專利名稱：一種電流測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的一種電流測量裝置涉及到電變量測量領域，特別是涉及到電流測量領 域。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，很多的測量設備具有電流測量能力，比如電流表、萬用表，有些示 波器和測試系統(tǒng)中也增加有電流測量能力。其中，最常使用的電流測量電路具有兩個電流測量端子1、2，采樣電路3、測量電 路4、控制電路5，其中電流測量端子1、2分別用于大電流測量和小電流測量，如圖1所示， 以直流電流測量為例，大電流的測量范圍通常是指200mA-10A的范圍，小電流的測量范圍 通常指小于或等于200mA的范圍。當測量大電流時，比如，當電流為200mA-10A時，電流將流經(jīng)大電流測量端子1，大 電流采樣端6、然后經(jīng)由虛線框所示的采樣電路3轉換為電壓信號輸出到測量電路4的一個 輸入端。測量小電流時，比如，當電流為2mA-200mA時，電流流過小電流測量端子2，二選一 開關7，小電流采樣端8、然后經(jīng)由采樣電路3轉換為電壓信號輸出到測量電路4的一個輸 入端。測量微弱電流時，比如，當電流為小于或等于2毫安時，電流流過小電流測量端子 2，二選一開關7，微電流采樣端9、然后經(jīng)由采樣電路3轉換為電壓信號輸出到測量電路4 的又一個輸入端。測量電路4是一個多功能電路，內部包括用以選擇對那一路信號進行測量的多路 開關轉換電路，用以對測量量程進行細分的程控放大電路，還包括A/D轉換電路等。在進行 交流測量時，電路中還會包括用于執(zhí)行交流直流信號轉換的處理電路。在控制電路5的控制下，測量電路4可以對輸入的一個電流信號進行測量，并將測 量結果輸出到控制電路5，用于計算、數(shù)據(jù)處理、控制或顯示。用于將輸入的電流信號轉換為電壓信號的采樣電路3有多種不同的電路結構，最 為簡單的采樣電路3是無源電流電壓轉換電路，如，由連接在大電流采樣端6和公共端10 之間的電阻11構成的無源電流電壓轉換電路，當輸入電流流經(jīng)電阻11時，電流信號即被轉 換為電壓信號，該電阻11上的電壓即為轉換后的電壓信號，輸出到測量電路4的一個輸入 端，用于測量。多個采樣端也可以共用一個無源采樣電路，比如小電流采樣端8與大電流采樣端 6，共用一個由電阻12、13串聯(lián)連接而成的采樣電路14，參考圖2，其中端點15形成了采樣 電路14的輸出端，該端點15用于連接測量電路4。為了提高直流的微弱電流測量的準確度，再參考圖1，比如小于或等于2mA的直流 電流時，在采樣電路3中，微電流采樣端9可以連接一個有源電流電壓轉換電路16。有源電流電壓轉換電路16有多種電路結構，其最典型的電路是由一個串聯(lián)在有源電流電壓轉換電路16的輸入端17和輸出端18之間的電阻19和一個運算放大器20構 成，參考圖3，該放大器20的負極性輸入端串聯(lián)連接輸入端17，該放大器20的輸出端21連 接有源電流電壓轉換電路16的輸出端18，放大器20的正極性輸入端連接公共端10。這個 電路可以將來自輸入端17的微弱電流轉換為電壓信號，并通過輸出端18將該電壓值輸出 到測量電路4。上述的電流測量電路是現(xiàn)有技術中最為常見的電路結構，在很多產(chǎn)品中都得到了 應用，比如Fluke 8808A就采用這一電路結構?，F(xiàn)有技術中的電流測量電路存在的最大問題是，大電流測量與小電流測量采用兩 個不同的導入端1、2，在頻繁測量大電流和小電流時，需要不停地更換電流導入端，使用較 為麻煩。為了避免上述的問題，一些測量設備采用了只具有一個輸入端的電流測量電路， 參考圖4。這些設備，通常具有依次串聯(lián)連接的一個電流導入端100、保護電路101、由開關 102、103構成的開關電路，采樣電路104和測量電路105。設備中，通常還具有一個用于控制開關102、103的控制電路106，，使被測信號接 入采樣電路104，同時該控制電路106還用于控制測量電路105執(zhí)行電流測量操作。電路中的保護電路101通常用于防止過流和過壓，有的測試設備還包括過溫保護 電路。采樣電路104是一個無源電流電壓轉換電路，該電路由串聯(lián)在公共端110上的三 個電阻107、108、109構成，結合參考圖5，三個電阻107、108、109的三個連接點分別構成采 樣電路104的大電流采樣端111、小電流采樣端112和微電流采樣端113。