專利名稱：一種新型的數(shù)字多用表的保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種新型的數(shù)字多用表的保護(hù)電路技術(shù)領(lǐng)域 本實用新型涉及一種數(shù)字多用表的保護(hù)電路，用于保護(hù)數(shù)字多用 表避免因錯誤操作誤測高電壓而導(dǎo)致?lián)p壞。
背景技術(shù)：
目前，數(shù)字多用表的主運算放大器的保護(hù)電路如圖1所示。在主運算放大器輸入回路串接髙阻值電阻R并用晶體二極管Dl、 D2構(gòu)成放電回路。 當(dāng)在低量程誤測高電壓時，該高電壓產(chǎn)生的電流經(jīng)電阻R和晶體二極管Dl或D2 注入電源，高電壓的絕大部分都降在電阻R上，主運算放大器上得到的電壓近 似等于電源電壓，從而實現(xiàn)對主運算放大器的保護(hù)。當(dāng)數(shù)字多用表處于自動量 程轉(zhuǎn)換功能時，數(shù)字多用表將立即升至高量程，數(shù)字多用表即能正常工作而不 致?lián)p壞。但是，若數(shù)字多用表處于手動量程轉(zhuǎn)換功能，在低量程接入高電壓時 間過長，電阻R將發(fā)熱，溫度過高也將導(dǎo)致儀器損壞。數(shù)字多用表損壞最多發(fā)生在測量電阻時誤測高電壓。數(shù)字多用表測量電阻 有多種方案，其中常見的一種的原理圖如圖2所示?；鶞?zhǔn)電壓源由電阻R2、齊 納二極管Zl和運算放大器Al構(gòu)成。運算放大器Al輸出基準(zhǔn)電壓Vr。被測電阻 Rx直接接在運算放大器A2的反向輸入端和輸出端之間?；鶞?zhǔn)電壓源通過基準(zhǔn)電 阻R1向被測電阻Rx供給基準(zhǔn)電流。該電流流經(jīng)被測電阻Rx后流入運算放大器 A2的輸出端，同時產(chǎn)生與被測電阻Rx的阻值成正比的電壓Vout。顯然，運算 放大器的輸出端和基準(zhǔn)電壓源的輸出端不能再串接任何電阻，更不能接高阻值 電阻。 一旦誤測高電壓(即高電壓代替了被測電阻Rx)高電壓將直接加到運算 放大器A2的輸出端，高電壓也將通過電阻R1加到運算放大器A1的輸出端。而 在低電阻量程Rl的阻值只有100 Q或lk Q 。高電壓將燒毀運算放大器Al和A2。為此，也產(chǎn)生了許多保護(hù)電路(這些保護(hù)電路廣泛采用了熱敏器件)，當(dāng)誤測高 電壓時保護(hù)電路的元器件將首先燒毀，從而保護(hù)了核心的運算放大器和精密電 阻不致?lián)p壞。這時必須打開儀器，更換被燒毀的元器件，修復(fù)的儀器還須重新 檢測和計量。實用新型內(nèi)容 本實用新型是一種用于保護(hù)數(shù)字多用表避免因錯誤操作誤測髙電壓而導(dǎo)致?lián)p壞的保護(hù)電路，由繼電器K、鑒別電路、或門電路H、執(zhí)行電路、 低通濾波器和復(fù)原鍵組成，利用鑒別電路對數(shù)字多用表內(nèi)因誤測高電壓而出現(xiàn) 的反常電壓進(jìn)行監(jiān)測，所有的鑒別電路的輸出端連接或門電路H的輸入端，或 門電路H的輸出端連接執(zhí)行電路的輸入端，執(zhí)行電路的輸出連接繼電器K的激 勵線圈。數(shù)字多用表的輸入端經(jīng)繼電器K的觸點與表內(nèi)電路連接。 具體措施如下1，數(shù)字多用表的輸入端經(jīng)繼電器K的觸點與表內(nèi)的測量電路連接。繼電器 的觸點閉合時，數(shù)字多用表正常工作。繼電器的狀態(tài)由執(zhí)行電路控制。執(zhí)行電 路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時繼電器的觸點打開，數(shù)字多用表的輸入端與表內(nèi)測量電路切斷， 數(shù)字多用表立即處于被保護(hù)狀態(tài)。2，當(dāng)誤測高電壓時，誤測的高電壓進(jìn)入數(shù)字多用表內(nèi)，將在某些點上產(chǎn)生 反常的高電壓，數(shù)字多用表可能因此而損壞。利用鑒別電路對這些點的電壓進(jìn) 行檢測。如果發(fā)現(xiàn)電壓反常(例如比正電源電壓還高或比負(fù)電源電壓還低)鑒 別電路將給出報警信號。3，所有的鑒別電路的報警信號輸入或門電路H，或門電路H的輸出信號觸發(fā)執(zhí)行電路使其翻轉(zhuǎn)，繼電器的觸點打開，數(shù)字多用表立即處于被保護(hù)狀態(tài)。 只要有一個鑒別電路發(fā)出報警信號數(shù)字多用表的輸入端與內(nèi)部測量電路就將完全隔離。