的输出信号通过K₅与图3的K连接，可使该装置具有测量数据自动存儲的功能。

图5表示重量（压力）测量电路，传感器选用硅力敏器件组成桥式电路，并设有恒流源，从而保证灵敏、稳定、线性度好。

图6表温度测量电路，传感器选用正温度系数热敏电阻，封装在园柱形铝棒内，组成桥式测量电路。

图7表示湿度测量电路，传感器选用硅湿敏电阻，设有振藴信号幅度稳定电路，温度补偿电路，保证测量值重复性好。

图8表示声强测量电路，选用小型驻极体电容传声器，作为传感器件，并增设前置放大器，以便阻抗匹配，提高微弱信号的检测。

图9表示照度测量电路，选用硅光电池为传感器件，为了提高硅光电池的转换效率，将硅光电池安放在聚光反射腔内。

图10表示磁通测量电路，选用霍耳集成电路为传感器件，将传感器件与放大电路作成一体结构，可提高防干扰能力。

图11表示电场强度测量电路，选用场效应管BG₁为传感器件，它将交变电场信号经IC₁放大、整形，再经D₁～D₄组成的交直变换电路，输至A／D变换器的模拟端。

图12表示电功率测量电路，选用霍尔集成电路IC₁为传感器件，由IC₁、L、电流互感器B、组成乘法器电路。流入霍尔元件的电流，随接入电网负载R_H上的电流变化，通过霍尔元件上的磁场强度随电网电压变化，霍尔器件上产生的霍尔电势经IC₂、IC₃、IC₄组成的低频滤波器输至A／D变换的模拟端。

图13表示频率测量电路，测量信号经C₁耦合给IC₁的输入端，经整形、放大后由IC₂组成的施密特触发器，IC₃组成的单稳电路，输至A／D变换器的模拟端。

图14表示上述各电路所需用的电源电路。

图15表示大型数字式物理测量演示表电路原理框图。数字显示屏1、开关放大器2、A／D变换器3、功能选择开关4是该装置的共同部分。其他各测量功能的电路构成如下：

计时测量（0～599S）挡5，由光、电、声、磁传感器6、时分秒选择7、数字钟电路8组成；

温度测量（－50℃～100℃）挡9，由热敏元件10、测量桥11组成；

湿度测量（10～95％RH）12，由湿敏元件13、正弦波发生器件14对数电路15、交直流变换电路16、线性放大器17组成；

重量测量（0～1999g）挡18，由力敏元件19、恒流源20、线性放大器21组成；

声强测量（0～199.9dB）挡22，由声敏元件23、前置放大器24、功率放大器25、交直流变换电路26组成；

照度测量（0～199.9X）挡27，由光敏元件28、线性放大器29组成；

磁通测量（0～1999G）挡30，由磁敏元件31、测量桥32、线性放大器33组成；

电场强度测量（0～199.9V／m）挡34，由场效应元件35、电压放大器36、线性放大器37组成；

电功测量（0～1999W）挡38，由霍尔元件39、霍尔乘法器40、有源滤波器41组成；

频率测量（20～1999H_Z）挡42，由输入放大器43、施密特触发器44、单稳电路45、限幅电路46组成；

电压、电流、电阻、电导、β值的测量挡47，由数字万用表电路48组成。

Claims

1、大型数字式物理测量演示表，壳内装有各种电气元件，其特征在于：采用发光二极管LED在硬质泡沫板上排列成字高120mm的大型数字显示屏0与计时测量电路、重量测量电路、温度测量电路、湿度测量电路、声强测量电路、照度测量电路、磁通测量电路、电场测量电路、电功率测量电路、频率测量电路及其相应的传感器配合，将各被测信号输入A/D变换器、以数字形式显示出来。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于装置中设置数据自动存儲电路及数据保持键，数据可保持1小时。