當被測電流為大電流，比如在1A-10A范圍時，在控制電路106的控制下，開關102 將被測信號連接到采樣電路104的大電流采樣端111，此時，被測電流信號流過小阻值的電 流取樣電阻107后，回流到公共端110，此時，會在電阻107上形成一個電流電壓轉換電壓， 該電壓經(jīng)過采樣電路的輸出端114輸出到測量電路105，根據(jù)測量電路105的電壓測量值和 電阻107的阻值，控制電路106既可以計算出被測電流的大小。當被測電流為小電流，比如在20mA 200mA范圍時，在控制電路106的控制下，開 關102將被測信號連接到開關103的輸入端子115，開關103切換到連接采樣電路104的小 電流采樣端112，此時，被測電流信號流過電流取樣電阻108、107后，回流到公共端110，此 時，會在電阻108、107上形成一個電流電壓轉換電壓，該電壓經(jīng)過采樣電路的輸出端114輸 出到測量電路105，根據(jù)測量電路105的電壓測量值和電阻108、107的阻值，控制電路106 既可以計算出被測電流的大小。當被測電流為微電流，或稱之為弱小電流時，比如在小于2mA的范圍時，在控制電 路106的控制下，開關102將被測信號連接到開關103的輸入端子115，開關103切換到連 接采樣電路104的微電流采樣端113，此時，被測電流信號會流過電流取樣電阻109、108、 107后，回流到公共端110，此時，會在電阻109、108、107上形成一個電流電壓轉換電壓，該 電壓經(jīng)過采樣電路的輸出端114輸出到測量電路105，根據(jù)測量電路105的電壓測量值和電 阻109、108、107的阻值，控制電路106既可以計算出被測電流的大小。這一電路雖具有諸多的優(yōu)點，特別是解決了利用多個電流測量端進行電流測量所引發(fā)的使用不便的問題，但同時它也又引出了新的問題如下，參考圖4 1、當導入端100和公共端110連接到被測電路中后，被測電流會經(jīng)過導入端100流入到開關102，一旦開關102或103執(zhí)行切換動作，導入端100和公共端110之間就會發(fā) 生瞬間斷路的狀況，這一狀況對被測電路而言往往是十分危險的，常常會使得被測電路發(fā) 生故障甚至損壞。2、由于無論測量微弱電流還是測量大電流，被測信號都要流經(jīng)開關102才能到達 采樣電路104，但由于執(zhí)行大電流切換時，開關102往往會因為電流過大原因、或發(fā)熱原因 或火花原因、導致自身觸點阻抗發(fā)生變化，出現(xiàn)觸電鈍化現(xiàn)象，一旦發(fā)生這種情況，電路測 量微小電流的精度就會大大下降。

發(fā)明內容
為了解決電流測量中，大電流測量與小電流測量采用兩個不同的導入端所引入的 使用不方便的問題、也為了解決開關電路容易導致測量回路瞬間斷路的問題，本發(fā)明提供 了一種不同于現(xiàn)有技術的電流測量裝置。該電流測量裝置包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣端、一 個第二電流采樣端、所述的開關部件，包含受所述的控制部件控制的一個第一開關和一個 第二開關，所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一采樣端之間的線路導通或 開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二采樣端之間的線路導通或開路， 所述的測量裝置具有如下電流測量控制步驟首先，使所述的導入端與一個所述的采樣端之間的線路導通；然后，使所述的導入端與另一個所述的采樣端之間的線路開路；然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。為了解決電流測量中，大電流測量與小電流測量采用兩個不同的導入端所引入的 使用不方便的問題、也為了解決開關電路容易導致測量回路瞬間斷路的問題，本發(fā)明還提 供了又一種電流測量裝置。該電流測量裝置包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，其中，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣 端、一個第二電流采樣端和一個第三電流采樣端，所述的開關部件包含受所述控制部件控 制的一個第一開關、一個第二開關和一個第三開關；所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通 或開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二電流采樣端或所述的第三開 關的輸入端之一導通；所述的第三開關，用于使其輸入端與所述的第三電流采樣端之間的線路的導通或幵路。本發(fā)明所述的裝置可以包含如下電流測量控制步驟首先，使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通；然后，使所述的第三開關的輸入端與所述的第三電流采樣端之間的線路開路；
