KR20000018039A - 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치 - Google Patents

Abstract

피시험기기에서 사용되고 있는 전압 및 전류 계측시 필요한 전원공급선과 전압계, 전류계를 일체화하여 전압측정부와 전류측정부 및 그 표시장치를 갖춘 두개의 전원선을 피시험기기에 연결하는 것만으로 지속적으로 전압, 전류, 전력을 손쉽게 측정하며, 종래에 전압 및 전류계를 별도로 연결하여 피시험기기의 전압 및 전류를 측정할시 발생할 수 있는 오연결 등으로 인한 측정장치나 피시험기기의 손상 가능성을 완전히 해결하고, 종래의 기기보다 소형화 및 취급이 간편하여 시험자의 편의성을 극대화할 수 있는 장치이다.

Description

전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치{The Cable Kit with Voltage ＆ Current Display}

종래에는 전압 및 전류 표시기를 케이블 상에 위치하여 구성한 것이 없으며, 도 1에서와 같이 시험하고자 하는 보드나 기기를 전원공급기에 두 선(전원공급선)으로 연결하고, 피시험기기의 입력단의 양단에 전압계를 장치하고, 전원을 공급하는 두 선 중 한 선을 전류계를 통해 피시험기기에 연결하여야만 했다.

따라서 실험자는 여러 개의 연결선 및 계측기를 사용하여야 하므로 실험시 넓은 공간이 필요하고, 연결선이 많아 불편하였다. 또한, 많이 사용되고 있는 디지털멀티미터를 이용하는 경우, 이를 전류미터로 사용할 때 미터의 스위치를 전압미터로 잘못 설정하고 연결하는 경우가 많이 발생할 뿐만 아니라, 이로 인하여 DMM의 퓨즈 또는 기기가 파손된다. 또한, 측정기 없이 전원선을 연결한 후에는 전원이 입력되어 있는 상태에서 전압의 측정은 가능하나 전류를 계측하기 위해서는 부득이 전원공급을 차단하여야만 하므로 사용자에게 불편하였다.

본 발명의 주요 목적은 도 2와 같이 연결이 단순화되어 종래 방식에서 처럼 계측기가 별도로 필요 없으며, 따라서 계측기의 오설정으로 인한 기기파손 등의 문제를 해결하고, 사용자가 전원공급시에도 전압 및 전류를 언제나 확인할 수 있도록 하여 실험의 편의성을 향상시키는데 있다. 또한 마이크로프로세서 및 디지털 방식의 계측방식을 사용함으로써 기기의 분해 없이 임의의 사용자가 표시부의 키를 이용하여 계측값을 교정할 수 있어(소프트 캘리브레이션 기능) 정확한 계측을 가능하게 하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전압 및 전류 측정시의 기기연결 예

도 2는 본 발명에 따른 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치를 사용한 전압 및 전류 계측시의 기기연결 예

도 3은 본 발명에 따른 A/D를 이용한 전압 및 전류 계측의 구성을 나타낸 레이아웃도

도 4는 본 발명에 따른 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치의 전체적인 구성을 나타내는 레이아웃도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

① 전원부 ② Key & Display부

③ 제어부(Controller) ④ A/D 변환부

⑤ 전압측정부 ⑥ 전류측정부

⑦ 션트저항

도 5는 본 발명에 따른 키와 디스플레이의 구성을 나타내는 레이아웃도

도 6은 본 발명에 따른 전류측정부의 구성을 나타내는 레이아웃도

도 7은 본 발명에 따른 전압측정부의 구성을 나타내는 레이아웃도

도 8은 출력선의 구성을 나타내는 레이아웃도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

⑧, ⑨ 전원공급선 ⑩ + 센싱 전선

⑪ - 센싱 전선 ⑫ 피복

본 발명은 전원을 공급하기 위한 연결선과 두 전원선간의 전압신호를 취득하여 A/D 가능한 아날로그 신호로 변환하는 전압변환부와, 전원선에 흐르는 전류신호를 전압신호로 변환하여 A/D 가능한 아날로그 신호로 변환하는 전류변환부와, 전압변환부와 전류변환부의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환부 및 전압, 전류의 디지털 데이터를 연산하고 전체의 동작을 제어하는 CPU부 및 사용자의 키입력을 받고 전압 및 전류의 계측치를 표시하기 위한 Key & Display부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치의 바람직한 예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치의 전체적인 구성을 나타낸 레이아웃도이다.

본 발명에 따른 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 장착된 배터리로부터 전원을 입력받아 다른 구성부에 동작전원을 공급하는 전원부(ⓛ), 제어부(③)의 신호에 따라 전압 및 전류를 표시하고, 사용자의 키입력을 제어부(③)에 전달하는 Key & Display 부(②), A/D 변환부로부터 전압 및 전류의 디지털 데이터를 받아 연산하고, 디스플레이를 위한 데이터로 변환하여 디스플레이부를 통해 전압, 전류, 전력을 숫자로 표시하고, 또한 Key & Display(2)로부터 사용자의 키입력을 받아 기기의 동작을 컨트롤하는 제어부(③), 전압 및 전류의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환해주는 A/D변환부(④), 출력선 양단의 신호를 A/D 변환이 가능한 아날로그 신호로 변환해주는 전압측정부(⑤),출력선과 입력선 간의 신호를 A/D 변환이 가능한 아날로그 신호로 변환해주는 전류측정부(⑥)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치의 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 입력선에 전원이 공급되면 출력선 양단의 전압을 전압 측정부(⑤)를 통해 A/D 변환이 가능한 전압 아날로그 신호로 변환되며, 또한 션트저항(⑦)을 통해 흐르는 전류에 따라 션트저항 양단에 흐르는 미소전압신호는 전류측정부(⑥)를 통해 A/D 변환이 가능한 전류 아날로그 신호로 변환된다.

