TWI635287B - Electric current measuring method and system thereof - Google Patents

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一種電流量測方法及其系統，該方法透過並聯一可調定電流源及一電壓量測模組於一待測線路，該電壓量測模組的阻抗遠大於該待測線路的阻抗，而後利用該可調定電流源分次對該待測線路供應電流值相異的測試電流，透過該電壓量測模組取得每一該測試電流進入該待測線路的電壓訊號，計算出一電壓變化量以及該些測試電流之間的一電流變化量，根據該電壓變化量及該電流變化量計算出該待測線路的阻抗，此後改以該待測線路所屬電路中的一電力供應源供應電力，透過該電壓量測模組取得受量測部份的電壓訊號，根據該電壓訊號及該待測線路的阻抗算出電流。

Description

電流量測方法及其系統
本發明有關一種電流量測方法及其系統，尤指一種得以並聯方式對一待測線路進行電流量測的方法及系統。
按，現有技術於欲對一電路的部分線路進行電流量測時，需先將欲量測的部份線路開路，將三用電錶串接於該電路開路的部份，待電流測量完畢後，再使開路的部份還原。如此實施方式，雖可達到量測電流的目的，但此實施方式所產生的前置作業及還原作業過於繁瑣，而不利於快速量測。然而，將三用電錶串接於電路中，三用電錶本身所具有的阻抗將影響該電路的整體阻抗特性，而使量測結果失真。
再者，除上述實施方式之外，亦有以勾錶進行量測的實施方案，但勾錶僅適用於量測流有大電流電路上，並無法有效用於小電流電路的量測，且由於勾錶需勾掛於待檢測電路上，使其無法用於電路板上所佈設的線路。
本發明的主要目的，在於解決習用電流量測所產生的問題。
本為達上述目的，本發明提供一種電流量測方法，包含步驟有：步驟一：根據一待測線路的電流方向依序定義出一測試電流輸入點、一第一電壓檢測點、一第二電壓檢測點以及一測試電流輸出點； 步驟二：並聯一可調定電流源及一電壓量測模組於該待測線路，該電壓量測模組的阻抗遠大於該待測線路的阻抗，該可調定電流源電性連接該測試電流輸入點及該測試電流輸出點並形成迴路，該電壓量測模組則電性連接該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點並形成迴路；步驟三：利用該可調定電流源分次對該待測線路供應電流值相異的測試電流，透過該電壓量測模組量測每一該測試電流進入該待測線路時，該第一電壓檢測點與第二電壓檢測點之間的電壓訊號；步驟四：計算該第一電壓檢測點與該第二電壓檢測點於不同其中一該測試電流時的一電壓變化量，以及該些測試電流之間的一電流變化量，根據該電壓變化量及該電流變化量計算出該待測線路的阻抗；步驟五：禁能該可調定電流源，改以該待測線路所屬電路中的一電力供應源供應電力；以及步驟六：利用該電壓量測模組取得該第一電壓檢測點與第二電壓檢測點之間的電壓訊號，根據該電壓訊號及該待測線路的阻抗計算出該待測線路的電流。
本於一實施例中，該步驟六更包含一子步驟：令該待測線路斷路於該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點之間，取得該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測之間的該電壓訊號，提供該電壓訊號予一相位整流濾波電路，以取得該電壓訊號中包含的阻抗特性。
本於一實施例中，該步驟六更包含一子步驟：根據該電力供應源種類選擇以一低通濾波單元或一高通濾波單元對該電壓訊號進行處理，若該電力供應源為直流電源以該低通濾波單元處理該電壓訊號，若該電力供應源為交流電源以該高通濾波單元處理該電壓訊號。