然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。為了解決直流電流測量中，大電流測量與小電流測量采用兩個不同的導入端所引 入的使用不方便的問題、也為了解決開關電路容易導致測量回路瞬間斷路的問題，本發(fā)明 提供了 一種電流測量裝置。該電流測量裝置，包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，其中，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣 端、一個第二電流采樣端和一個第三電流采樣端，所述的開關部件，包含受所述控制部件控 制的一個第一開關和一個第二開關，其中所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路的導 通或開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二電流采樣端或所述的第三電 流采樣端之一導通；所述的電流采樣部件包含一個連接在第三電流采樣端和測量部件之間的有源電 流電壓轉換電路，所述的有源電流電壓轉換電路受所述的控制部件控制，導通或截止。本發(fā)明所述的裝置還可以包含如下電流測量操作步驟首先，使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通；然后，使所述的有源電流電壓轉換電路截止；然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。所述的有源電流電壓轉換電路可以包括一個運算放大器、一個依次串聯(lián)連接在運 算放大器的反相輸入端和運算放大器輸出端之間的采樣電阻和一個控制開關，所述的運算 放大器的反相輸入端與所述的采樣電阻之間的連接端連接所述的程控有源電流電壓轉換 電路的輸入端，所述的控制開關與所述的采樣電組的連接端連接所述的程控有源電流電壓 轉換電路的輸出端。所述的有源電流電壓轉換電路中，所述的運算放大器的反相輸入端可以通過一個 限流電阻與所述的采樣電阻連接，在所述的限流電阻與采樣電阻的連接端與所述的有源電 流電壓轉換電路的輸入端之間還可以連接有一個由二極管電路、電感和阻尼電阻并聯(lián)連接 構成的保護電路。為了解決直流電流測量中，大電流測量與小電流測量采用兩個不同的導入端所引 入的使用不方便的問題、也為了解決開關電路容易導致測量回路瞬間斷路的問題，本發(fā)明 提供了又一種電流測量裝置。該電流測量裝置包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，其中，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣 端和一個第二電流采樣端，所述的開關部件，包含受所述控制部件控制的一個第一開關和 一個第二開關，其中所述的裝置還具有一個連接在導入端和測量部件之間的有源電流電壓轉換電路， 所述的有源電流電壓轉換電路受所述的控制部件控制，導通或截止。所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路的導 通或開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二電流采樣端之間的線路的導通或開路；本發(fā)明所述的裝置還可以包含如下電流測量操作步驟 首先，使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通；然后，使所述的有源電流電壓轉換電路截止或使所述的導入端與所述的第二采樣 端之間的線路開路；然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。