변환된 아날로그 신호는 A/D변환부(④)를 통해 전압 및 전류의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환되어 제어부(③)에 전달된다.

제어부(③)는 A/D 변환부(④)로부터 전압 및 전류의 디지털 데이터를 받아 연산하고, 디스플레이를 위한 데이터로 변환하여 Key & Display부(②)를 통해 전압, 전류, 전력을 숫자로 표시하며, 또한, Key & Display부(②)로부터 사용자의 키입력을 받아 기기의 동작을 컨트롤한다.

이 때, Key & Display부(②)는 제어부(③)의 신호에 따라 전압 및 전류를 출력하고, 사용자의 키입력을 제어부(③)에 전달하며, 이 때의 필요전원은 배터리가 장착된 전원부(①)로부터 공급된다.

도 5는 Key & Display부의 구성예이다.

도 6은 A의 Shunt저항(미소저항)을 통해 흐르고 있는 전류에 따라 저항의 양단에 작은 전압이 발생하여 이 저항 양단의 전압차는 차동증폭회로를 통해 A/D 변환부에 맞는 전압 Level을 변환하고, A/D변환기(C)를 통해 디지털 데이터로 변환하여 CPU로 보내게 된다.

도 7은 전원연결선(A, B)의 양단에서의 전압신호를 차동증폭기(C)를 통해 A/D 가능한 소신호로 변환하고, 이 아날로그 신호를 A/D 변환기(D)를 통해 디지털 데이터로 변환하여 CPU에 입력된다.

도 8은 정밀한 전압계측을 위한 출력단의 케이블구성을 나타내며, 도 8의 ⑧과 ⑨는 전원이 공급되는 전선이고, ⑩과 ⑪은 전압을 측정하기 위한 센싱용 전선이다. ⑧과 ⑩, ⑨와 ⑪은 ⑫의 피복을 입혀 각각 한선으로 구성되어 사용자에게 외관상으로는 한선으로 보이게 된다. 만일, ⑩과 ⑪을 구성하지 않는 경우 전원공급선에 흐르는 전류에 의해 전원공급선에서의 미세한 전압드롭이 발생하고, 이 전압드롭만큼의 측정오차가 발생하게 되나, 도 8과 같이 구성함으로써 전원공급선의 전압드롭에 의한 측정오차를 없앨 수 있게 된다.

도 3은 CPU에서 사용자의 전압 및 전류 선택에 따라 MUX의 입력 채널을 설정하도록 하여 1개의 A/D 변환기를 전압과 전류계측에 모두 사용하여 가격을 절감하는 경우의 구성도이다.

본 발명의 구성 중 전압측정부를 없애고 전원공급선을 한 선으로 구성하여 전류계측 및 표시기능만을 갖추도록 단순화하여 구성하는 것도 가능하며, 또한, 전원공급선(연결선)을 외부로 나오게 하여 착탈이 가능하도록 연결부(Connector)를 갖춤으로써 전원공급선의 길이를 사용자가 직접 결정할 수 있도록 구성할 수도 있다.

본 발명에 따르는 효과는 첫째, 사용되고 있는 전압과 전류를 계측함에 있어 전원공급기와 전원사용기기간 전원선을 연결하는 것 이외의 별도의 계측장치(전압계, 전류계)의 연결이 필요 없고, 둘째, 연결선의 오연결 및 계측기의 전압 및 전류 선택을 잘못하여 발생할 수 있는 계측기의 손상 가능성이 전혀 없으며, 셋째, 흐르는 전류가 전원선 정격 이상인 경우에 전원공급을 차단하기 위한 퓨즈를 내장하여 안전성을 높이고, 넷째, 키를 이용한 소프트 캘리브레이션 방식을 통해 계측값의 교정시 사용자가 손쉽게 조정할 수 있도록 하였으며, 특히, 사용하는 전류나 전압에 맞추어 교정함으로써 더 정확한 측정값을 얻을 수 있다. 다섯째, 소형으로 제작하여 휴대 및 장착이 편리하며, 특히 적은 실험공간에서 유용하게 사용할 수 있다. 여섯째, 저렴한 가격으로 구성할 수 있다.

Claims (3)

1. 전원공급입력선과 전원공급출력선과 전압 및 전류 표시장치와 전압 및 전류 계측부와 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 전압 및 전류 표시기를 갖는 케이블장치
2. 제 1항에 있어서,

   출력선의 끝단에서 전압을 검출하여 전압오차를 감소시키기 위한 또 하나의 선을 갖춘 이중선으로 구성된 출력선
3. 제 1항에 있어서,

   전압 및 전류 표시를 선택할 수 있도록 하는 선택키 및 제어부와 교정값을 저장하는 메모리와 교정을 위한 사용자의 입력을 받기 위한 키로 구성되는 외부 교정장치