專利名稱：程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可程控的交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，應(yīng)用于接地導(dǎo)通電阻測(cè)試儀的檢測(cè)和校準(zhǔn)，屬計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
接地導(dǎo)通電阻是交流電網(wǎng)供電的電器設(shè)備的可觸及金屬殼體與該設(shè)備引出的安全接地端(線)之間的導(dǎo)通電阻。接地導(dǎo)通電阻測(cè)試儀是通過(guò)輸出交流或者直流電流，施加于被測(cè)體的可觸及金屬殼體與其安全接地端(線)之間，并測(cè)量電流流過(guò)被測(cè)體所產(chǎn)生的壓降，然后通過(guò)電壓和電流之比得出被測(cè)體的接地導(dǎo)通電阻。檢測(cè)和校準(zhǔn)接地導(dǎo)通電阻測(cè)試儀的電阻示值誤差和報(bào)警電阻預(yù)置誤差時(shí)，需要使用到大電流標(biāo)準(zhǔn)電阻器；前者要求標(biāo)準(zhǔn)電阻器提供一系列數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)電阻(如100mΩ和200mΩ)，后者要求所使用的標(biāo)準(zhǔn)電阻器是可調(diào)式，而且需要有足夠小的調(diào)節(jié)細(xì)度。由于接地導(dǎo)通電阻測(cè)試儀校準(zhǔn)所需要的可調(diào)式電阻器的阻值低、功率大，難以用實(shí)體電阻制作，因此目前廣泛使用的是模擬電阻器?，F(xiàn)有的模擬電阻器通過(guò)機(jī)械式電位器或者旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)調(diào)整輸出的模擬電阻的大?。磺罢咻敵龅哪M電阻可連續(xù)調(diào)整，后者一般有多組旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，是步進(jìn)式的?，F(xiàn)有的使用機(jī)械式電位器或者旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的模擬電阻器存在以下缺點(diǎn)調(diào)整繁瑣需要操作人員手動(dòng)反復(fù)調(diào)整電位器或者旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)才能得到所需的電阻，不能滿足現(xiàn)今自動(dòng)校準(zhǔn)的需求；噪聲大機(jī)械式電位器和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變機(jī)械觸點(diǎn)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，隨著機(jī)械觸點(diǎn)逐漸老化，觸點(diǎn)接觸不良導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)嚴(yán)重噪聲。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種基于數(shù)字電位器的，無(wú)需調(diào)整機(jī)械式電位器或者旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的，電阻器內(nèi)沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器包括基準(zhǔn)電阻、電壓分配調(diào)節(jié)電路、電壓合成器和控制與顯示模塊，所述基準(zhǔn)電阻的一個(gè)接線端與電壓分配調(diào)節(jié)電路的一個(gè)輸入端電連接，電壓分配調(diào)節(jié)電路的輸出端與電壓合成器電連接，控制與顯示模塊與電壓分配調(diào)節(jié)電路的控制端電連接。
進(jìn)一步的，所述基準(zhǔn)電阻是一個(gè)大功率精密電阻，額定電流不小于30A，如圖2，從基準(zhǔn)電阻的兩端分別引出兩個(gè)接線端子PH和PL，PH端與電壓分配調(diào)節(jié)電路的輸入端連接。
進(jìn)一步的，所述電壓分配調(diào)節(jié)電路由放大器、數(shù)字電位器陣列和電壓跟隨器組成。放大器對(duì)基準(zhǔn)電阻的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，輸出端與數(shù)字電位器陣列連接。數(shù)字電位器陣列由一組數(shù)字電位器組成，每個(gè)數(shù)字電位器的控制端分別與控制顯示模塊的微處理器的I/O引腳連接，輸出端與電壓跟隨器的輸入端連接。電壓跟隨器起電壓緩沖作用，其輸出端與電壓合成器的輸入端連接。
進(jìn)一步的，所述電壓合成器對(duì)電壓分配調(diào)節(jié)電路輸出的多個(gè)電壓信號(hào)，按照一定的比例進(jìn)行疊加，所合成出的信號(hào)就是本模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出信號(hào)。
進(jìn)一步的，所述控制與顯示模塊由微處理器、輸入鍵盤(pán)、顯示屏組成。數(shù)字電位器陣列的控制端、輸入鍵盤(pán)的控制端、顯示屏的控制端均與微處理器的I/O引腳連接，用戶通過(guò)輸入鍵盤(pán)設(shè)置模擬電阻器的輸出電阻，設(shè)置值在顯示屏上顯示。