所述的有源電流電壓轉換電路可以包括一個運算放大器、一個依次串聯(lián)連接在運 算放大器的反相輸入端和運算放大器輸出端之間的采樣電阻和一個控制開關，所述的運算 放大器的反相輸入端與所述的采樣電阻之間的連接端連接所述的程控有源電流電壓轉換 電路的輸入端，所述的控制開關與所述的采樣電組的連接端連接所述的程控有源電流電壓 轉換電路的輸出端。所述的有源電流電壓轉換電路中，所述的運算放大器的反相輸入端可以通過一個 限流電阻與所述的采樣電阻連接，在所述的限流電阻與采樣電阻的連接端與所述的有源電 流電壓轉換電路的輸入端之間還可以連接有一個由二極管電路、電感和阻尼電阻并聯(lián)連接 構成的保護電路。本發(fā)明所述的電流測量裝置可以是電流表、也可以是具有電流測量能力的其他儀 表，包括萬用表，示波器、綜合參數(shù)測試測量設備。本發(fā)明所述的裝置不僅解決了現(xiàn)有技術存在的瞬間斷路的問題，而且控制方法簡 單，使開關變換時不出現(xiàn)瞬間斷路。更在直流測量中，不僅解決開關調變的問題，而且提高 了微小電流的測量精度，且因有源電流電壓轉換電路中的控制開關可以采用半導體開關， 從而極大的提高了開關的使用壽命。


圖1所示為現(xiàn)有技術中具有兩個電流導入端的測量裝置的說明圖。圖2所示為現(xiàn)有技術中的采樣電路的說明圖。圖3所示為現(xiàn)有技術中的有源電流電壓轉換電路的原理說明圖。圖4所示為現(xiàn)有技術中的只具有一個電流導入端的測量裝置的說明圖。圖5所示為現(xiàn)有技術中的測量裝置的開關電路的結構說明圖。圖6所示為本發(fā)明第一實施例所選萬用表的電路結構說明圖。圖7所示為第一實施例所選萬用表的測量電路204的電路結構說明圖。圖8所示為第一實施例所選萬用表的大電流開關設置流程300的說明圖。圖9所示為第一實施例所選萬用表的小電流開關設置流程310的說明圖。圖10所示為本發(fā)明第二實施例所選萬用表的局部電路結構說明圖。圖11所示為第二實施例所選萬用表的大電流開關設置流程320的說明圖。圖12所示為第二實施例所選萬用表的小電流開關設置流程330的說明圖。圖13所示為第二實施例所選萬用表的微電流開關設置流程340的說明圖。圖14所示為本發(fā)明第三實施例所選萬用表的局部電路結構說明圖。圖15所示為第三實施例所選萬用表的大電流開關設置流程400的說明圖。圖16所示為第三實施例所選萬用表的小電流開關設置流程410的說明圖。
圖17所示為第三實施例所選萬用表的微電流開關設置流程420的說明圖。圖18所示為本發(fā)明的第四實施例所選萬用表的電路結構說明圖。圖19所示為第四實施例所選萬用表的測量電路254的電路結構說明圖。圖20所示為第四實施例所選程控有源電流電壓轉換電路265的說明圖。圖21所示為第四實施例所選萬用表的大電流開關設置流程500的說明圖。圖22所示為第四實施例所選萬用表的小電流開關設置流程510的說明圖。圖23所示為第四實施例所選萬用表的微電流開關設置流程520的說明圖。圖24所示為本發(fā)明的第五實施例所選萬用表的電路結構說明圖。圖25所示為第五實施例所選萬用表的大電流開關設置流程600的說明圖。圖26所示為第五實施例所選萬用表的小電流開關設置流程610的說明圖。圖27所示為第五實施例所選萬用表的微電流開關設置流程620的說明圖。圖28所示為第四實施例所選有源電流電壓轉換電路265的又一舉例說明圖。
具體實施例方式為了進一步說明本發(fā)明的一種電流測量裝置，下面結合

本發(fā)明所選用的
第一實施例。在本發(fā)明的第一實施例中，所述的一種電流測量裝置是數(shù)字萬用表。該數(shù)字萬用表具有一個電流導入端201，一個開關電路202、一個采樣電路203、一 個測量電路204、一個控制電路205，參考圖6。其中，開關電路202由一個第一開關206和一個第二開關207組成。采樣電路203由兩個依次串聯(lián)連接在采樣電路203的輸出端208和公共端209之 間的電阻210、211組成，其中，電阻210和電阻211的中間連接點構成了采樣電路203的第 一電流采樣端212，電流采樣電路203的輸出端208連接有一個第二電流采樣端213。在本第一實施例中，第一開關206為受控制電路205控制開合的單刀開關，第一開 關206連接在導入端201和采樣電路203的第一電流采樣端212之間，用于控制所述的導 入端201與第一電流采樣端212之間的線路導通或開路。