本除上述該電流檢測方法之外，本發明亦提供一電流量測系統，其包含二電流探針、二電壓感知探針、一可調定電流源、一電壓量測模組以及一運算單元。該二電流探針並聯接觸一待測線路並於該待測線路被接觸位置定義出一測試電流輸入點及一測試電流輸出點，該二電壓感知探針並聯接觸該待測線路並於該待測線路被接觸位置定義出一第一電壓檢測點及一第二電壓檢測點，該第一電壓檢測點與該第二電壓檢測點位於該測試電流輸入點及該測試電流輸出點之間。該可調定電流源連接該測試電流輸入點及該測試電流輸出點，經該測試電流輸入點及該測試電流輸出點分次對該待測線路提供複數電流值相異的測試電流。該電壓量測模組連接該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點，取得該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點之間在不同該測試電流時的每一電壓訊號。該運算單元連接該可調定電流源及該電壓量測模組，取得每一該測試電流及每一該電壓而計算出一電流變化量及一電壓變化量，依據該電流變化量及該電壓變化量計算出該待測線路的阻抗，禁能該可調定電流源令該電壓量測單元取得該待測線路由其所屬電路中一電力供應源提供電力時的該電壓訊號，由該電壓訊號與該待測線路的阻抗計算出該待測線路的電流。
本於一實施例中，該電流量測系統更包含一位於對應該測試電流輸入點的其中一該電流探針與該可調定電流源之間的第一高壓防護模組，以及一位於對應該第一電壓檢測點的其中一該電壓感知探針與該電壓量測模組之間的第二高壓防護模組。
本於一實施例中，該電壓量測模組包含一對該電壓訊號進行能量衰減的高阻抗衰減單元。
本於一實施例中，該電壓量測模組包含一連接該高阻抗衰減單元的濾波模組，該濾波模組包含一低通濾波單元、一高通濾波單元、一全通單元以及一受該運算單元控制而根據該電力供應源種類選擇以該低通濾波單元、該高通濾波單元及該全通單元的其中之一處理該電壓訊號的切換開關。
本於一實施例中，該電壓量測模組包含一連接該高阻抗衰減單元與該濾波模組之間的訊號緩衝單元。
本於一實施例中，該電壓量測模組包含一連接該濾波模組而得解析該電壓訊號所包含阻抗特性的相位整流濾波電路。
本於一實施例中，該電壓量測模組包含一設置於該濾波模組與該相位整流濾波電路之間的訊號放大電路。
本於一實施例中，該電壓量測模組包含一設於該相位整流濾波電路前級的數位類比轉換電路，以及一設於該相位整流濾波電路後級的類比數位轉換電路。
本透過上述技術方案，相較於習用具有以下特點：本發明以並聯方式量測該待測線路的電流，相較於習用以串聯方式量測電流更可降低電流量測結果的誤差。進一步來說，本發明令並聯於該待測線路的該電壓量測模組的阻抗遠大於該待測線路，使該電壓量測模組與該待測線路的等校阻抗很小，且使該可調定電流源所提供的該測試電流幾乎僅流於該待測電路上，而使本發明該電流量測系統可精準地量測出該待測線路的阻抗，如此再以該待測電路所屬該電路中的該電力供應源供應電力，取得該待測電路實際工作時的電壓訊號，最後利用該待測電路的阻抗及該電壓訊號算出電流。
100、101、102、103、104、105、106‧‧‧步驟
2‧‧‧電路
20‧‧‧待測電路
201‧‧‧測試電流輸入點
202‧‧‧第一電壓檢測點
203‧‧‧第二電壓檢測點
204‧‧‧測試電流輸出點
21‧‧‧電力供應源
22、23‧‧‧迴路
30‧‧‧電流量測系統
301‧‧‧電流探針
302‧‧‧電壓感知探針
31‧‧‧可調定電流源
32‧‧‧電壓量測模組
321‧‧‧高阻抗衰減單元
322‧‧‧低通濾波單元
323‧‧‧高通濾波單元
324‧‧‧全通單元
325‧‧‧切換開關
326‧‧‧訊號緩衝單元
327‧‧‧相位濾波電路
328‧‧‧訊號放大電路
329‧‧‧數位類比轉換電路
320‧‧‧類比數位轉換電路
33‧‧‧運算單元
34‧‧‧第一電壓防護模組
35‧‧‧第二電壓防護模組
36‧‧‧顯示介面
VRW‧‧‧電壓訊號
iRW‧‧‧電流
iB‧‧‧測試電流
RW‧‧‧阻抗
圖1，本發明一實施例的流程示意圖。
圖2，本發明一實施例的實施示意圖(一)。
圖3，本發明一實施例的實施示意圖(二)。
圖4，本發明一實施例的單元組成示意圖。
圖5，本發明另一實施例的流程示意圖。