本實(shí)用新型可以通過(guò)數(shù)字鍵盤(pán)直接設(shè)置輸出指定大小的標(biāo)準(zhǔn)電阻，完成接地導(dǎo)通電阻測(cè)試儀電阻示值誤差的檢測(cè)；在用戶的設(shè)置下，輸出電阻可以從某個(gè)值開(kāi)始，以一定的速度自動(dòng)增大，直至被檢測(cè)的接地導(dǎo)通電阻測(cè)試儀發(fā)出報(bào)警為止，從而實(shí)現(xiàn)了報(bào)警電阻預(yù)置誤差的自動(dòng)檢測(cè)。
本實(shí)用新型的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器通過(guò)數(shù)字鍵盤(pán)直接設(shè)置輸出電阻的大小，無(wú)需調(diào)整機(jī)械式電位器或者旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，設(shè)置過(guò)程方便快速；而且該模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器實(shí)現(xiàn)了一種無(wú)觸點(diǎn)電阻調(diào)節(jié)技術(shù)，電阻器內(nèi)沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)，不存在由機(jī)械觸點(diǎn)接觸不良造成的噪聲。


圖1是本實(shí)用新型的電路框圖。
圖2是本實(shí)用新型的基準(zhǔn)電阻示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的信號(hào)處理電路原理圖。
圖4是本實(shí)用新型的接線端子示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型主要包括基準(zhǔn)電阻1，電壓分配調(diào)節(jié)電路2，電壓合成器3，控制與顯示模塊4，其中，電壓分配調(diào)節(jié)電路2與電壓合成器3組成信號(hào)處理電路。
圖2是采用“四端對(duì)”接法的基準(zhǔn)電阻示意圖。在電阻的兩端分別引出兩個(gè)接線端子，圖示的四個(gè)端子中的IH和IL是電流端子，測(cè)試時(shí)電流從這兩個(gè)端子流過(guò)；而PH和PL是電壓測(cè)量端子。在實(shí)施例中，PL接信號(hào)地，PH上的電壓信號(hào)即為信號(hào)處理電路(示于圖3)的輸入信號(hào)Vin。接地導(dǎo)通電阻的“四端對(duì)”測(cè)量方法即測(cè)量出PH和PL之間的電壓降Up，以及回路中的電流I，再根據(jù)歐姆定律Up/I，得出電阻體的實(shí)際電阻值。
圖3是本實(shí)施例的信號(hào)處理電路，主要由放大器、數(shù)字電位器陣列、電壓跟隨器和電壓合成器3組成。運(yùn)放OP1對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。數(shù)字電位器陣列包括數(shù)字電位器IC1、IC2和IC3，其對(duì)放大后的輸入信號(hào)進(jìn)行分壓，每個(gè)數(shù)字電位器的分壓比由控制與顯示模塊4中的微處理器控制。運(yùn)放OP2、OP3和OP4對(duì)分壓后的信號(hào)進(jìn)行緩沖。運(yùn)放OP5對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行合成，它的輸出信號(hào)Vout即為本實(shí)施例的輸出信號(hào)。為便于分析，采用了以下符號(hào)I-基準(zhǔn)電阻上的電流；Rref-基準(zhǔn)電阻的阻值；K1-運(yùn)放OP1的增益；K2-數(shù)字電位器IC1的分壓比；K3-數(shù)字電位器IC2的分壓比；K4-數(shù)字電位器IC3的分壓比；P1-數(shù)字電位器IC1的抽頭位置；P2-數(shù)字電位器IC2的抽頭位置；P3-數(shù)字電位器IC3的抽頭位置；V1-運(yùn)放OP1的輸出電壓；V2-數(shù)字電位器IC1的輸出電壓；V3-數(shù)字電位器IC2的輸出電壓；V4-數(shù)字電位器IC3的輸出電壓；以運(yùn)放OP5為核心組成一個(gè)加法運(yùn)算電路，把V2、V3和V4進(jìn)行加法合成。運(yùn)放OP5的輸出電壓Vout的計(jì)算式為Vout=R7·(V2R8+V3R9+V4R10)]]>因?yàn)閂in＝I·Rref，V1＝Vin·K1V2＝V1·K2，V3＝V1·K3，V4＝V1·K4
則Vout=I·Rref·K1·R7(K2R8+K3R9+K4R10)]]>假設(shè)IC1、IC2和IC3都是32抽頭的數(shù)字電位器，則整數(shù)P1、P2、P3的取值范圍是0～31，有K2=P131,K3=P231,K4=P331]]>則Vout=I·Rref·K1·R731(P1R8+P2R9+P3R10)]]>進(jìn)行如下變換Vout=30I·Rref·K1·R731(P130R8+P230R9+P330R10)]]>令P1＝3N1，P2＝3N2，P3＝3N3，整數(shù)N1、N2、N3的取值范圍是0～10，則Vout=3I·Rref·K1·R731(N1R8+N2R9+N3R10)]]>令R8=30R731,R9=300R731,R10=3000R731]]>則Vout＝I·Rref·K1(0.1N1+0.01N2+0.001N3)再令Rref＝100mΩ，K1＝10，則Vout＝I·(100N1+10N2+N3)合成電壓Vout與輸入電流I的商即為所模擬出的電阻R，即R=VoutI=100N1+10N2+N3(N1,N2,N3:0~10)]]>