第二開關207為受控制電路205控制開合的單刀開關，連接在導入端201和采樣 電路203的第二電流采樣端213之間，用于控制所述的導入端201與第二電流采樣端213 之間的線路導通或開路。在本第一實施例中，控制電路205具有控制端223，用于控制開關電路202和測量 電路204執(zhí)行測量操作。在本第一實施例中，控制電路205，還連接有萬用表的面板、健盤、顯示器和I/O接□。在本第一實施例中，測量電路204可以實現(xiàn)交流電壓測量。結合參考圖6和圖7，測量電路204包括一個輸入端214和一個輸出端215，在輸入端214和輸出端215之間依次 串聯(lián)連接有一個開關網(wǎng)絡電路216、一個AC程控放大器電路217、一個有效值直流轉換器電 路218、一個多路開關電路219、一個緩沖放大器電路220和一個A/D轉換器電路221。開關網(wǎng)絡電路216是一個受控制電路205控制的開關，用于控制是否使輸入端214 與AC程控放大器電路217的輸入端聯(lián)通。
AC程控放大器電路217是一個受控制電路205控制的、具有測量量程的檔位轉換 功能，在被測量的信號的幅值不符合A/D轉換器電路221的量程范圍時，控制電路205可以 通過控制和調節(jié)AC程控放大器電路217的增益，實現(xiàn)測量量程的檔位轉換操作，使輸出到 A/D轉換器電路221的被測信號的幅度與A/D轉換器電路221的滿量程輸入相匹配，以便到 達到A/D轉換器電路221的信噪比最大化的目的。有效值直流轉換器電路218的作用是用于將輸入的交流電壓信號的有效值轉換 為與之相對應的直流電壓。在測量電路204中，緩沖放大器電路220和A/D轉換器電路221用于直流電壓測 量，可以將被測模擬直流電壓信號轉換為數(shù)字信號，并將其輸出到控制電路205中。在本第 一實施例中，緩沖放大器電路220的通常是用于提高A/D轉換器電路221的輸入阻抗，或提 高前一級電路的輸出驅動能力。多路開關電路219，用于從多個接入端222中選擇一個信號接入端，用以輸入緩沖 放大器電路220和A/D轉換器電路221。在多路開關電路219選擇連接的多個接入端222 中，包括有效值直流轉換器電路218的輸出端，連接該連接端的目的在于測量由輸入端214 引入的交流電流信號；在多路開關電路219中，有的接入端222可以直接與采樣電路203的 輸出端208連接，直接與采樣電路203的輸出端208連接的目的在于測量由導入端201引 入的直流電流信號；在多路開關電路219選擇連接的多個接入端222中，還可以包括了來自 溫度傳感器電路或其他信號采集電路的直流電壓信號。在本第一實施例中，測量電路204輸出端215連接控制電路205，參考圖6，控制電 路205用于對測量結果進行數(shù)據(jù)處理、其中包括數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)顯示 等類型的數(shù)據(jù)處理。在本第一實施例中，根據(jù)測量需要，所述的測量電路204還可以有多種的電路結 構，比如，在AC程控放大器電路217之前或還包括AC程控放大器電路217和有效值直流轉 換器電路218之間，可以增加用于隔離直流信號的隔直電路或濾波電路，用以消除信號中 的直流信號或高頻噪音信號，在AC程控放大器電路217和有效值直流轉換器電路218之間 也可以增加有緩沖放大器組成的電路、用以提高輸入阻抗，在A/D轉換電路221的前面還則 以增加有更加細致的由程控放大器電路構成的檔位變換電路，用以更加細致的變換直流測 量量程，優(yōu)化A/D轉換電路221的信噪比。在本第一實施例中，所述的控制電路205是由微處理器構成，其中還包括時鐘電 路、顯示部件、鍵盤、存儲部件、I/O端口等電路部件。在有些應用中，所述的控制電路205可以采用專用的儀器儀表控制器構成，如采 用數(shù)字信號處理單元(DSP)構成，有時也可以采用FPGA等可編程器件構成，一些儀器儀表 是采用臺式計算機、移動式計算機、單板機構成，在某些時候，也可以是由微處理器和DSP 或FPGA混合搭建而成的中央處理單元構成。在本第一實施例中，在執(zhí)行交流電流信號測量時，電流導入端201，既可以用于大 電流測量，也可以用于小電流測量，大電流的測量范圍通常是指200MA-10A的范圍，小電流 的測量范圍通常指< 200mA的范圍。