專利名稱：電壓相量測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電壓相量測量儀，特別是教學(xué)實(shí)驗用測量低壓正弦交流電壓 相量的設(shè)備。
背景技術(shù)：
交流穩(wěn)態(tài)電路相量分析是工科電類本科或?qū)？茖W(xué)生學(xué)習(xí)電路理論課程的重要內(nèi) 容之一，其中電壓相量是電壓有效值和相位差兩個參數(shù)的合成表述( / = υΖφ)，在理論教 學(xué)中電壓相量內(nèi)容抽象，難于理解，在學(xué)習(xí)和驗證電壓相量關(guān)系的實(shí)驗課中，現(xiàn)有的實(shí)驗設(shè) 備沒有專用的電壓相量測量儀，而電廠、變電站使用的電壓相量測量儀都是以工頻交流電壓 (220V/380V)為基準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，不適于作為低壓教學(xué)實(shí)驗設(shè)備使用，目前做相量實(shí)驗 都是利用電工實(shí)驗臺，實(shí)驗時，先用交流電壓表測量電路中多個電壓有效值，然后根據(jù)測量的 電壓有效值計算出電壓相量值，電工實(shí)驗臺的實(shí)驗電路元件和測量儀器也是以220V/380V為 基準(zhǔn)，增加了實(shí)驗的危險性，因此做電壓相量實(shí)驗過程繁瑣、費(fèi)時費(fèi)力，不安全。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種電壓相量測量儀，使用該測量儀能使電壓相量實(shí)驗 過程方便省時，且測量儀結(jié)構(gòu)簡單、安全。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是電壓相量測量儀，具有面板和基板，其特征在于面板 上設(shè)有參考相量接線端子、被測相量接線端子、點(diǎn)陣顯示器、復(fù)位按鍵、電源插頭，基板上裝 有兩組量程調(diào)整模塊Α、Β、兩組精密整流模塊C、D、兩組鑒相模塊E、F、單片機(jī)、隔離變壓器、 電源模塊，其中一組精密整流模塊C的輸入端和鑒相模塊E的輸入端分別通過量程調(diào)整模 塊A與參考相量接線端子連接，另一組精密整流模塊D的輸入端和鑒相模塊F的輸入端分 別通過量程調(diào)整模塊B與被測相量接線端子連接，精密整流模塊C、D、鑒相模塊E、F各部件 輸出端與單片機(jī)的輸入接口分別對應(yīng)連接，點(diǎn)陣顯示器與單片機(jī)PIO接口連接，復(fù)位按鍵 與單片機(jī)的復(fù)位引腳連接，電源插頭與隔離變壓器、電源模塊依次連接，電源模塊輸出端與 測量儀的各部件電源輸入端連接。本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是1)使用本測量儀，對電壓相量的測量、計算、顯示由單片機(jī)完成，使實(shí)驗過程變得 簡單、方便，不需學(xué)生進(jìn)行計算，節(jié)省實(shí)驗時間，有利于引發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。2)本測量儀的電源由民用電網(wǎng)220V單相交流電供電，進(jìn)入儀器后經(jīng)隔離變壓器 隔離、降壓為15V和7. 5V交流電供儀器電源模塊和實(shí)驗電路使用，是在人體安全電壓(36V) 以下，能確保實(shí)驗時，學(xué)生無觸電危險。3)由于實(shí)驗是在低電壓、小電流狀態(tài)下進(jìn)行，減小了電能消耗，節(jié)省能源。
圖1是本實(shí)用新型電壓相量測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。[0010]圖2是本實(shí)用新型電壓相量測量儀原理框圖。圖中1面板、2參考相量接線端子、3被測相量接線端子、4點(diǎn)陣顯示器、5復(fù)位按 鍵、6電源插頭、7隔離變壓器、8電源模塊、9單片機(jī)、10精密整流模塊C、ll鑒相模塊E、12 量程調(diào)整模塊A、13精密整流模塊D、14鑒相模塊F、15量程調(diào)整模塊B。
具體實(shí)施方式