由于不同的數(shù)字多用表可以有不同數(shù)目的測量功能，測量方案也各不 相同，因此對不同的數(shù)字多用表需要通過技術(shù)分析確定需要檢測的點的位置， 所需的鑒別電路的數(shù)目也將不同。從鑒別電路發(fā)現(xiàn)反常電壓到繼電器切斷輸入電路需要幾毫秒的反應(yīng)時間。4，當(dāng)高電壓出現(xiàn)在數(shù)字多用表內(nèi)高精度運算放大器的輸出端時(例如圖2 中的運算放大器A1和A2)，可能繼電器還來不及切斷高電壓，運算放大器A1和 A2已經(jīng)損壞。為了保護(hù)這些運算放大器不致?lián)p壞，這些運算放大器應(yīng)該在輸出 電路插入低通濾波器。由于有較大的時間常數(shù)，濾波電容上的電壓需要一定的 時間才能建立，誤接的高電壓還來不及對運算放大器構(gòu)成威脅即已被鑒別電路 發(fā)覺并被切斷。低通濾波器可以采用T形濾波電路。圖3是輸出電路插入低通 濾波器的基準(zhǔn)電壓源的原理圖，電阻器R3、 R4和電容器C1構(gòu)成低通濾波器。 由于低通濾波器在反饋回路以內(nèi)，因此它的存在不影響基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓。 同理，圖4是輸出電路插入低通濾波器的電阻-電壓轉(zhuǎn)換器的原理圖，電阻器R5、 R6和電容器C2構(gòu)成低通濾波器，由于低通濾波器在反饋回路以內(nèi)，因此Vout 仍與被測電阻Rx成正比。如果濾波器的電阻的阻值不超過lkQ,濾波電容的容 量不超過luF，這對于數(shù)字多用表中輸出電流較小的直流運算放大器是可以接 受的。5，圖5以電阻測量功能為例畫出了本實用新型的原理圖。主運算放大器 A2經(jīng)低通濾波器后接通被測電阻形成負(fù)反饋。它的輸入端接了高電阻R和二極 管D1和D2保護(hù)電路。被測電阻Rx經(jīng)過繼電器K的接點接入測量電路。由圖可 見被測電阻與測量電路有兩個點相接，即X點和Y點。鑒別電路1監(jiān)測X點的 電壓，鑒別電路2監(jiān)測Y點的電壓。兩個鑒別電路的輸出加到或門電路H的輸入端，或門電路H的輸出驅(qū)動執(zhí)行電路，執(zhí)行電路控制輸入繼電器。當(dāng)X點和Y 點的電壓處在正常范圍時鑒別電路無輸出信號，當(dāng)誤測高電壓時X點或Y點的 電壓將處在反常范圍，鑒別電路將輸出報警信號。只要有一個鑒別電路輸出報 瞀信號或門電路就會有輸出信號驅(qū)動執(zhí)行電路，只需幾毫秒的時間就可使繼電 器翻轉(zhuǎn)，切斷外來的高電壓輸入信號，實現(xiàn)了對數(shù)字多用表的保護(hù)。由于基準(zhǔn) 電壓源的運算放大器A1插入低通濾波器作為輸出電路(見圖3)， X點短暫出現(xiàn) 的高電壓不可能在電容器C1上建立起較高的電壓，因此不會損壞運算放大器A1。 同樣由于主運算放大器A2也插入低通濾波器作為輸出電路，Y點短暫出現(xiàn)的高 電壓也不可能在電容器C2上建立起較高的電壓，因此也不會損壞運算放大器A2。 由于主運算放大器A2的輸入端有高電阻R和二極管Dl和D2保護(hù)電路，X點短 暫出現(xiàn)的高電壓也不會損壞主運算放大器A2。6，誤測高電壓后執(zhí)行電路被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，數(shù)字多用表的顯示窗口立即給出報 警提示，操作者應(yīng)仔細(xì)檢査報警原因。待誤測的高電壓去除后按下儀器面板上 的復(fù)原鍵，即可使執(zhí)行電路復(fù)原，數(shù)字多用表恢復(fù)正常工作，儀器的測量準(zhǔn)確 度不受影響。復(fù)原工作既不需打開機(jī)箱也不需重新檢測和計量。本實用新型的有益效果是在直流電壓功能的低量程或在測量電阻時，即 使誤測220伏的市電，數(shù)字多用表也不會損壞。待誤測的220伏市電去除后， 按下儀器面板上的復(fù)原鍵，即可使數(shù)字多用表恢復(fù)正常工作，儀器的測量準(zhǔn)確 度不受影響。由于迅速切斷，誤接的高壓源也不會由于大量輸出電流而損壞。

圖1是目前常用的數(shù)字多用表主運算放大器保護(hù)電路。圖2是數(shù)字多用表測量電阻最常用的一種原理圖。圖3是輸出電路插入低通濾波器的基準(zhǔn)電壓源的原理圖。圖4是輸出電路插入低通濾波器的電阻-電壓轉(zhuǎn)換器的原理圖。圖5以電阻測量功能為例畫出了本實用新型的原理圖。圖6是鑒別電路、或門電路H和執(zhí)行電路的原理圖。
具體實施方式