在執(zhí)行電流信號測量時，為測量大電流 信號，比如，200MA-10A范圍中的交流電流 信號，控制電路205執(zhí)行有一個大電流信號開關設置流程300，結合參考圖6和圖8，可以使開關電路202中的開關206閉合導通，開關207處于開路狀態(tài)，且，在開關206、207的開關 過程中，導入端201不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。大電流信號開關設置流程300，包括有如下的步驟步驟301 等待接收大電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部的大電流信 號測量指令時，如來自鍵盤或通過I/O接口發(fā)送來的大電流信號測量指令時，或接收到來 自內部的大電流信號測量指令時，如來自自動量程控制或條件判斷程序發(fā)出的大電流信號 測量指令時，執(zhí)行步驟302，否則繼續(xù)等待。步驟302:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關206為閉合導通，開 關207開路時，執(zhí)行步驟303，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關206為開路，開關 207為閉合導通時，執(zhí)行步驟304 ；步驟304 首先，使開關206閉合導通，然后執(zhí)行步驟305步驟305 使開關207開路，然后再執(zhí)行步驟303，使測量電路204對被測信號進行測量。在執(zhí)行大電流信號開關設置流程300時，被測交流信號經(jīng)過開關206，第一電流采 樣端212后、在電阻211上將被測交流電流信號轉換為交流電壓信號，然后，該電壓信號經(jīng) 采樣電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在執(zhí)行電流信號測量時，為測量小電流信號，比如，小于或等于200mA的交流電流 信號，控制電路205還執(zhí)行有一個小電流信號開關設置流程310，結合參考圖6和圖9，用于 使開關電路202中的開關207閉合導通，使開關206處于開路狀態(tài)，且，在開關206、207的 開關過程中，導入端201不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。小電流信號開關設置流程310，包括有如下的步驟步驟311 等待接收小電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的小 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟312，否則繼續(xù)等待。步驟312:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關207為閉合導通，開 關206開路時，執(zhí)行步驟313，使測量電路204對被測信號進行測量在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關207為開路，開關 206為閉合導通時，執(zhí)行步驟314 ；步驟314 首先，使開關207閉合導通，然后執(zhí)行步驟405步驟315 使開關206開路，然后再執(zhí)行步驟313，使測量電路204對被測信號進行測量。在執(zhí)行小電流信號開關設置流程310時，被測交流信號經(jīng)過開關207，第二電流采 樣端213后、在電阻210和電阻211上將被測交流電流信號轉換為交流電壓信號，然后，該 電壓信號經(jīng)采樣電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。作為本發(fā)明的第二實施例，不同于前面所述的第一實施例，所述的萬用表中的采樣電路203是由依次串聯(lián)連接在采樣電路203的輸出端208和公共端209之間的電阻225、 226,227構成，結合參考圖6和圖10，其中，電阻226和電阻227的中間連接點構成了采樣 電路203的第一電流采樣端228，電阻225和電阻226的中間連接點構成了采樣電路203的 第二電流采樣端229，電流采樣電路203的輸出端208連接有一個第三電流采樣端230。開關電路202由一個第一開關231、一個第二開關232和一個第三開關233組成。 第一開關231為受控制電路205控制開合的單刀開關，連接在導入端201和采樣 電路203的第一電流采樣端228之間，用于控制所述的導入端201與第一電流采樣端228 之間的線路導通或開路。