由本實(shí)施例可見(jiàn)，由100mΩ基準(zhǔn)電阻模擬出0mΩ～1110mΩ間的任意阻值，調(diào)節(jié)細(xì)度是1mΩ；模擬電阻R的大小決定于數(shù)字電位器抽頭的位置P1、P2和P3，通過(guò)改變抽頭位置就可改變R的大小。本實(shí)用新型是交直流兩用模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，所輸出的模擬電阻的最大值決定于基準(zhǔn)電阻和運(yùn)放OP1的增益，輸出電阻的調(diào)節(jié)細(xì)度決定于數(shù)字電位器陣列中電位器的個(gè)數(shù)和電阻之間的比例，輸出電阻的準(zhǔn)確度主要決定于基準(zhǔn)電阻的準(zhǔn)確度和信號(hào)處理電路中R3、R4、R7、R8、R9、R10的匹配程度。
圖4是本實(shí)用新型的接線端子示意圖，端子A與基準(zhǔn)電阻的IL連接，端子B與基準(zhǔn)電阻IH連接，端子C與信號(hào)處理電路的信號(hào)地連接，端子D與信號(hào)處理電路的Vout連接。
權(quán)利要求1.一種程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其特征在于包括基準(zhǔn)電阻、電壓分配調(diào)節(jié)電路、電壓合成器和控制與顯示模塊，所述基準(zhǔn)電阻的一個(gè)接線端與電壓分配調(diào)節(jié)電路的一個(gè)輸入端電連接，電壓分配調(diào)節(jié)電路的輸出端與電壓合成器電連接，控制與顯示模塊與電壓分配調(diào)節(jié)電路的控制端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其特征在于所述基準(zhǔn)電阻一個(gè)大功率精密電阻，額定電流不小于30A；其中，從基準(zhǔn)電阻的兩端分別引出兩個(gè)接線端子PH和PL，PH端與電壓分配調(diào)節(jié)電路的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其特征在于所述電壓分配調(diào)節(jié)電路由放大器、數(shù)字電位器陣列和電壓跟隨器組成；放大器對(duì)基準(zhǔn)電阻的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，輸出端與數(shù)字電位器陣列連接，數(shù)字電位器陣列由一組數(shù)字電位器組成，每個(gè)數(shù)字電位器的控制端分別與控制顯示模塊的微處理器的I/O引腳連接，輸出端與電壓跟隨器的輸入端連接，電壓跟隨器起電壓緩沖作用，其輸出端與電壓合成器的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其特征在于所述電壓合成器對(duì)電壓分配調(diào)節(jié)電路輸出的多個(gè)電壓信號(hào)，按照一定的比例進(jìn)行疊加，所合成出的信號(hào)就是本模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器的輸出信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其特征在于所述控制與顯示模塊由微處理器、輸入鍵盤(pán)、顯示屏組成。數(shù)字電位器陣列的控制端、輸入鍵盤(pán)的控制端、顯示屏的控制端均與微處理器的I/O引腳連接，用戶通過(guò)輸入鍵盤(pán)設(shè)置模擬電阻器的輸出電阻，設(shè)置值在顯示屏上顯示。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種程控交直流模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器包括基準(zhǔn)電阻、電壓分配調(diào)節(jié)電路、電壓合成器和控制與顯示模塊，所述基準(zhǔn)電阻的一個(gè)接線端與電壓分配調(diào)節(jié)電路的一個(gè)輸入端電連接，電壓分配調(diào)節(jié)電路的輸出端與電壓合成器電連接，控制與顯示模塊與電壓分配調(diào)節(jié)電路的控制端電連接。其有益效果在于，無(wú)需調(diào)整機(jī)械式電位器或者旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，設(shè)置過(guò)程方便快速；而且該模擬標(biāo)準(zhǔn)電阻器實(shí)現(xiàn)了一種無(wú)觸點(diǎn)電阻調(diào)節(jié)技術(shù)，電阻器內(nèi)沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)，不存在由機(jī)械觸點(diǎn)接觸不良造成的噪聲。
文檔編號(hào)G01R27/20GK2831129SQ20052012966
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者陳志雄 申請(qǐng)人:廣州賽寶計(jì)量檢測(cè)中心服務(wù)有限公司