電壓相量測量儀的面板1上設(shè)有參考相量接線端子2、被測相量接線端子3、點(diǎn)陣 顯示器4、復(fù)位按鍵5，電源插頭6 ；基板上裝有A、B兩組量程調(diào)整模塊12、15，C、D兩組精密 整流模塊10、13，E、F兩組鑒相模塊11、14，單片機(jī)9、隔離變壓器7、電源模塊8 ；其中一組精 密整流模塊ClO的輸入端和鑒相模塊Ell的輸入端分別通過量程調(diào)整模塊A12與參考相量 接線端子2連接，另一組精密整流模塊D13的輸入端和鑒相模塊F14的輸入端分別通過量 程調(diào)整模塊B15與被測相量接線端子3連接，精密整流模塊C10、D13、鑒相模塊El 1、F14、的 輸出端與單片機(jī)9的輸入對應(yīng)接口分別連接，點(diǎn)陣顯示器4與單片機(jī)的PIO接口連接，復(fù)位 按鍵5與單片機(jī)的復(fù)位引腳連接，單片機(jī)9選用MSP430F169，電源插頭6與隔離變壓器7、 電源模塊8依次連接，電源模塊8輸出端與測量儀的各部件電源輸入端連接。將被測電路兩結(jié)點(diǎn)上的交流電壓信號接到參考相量接線端子2和被測相量接線 端子3上，儀器開機(jī)(接通電源)后，單片機(jī)檢測參考相量和被測相量接線端子有無信號接 入，如果無信號接入，通過點(diǎn)陣顯示器提示“請輸入被測信號”，并等待；如果有信號接入，兩 個量程調(diào)整模塊A、B將輸入的交流電壓幅值信號調(diào)整到精密整流模塊和鑒相模塊所需要 的交流電壓信號，然后分別輸入到精密整流模塊C、D和鑒相模塊E、F中，精密整流模塊C、 D和鑒相模塊E、F將被測交流電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}沖信號，分別輸入到單片機(jī)，單片機(jī)選 用MSP430F169，單片機(jī)首先檢測兩路交流信號的頻率和相位差，然后測量電壓相量有效值， 并同步在點(diǎn)陣顯示器上顯示測量結(jié)果，此后，循環(huán)檢測頻率、相位差、有效值和顯示電壓相 量測量結(jié)果。檢測、計算均由單片機(jī)程序完成。頻率的測量單片機(jī)根據(jù)一路交流電壓相鄰的兩個單向脈沖信號上升沿輸入的時 間間隔，測量出周期，周期用T表示，計算周期的倒數(shù)即為頻率，用f表示。相位差的測量單片機(jī)根據(jù)測量出的參考相量與被測相量兩路單向脈沖信號上升
沿輸入的時間間隔，用t表示，根據(jù)t與相位差間的關(guān)系式爐=360° χ %計算出兩路信 號的相位差，P是相位差。電壓相量有效值的測量單片機(jī)對經(jīng)精密整流后的交流信號進(jìn)行快速采樣、測 量，將連續(xù)變化的交流信號離散化，然后由程序完成真有效值計算，電壓有效值計算公式如 下 上式中Ul為電壓有效值，Uk為電壓采樣測量值，N為一個周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，k取 值范圍:0、……,N-Io兩路電壓有效值的測量，計算方法相同。按復(fù)位鍵能使系統(tǒng)重新啟動。隔離變壓器可將外接220V電源轉(zhuǎn)變?yōu)?5V和7. 5V交流電通過電源模塊為測量儀的各部件供電。
權(quán)利要求一種電壓相量測量儀，具有面板和基板，其特征在于面板上設(shè)有參考相量接線端子、被測相量接線端子、點(diǎn)陣顯示器、復(fù)位按鍵、電源插頭，基板上裝有兩組量程調(diào)整模塊A、B、兩組精密整流模塊C、D、兩組鑒相模塊E、F、單片機(jī)、隔離變壓器、電源模塊，其中一組精密整流模塊C的輸入端和鑒相模塊E的輸入端分別通過量程調(diào)整模塊A與參考相量接線端子連接，另一組精密整流模塊D的輸入端和鑒相模塊F的輸入端分別通過量程調(diào)整模塊B與被測相量接線端子連接，精密整流模塊C、D、鑒相模塊E、F各部件輸出端與單片機(jī)的輸入接口分別對應(yīng)連接，點(diǎn)陣顯示器與單片機(jī)PIO接口連接，復(fù)位按鍵與單片機(jī)的復(fù)位引腳連接，電源插頭與隔離變壓器、電源模塊依次連接，電源模塊輸出端與測量儀的各部件電源輸入端連接。
專利摘要電壓相量測量儀，在面板上設(shè)有兩個接線端子、顯示器、復(fù)位按鍵、電源插頭，在基板上裝有量程調(diào)整模塊A、B、精密整流模塊C、D、鑒相模塊E、F、單片機(jī)、隔離變壓器、電源模塊，其中精密整流模塊C和鑒相模塊E兩個輸入端分別通過量程調(diào)整模塊A與參考相量接線端子連接，另一組精密整流模塊D和鑒相模塊F的輸入端分別通過量程調(diào)整模塊B與被測相量接線端子連接，精密整流模塊C、D、鑒相模塊E、F各輸出端、點(diǎn)陣顯示器、復(fù)位按鍵分別與單片機(jī)連接，電源插頭與隔離變壓器、電源模塊依次連接，電源模塊輸出端與測量儀的各部件電源輸入端連接。使用本測量儀能使電壓相量教學(xué)實(shí)驗過程方便省時，且測量儀結(jié)構(gòu)簡單、安全，造價低。
文檔編號G09B23/18GK201673623SQ20102017960
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者劉剛 申請人:劉剛