本發明詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱圖1及圖2，本發明提供一種電流量測方法，包含步驟有：步驟一100，根據一待測線路20的電流方向依序定義出一測試電流輸入點201、一第一電壓檢測點202、一第二電壓檢測點203以及一測試電流輸出點204；步驟二101，並聯一可調定電流源31及一電壓量測模組32於該待測線路20，該電壓量測模組32的阻抗遠大於該待測線路20的阻抗，該可調定電流源31電性連接該測試電流輸入點201及該測試電流輸出點204並形成迴路，該電壓量測模組32則電性連接該第一電壓檢測點202及該第二電壓檢測點203並形成迴路；步驟三102，利用該可調定電流源31分次對該待測線路20供應電流值相異的測試電流iB，透過該電壓量測模組32量測每一該測試電流iB進入該待測線路20時，該第一電壓檢測點202與第二電壓檢測點203之間的電壓訊號VRW；步驟四103，計算該第一電壓檢測點202與第二電壓檢測點203於不同其中一該測試電流iB時的一電壓變化量△VRW，以及該些測試電流iB之間的一電流變化量△iB，根據該電壓變化量△VRW及該電流變化量△iB計算出該待測線路20的阻抗RW；步驟五104，禁能該可調定電流源 31，改以該待測線路20所屬電路2中的一電力供應源21供應電力；以及步驟六105：利用該電壓量測模組32取得該第一電壓檢測點202與第二電壓檢測點203之間的該電壓訊號VRW，根據該電壓訊號VRW及該待測線路20的阻抗RW計算出該待測線路20的電流IRW。
另一方面，併請參閱圖3及圖4，本發明方法亦搭配一電流量測系統30實施，該電流量測系統30包含二電流探針301、二電壓感知探針302、該可調定電流源31、該電壓量測模組32以一運算單元33。該二電流探針301並聯接觸該待測電路20並於該待測電路20被接觸位置定義出該測試電流輸入點201及該測試電流輸出點204，該二電壓感知探針302並聯接觸該待測電路20並於該待測電路20被接觸位置定義出該第一電壓檢測點202及該第二電壓檢測點203，該第一電壓檢測點202與該第二電壓檢測點203位於該測試電流輸入點201及該測試電流輸出點204之間。進一步地，該二電流探針301與該二電壓感知探針302即為現今所稱的四線式探針，對應該測試電流輸入點201的其中一該電流探針301是與對應該第一檢測點202的其中一該電壓感知探針302整合於同一棒狀結構上，其餘二者則整合於另一棒狀結構上。再者，該二電流探針301的其中之一於實施過程中為正端，另一則為負端。該二電壓感知探針302亦同。
又，該可調電流源31連接該二電流探針301，經該測試電流輸入點201及該測試電流輸出點204分次對該待測電路20提供複數電流值相異的該測試電流iB。該電壓量測模組32則連接該二電壓感知探針302，取得該第一電壓檢測點202及該第二電壓檢測點203之間在不同該測試電流時的每一該電壓訊號VRW。該運算單元33連接該可調電流源31及該電壓量測模組32，取得每一該測試電流iB及每一該電壓訊號VRW而計算出一電流變化量△iB 及一電壓變化量△VRW，依據該電流變化量△iB及該電壓變化量△VRW計算出該待測線路20的阻抗RW，禁能該可調電流源31以取得該待測線路20由其所屬電路中一電力供應源21提供電力時的該電壓訊號VRW，由該電壓訊號VRW與該待測線路20的阻抗RW計算出該待測線路20的電流iRW。
又，該運算單元33可以一微控制處理器實施，該運算單元33可以透過加載等方式建置有一演算機制，以進行相關演算。
承上，本發明於實施初始，於步驟一100中，指定該電路中欲量測電流部分為該待測線路20，所稱該待測線路20可為一佈設有原件的單純線路。隨後令該二電流探針301及該二電壓感知探針302依序以並聯方式接觸該待測線路20，而基於該待測線路的電流方向依序定義出該測試電流輸入點201、該第一電壓檢測點202、該第二電壓檢測點203以及該測試電流輸出點204。此後即進入步驟二101，令分別連接該二電流探針301及該二電壓感知探針302的該可調定電流源31與該電壓量測模組32並聯於該待測線路20。再者，本發明令並聯於該待測線路20的該電壓量測模組32的阻抗遠大於該待測線路20，使該電壓量測模組32與該待測線路20的等校阻抗很小，亦即當有電流流經時，電流將幾乎全部流到該待測線路20上。另一方面，該可調定電流源31便可與該測試電流輸入點201、該測試電流輸出點204以及該待測線路20形成迴路(如圖2所標22)，該電壓量測模組32則可與該第一電壓檢測點202、該第二電壓檢測點203以及該待測線路20形成另一迴路(如圖2所標23)，並進入該步驟三102。