圖6是鑒別電路、或門電路H和執(zhí)行電路的實例。圖中 詳細(xì)畫出了一路鑒別電路的原理圖。其他每一路鑒別電路與此全同，圖中只以 方框代替。更多的鑒別電路在圖中未畫出。運算放大器A3構(gòu)成隔離電路，運算 放大器A4和A5構(gòu)成絕對值放大器，放大器A6為比較器。向運算放大器A3、 A4、 A5和A6供電的正電源為VD，負(fù)電源為VS，它們的絕對值大于運算放大器A1和 A2的電源VDD和VSS的絕對值。二極管D3、 D4、 D5等和結(jié)型場效應(yīng)管VI構(gòu)成 或門電路。D型觸發(fā)器CD4013和功率放大器構(gòu)成執(zhí)行電路驅(qū)動繼電器。平時D 型觸發(fā)器CD4013處于0狀態(tài)，繼電器的接點將被測信號接入表內(nèi)。運算放大器A3提供了高輸入阻抗和低偏置電流，由它連接各被鑒別點可以 不影響數(shù)字多用表內(nèi)部測量電路的正常工作。運算放大器A4和A5構(gòu)成絕對值 放大器。被鑒別點的電壓值為正時，放大器A5輸出正電壓，其數(shù)值與被鑒別點 的電壓值相同。被鑒別點的電壓值為負(fù)時，放大器A5仍輸出正電壓，其數(shù)值與 被鑒別點的電壓值的絕對值相同。放大器A6為比較器，比較電平由正電源電壓 VD及分壓電阻R8和R9決定，比較電平應(yīng)大于VDD，。當(dāng)被鑒別電壓的絕對值比 VDD小，即處在安全范圍時，放大器A6輸出正電源電壓VD，與其相接的二極管 D3截止。當(dāng)被鑒別電壓的絕對值比比較電平大時，即處在報警范圍，放大器A6 輸出負(fù)電源電壓VS。與其相接的二極管D3導(dǎo)通，負(fù)電源電壓VS經(jīng)二極管D3加到場效應(yīng)管VI的柵極，使場效應(yīng)管VI夾斷。場效應(yīng)管的漏極輸出正電源電壓 VD，使D型觸發(fā)器CD4013置1，繼電器翻轉(zhuǎn)，數(shù)字多用表的輸入回路切斷，數(shù) 字多用表即處于保護(hù)狀態(tài)。任意一路或多路鑒別電路報瞀輸出負(fù)電源電壓時場 效應(yīng)管V1都將夾斷，D型觸發(fā)器CD4013置1，繼電器翻轉(zhuǎn)，數(shù)字多用表的輸入 回路切斷，數(shù)字多用表即處于保護(hù)狀態(tài)。手動復(fù)原后D型觸發(fā)器置0，數(shù)字多用表的輸入回路接通又可正常工作。8
權(quán)利要求1. 一種用于保護(hù)數(shù)字多用表避免因錯誤操作誤測高電壓而導(dǎo)致?lián)p壞的保護(hù)電路，由繼電器K、鑒別電路、或門電路H、執(zhí)行電路、低通濾波器和復(fù)原鍵組成，其特征在于利用鑒別電路對數(shù)字多用表內(nèi)因誤測高電壓而出現(xiàn)的反常電壓進(jìn)行監(jiān)測，所有的鑒別電路的輸出端連接或門電路H的輸入端，或門電路H的輸出端連接執(zhí)行電路的輸入端，執(zhí)行電路的輸出端連接繼電器K的激勵線圈。
2， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征在于數(shù)字多用表的輸入端經(jīng) 繼電器K的觸點與表內(nèi)電路連接。
3， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其特征在于在主運算放大器的輸出 電路和基準(zhǔn)電壓源的運算放大器的輸出電路都插入低通濾波器。
專利摘要本實用新型用于在無元器件損壞的前提下保護(hù)數(shù)字多用表避免因錯誤操作(例如在測量電阻時誤測高電壓)而損壞。數(shù)字多用表的輸入端子通過繼電器的觸點與多用表的內(nèi)部測量電路相連。利用鑒別電路對數(shù)字多用表內(nèi)因誤測高電壓而出現(xiàn)的反常電壓進(jìn)行監(jiān)測。所有的鑒別電路的輸出信號輸入或門電路H，或門電路H的輸出信號觸發(fā)執(zhí)行電路，執(zhí)行電路控制繼電器的狀態(tài)。只要有一個被監(jiān)測點的電壓異常鑒別電路就將輸出報警信號觸發(fā)執(zhí)行電路，使繼電器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，觸點打開，數(shù)字多用表立即處于被保護(hù)狀態(tài)。按下儀器面板上的復(fù)原鍵，即可使數(shù)字多用表恢復(fù)正常工作。為了有效地保護(hù)運算放大器，運算放大器的輸出端應(yīng)該插入低通濾波器提供延時保護(hù)。
文檔編號G01R1/00GK201110862SQ200720096480
公開日2008年9月3日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者顧慰君 申請人:天津市微儀電子儀器科技有限公司