步驟三102實施過程中，該運算單元33起初控制該可調定電流源31向該待測線路20輸出為0.1安培的該測試電流iB，並量測該第一電壓檢測點202與該第二電壓檢測點203之間的該電壓訊號VRW，完成後，該運算單元 33即再次控制該可調定電流源31向該待測線路20輸出為0.6安培的該測試電流iB，並量測該第一電壓檢測點202與該第二電壓檢測點203之間的該電壓訊號VRW，當完成預訂進行測試的次數後，進入該步驟四103。於該步驟四103執行過程中，對所取得的每一該電壓訊號VRW及每一該測試電流iB進行計算，取得該第一電壓檢測點202與該第二電壓檢測點203於不同該測試電流iB的該電壓變化量△VRW，以及該些測試電流iB之間的該電流變化量△iB。此後，根據該電壓變化量△VRW及該電流變化量△iB計算出該待測線路20的阻抗RW，而此計算可基於歐姆定律所取得，於此不再贅述。又，本發明於此所舉該測試電流iB的電流值僅為舉例，並不用以限制。
接著，禁能該可調定電流源31，令其停止輸出該測試電流iB，改以該待測線路20所屬該電路2中的該電力供應源21向該待測線路20供應電力，進入該步驟六105。利用該電壓量測模組32取得該第一電壓檢測點202與該第二電壓檢測點203之間的該電壓訊號VRW，根據當下取得的該電壓訊號VRW以及該待測線路20的該阻抗RW計算出該待測線路20的電流iRW。
為了避免該待測線路20所屬該電路2的該電源供應器21輸出的高壓電力灌入該電流量測系統30，而導致該電流量測系統30損毀的問題發生。於一實施例中，該電流量測系統更包含一位於對應該測試電流輸入點201的其中一該電流探針301與該可調定電流源31之間的第一高壓防護模組34，以及一位於對應該第一電壓檢測點203的其中一該電壓感知探針302與該電壓量測模組203之間的第二高壓防護模組35。
再者，為了令量測出的該電壓訊號VRW得以被該運算單元33所使用，於一實施例中，該電壓量測模組32包含一對該電壓訊號VRW進行能量衰減的高阻抗衰減單元321。進一步地，該電壓量測模組32更包含一連接該 高阻抗衰減單元321的濾波模組，該濾波模組包含一低通濾波單元322、一高通濾波單元323、一全通單元324以及一受該運算單元33控制而根據該電力供應源21種類選擇以該低通濾波單元322、該高通濾波單元323及該全通單元324的其中之一處理該電壓訊號VRW的切換開關325。另一方面，本發明方法該步驟六105更包含一子步驟106：根據該電力供應源21種類選擇以該低通濾波單元322或該高通濾波單元323對該電壓訊號VRW進行處理，若該電力供應源21為直流電源以該低通濾波單元322處理該電壓訊號VRW，若該電力供應源21為交流電源以該高通濾波單元323處理該電壓訊號VRW。
併請參閱圖5，於一實施例中，該電壓量測模組32包含一連接該高阻抗衰減單元321與該濾波模組之間的訊號緩衝單元326，以及一連接該濾波模組而得解析該電壓訊號VRW所包含阻抗特性的相位整流濾波電路327。另一方面，本發明方法該步驟六105則包含另一子步驟107：令該待測線路20斷路於該第一電壓檢測點202及該第二電壓檢測203之間，取得該第一電壓檢測點202及該第二電壓檢測203之間的該電壓訊號VRW，提供該電壓訊號VRW予一相位整流濾波電路，以取得該電壓訊號VRW中包含的阻抗特性。再者，所稱該阻抗特性即為該領域通知的電阻特性、電感特性以及電容特性。
於一實施例中，該電壓量測模組32包含一設置於該濾波模組與該相位整流濾波電路327之間的訊號放大電路328。另一方面，該電壓量測模組更可包含一設於該相位整流濾波電路327前級的數位類比轉換電路329，以及一設於該相位整流濾波電路327後級的類比數位轉換電路320。再者，該電流量測系統30更可包含一顯示介面36，以將感測結果顯示於上。

Claims (11)

  1. 一種電流量測方法，包含步驟有：步驟一：根據一待測線路的電流方向依序定義出一測試電流輸入點、一第一電壓檢測點、一第二電壓檢測點以及一測試電流輸出點；步驟二：並聯一可調定電流源及一電壓量測模組於該待測線路，該電壓量測模組的阻抗遠大於該待測線路的阻抗，該可調定電流源電性連接該測試電流輸入點及該測試電流輸出點並形成迴路，該電壓量測模組電性連接該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點並形成迴路；步驟三：利用該可調定電流源分次對該待測線路供應電流值相異的測試電流，透過該電壓量測模組量測每一該測試電流進入該待測線路時，該第一電壓檢測點與第二電壓檢測點之間的電壓訊號；步驟四：計算該第一電壓檢測點與該第二電壓檢測點於不同該測試電流時的一電壓變化量，以及該些測試電流之間的一電流變化量，根據該電壓變化量及該電流變化量計算出該待測線路的阻抗；步驟五：禁能該可調定電流源，改以該待測線路所屬電路中的一電力供應源供應電力；以及步驟六：利用該電壓量測模組取得該第一電壓檢測點與第二電壓檢測點之間的電壓訊號，根據該電壓訊號及該待測線路的阻抗計算出該待測線路的電流。
  2. 如請求項1所述的電流量測方法，其中，該步驟六更包含一子步驟：令該待測線路斷路於該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點之間，取得該第一電壓檢測點 及該第二電壓檢測之間的該電壓訊號，提供該電壓訊號予一相位整流濾波電路，以取得該電壓訊號中包含的阻抗特性。
  3. 如請求項1或2所述的電流量測方法，其中，該步驟六更包含一子步驟：根據該電力供應源種類選擇以一低通濾波單元或一高通濾波單元對該電壓訊號進行處理，若該電力供應源為直流電源以該低通濾波單元處理該電壓訊號，若該電力供應源為交流電源以該高通濾波單元處理該電壓訊號。
  4. 一種電流量測系統，其包含：二電流探針，並聯接觸一待測線路並於該待測線路被接觸位置定義出一測試電流輸入點及一測試電流輸出點；二電壓感知探針，並聯接觸該待測線路並於該待測線路被接觸位置定義出一第一電壓檢測點及一第二電壓檢測點，該第一電壓檢測點與該第二電壓檢測點位於該測試電流輸入點及該測試電流輸出點之間；一可調定電流源，連接該測試電流輸入點及該測試電流輸出點，經該測試電流輸入點及該測試電流輸出點分次對該待測線路提供複數電流值相異的測試電流；一電壓量測模組，連接該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點，取得該第一電壓檢測點及該第二電壓檢測點之間在不同該測試電流時的每一電壓訊號；一運算單元，連接該可調定電流源及該電壓量測模組，取得每一該測試電流及每一該電壓訊號而計算出一電流變化量及一電壓變化量，依據該電流變化量及該電壓變化量計算出該待測線路的阻抗，禁能該可調定電流源並令該電壓 量測模組取得該待測線路由其所屬電路中一電力供應源提供電力時的該電壓訊號，由該電壓訊號與該待測線路的阻抗計算出該待測線路的電流。
  5. 如請求項4所述的電流量測系統，其中，該電流量測系統更包含一位於對應該測試電流輸入點的其中一該電流探針與該可調定電流源之間的第一高壓防護模組，以及一位於對應該第一電壓檢測點的其中一該電壓感知探針與該電壓量測模組之間的第二高壓防護模組。
  6. 如請求項5所述的電流量測系統，其中，該電壓量測模組包含一對該電壓訊號進行能量衰減的高阻抗衰減單元。
  7. 如請求項6所述的電流量測系統，其中，該電壓量測模組包含一連接該高阻抗衰減單元的濾波模組，該濾波模組包含一低通濾波單元、一高通濾波單元、一全通單元以及一受該運算單元控制而根據該電力供應源種類選擇以該低通濾波單元、該高通濾波單元及該全通單元的其中之一處理該電壓訊號的切換開關。
  8. 如請求項7所述的電流量測系統，其中，該電壓量測模組包含一連接該高阻抗衰減單元與該濾波模組之間的訊號緩衝單元。
  9. 如請求項7所述的電流量測系統，其中，該電壓量測模組包含一連接該濾波模組而得解析該電壓訊號所包含阻抗特性的相位整流濾波電路。
  10. 如請求項9所述的電流量測系統，其中，該電壓量測模組包含一設置於該濾波模組與該相位整流濾波電路之間的訊號放大電路。
  11. 如請求項9所述的電流量測系統，其中，該電壓量測模組包含一設於該相位整流濾波電路前級的數位類比轉換電路，以及一設於該相位整流濾波電路後級的類比數位轉換電路。
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