第二開關232為受控制電路205控制開合的單刀開關，連接在導入端201和采樣 電路203的第二電流采樣端229之間，用于控制所述的導入端201與所述的第二電流采樣 端229之間的線路導通或開路。第三開關233為受控制電路205控制開合的單刀開關，，連接在導入端201和采樣 電路203的第三電流采樣端230之間，用于控制所述的導入端201與所述的第三電流采樣 端230之間的線路導通或開路。在本第二實施例中，所述的導入端201既可以用于執(zhí)行大電流測量，小電流測量， 也可以用于執(zhí)行微電流測量，其中大電流的測量范圍通常是指200mA-10A的范圍，小電流 的測量范圍通常指小于或等于200mA的范圍，微電流測量通常是指小于或等于2mA的范圍。在本實施例中，在執(zhí)行電流信號測量時，結合參考圖6、圖10和圖11，為了測量大 電流信號，控制電路205執(zhí)行有一個大電流信號開關設置流程320，使開關電路202中的開 關231閉合導通，使開關232、233處于開路狀態(tài)，且，在開關231、232、233的開關過程中，導 入端201不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。大電流信號開關設置流程320，包括有如下的步驟步驟321 等待接收大電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的大 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟322，否則等待。步驟322:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關231為閉合導通，開 關232、233開路時，執(zhí)行步驟323，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)非大電流測量狀態(tài)時，即開關231為開路，而開關 232或開關233之一為閉合導通時，執(zhí)行步驟324 ；步驟324 首先，使開關231閉合導通，然后執(zhí)行步驟325步驟325 使閉合導通的開關232或開關233開路，然后再執(zhí)行步驟323，使測量電 路204對被測信號進行測量。在執(zhí)行大電流信號開關設置流程320時，被測信號經(jīng)過開關231，第一電流采樣端 228后、在電阻227上將被測電流信號轉換為電壓信號，然后，該電壓信號經(jīng)采樣電路203的 輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在執(zhí)行電流信號測量時，結合參考圖6、圖10和圖12，為了測量小電流信號，控制 電路205還執(zhí)行有一個小電流信號開關設置流程330，用于使開關電路202中的開關232閉 合導通，使開關231、233處于開路狀態(tài)。且，在開關231、232、233的開關過程中，導入端201不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。小電流信號開關設置流程330，包括有如下的步驟步驟331 等待接收小電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的小電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟332，否則等待。步驟332:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關232為閉合導通，開 關231、233開路時，執(zhí)行步驟333，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是一個微電流測量狀態(tài)時，即開關231、232為開 路，開關233為閉合導通時，執(zhí)行步驟334 ；步驟334 首先，使開關232閉合導通，然后執(zhí)行步驟335步驟335 使開關233開路，然后再執(zhí)行步驟333，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關232、233為開路，開 關231為閉合導通時，執(zhí)行步驟334 ；步驟334 首先，使開關232閉合導通，然后執(zhí)行步驟335步驟335 使開關231開路，然后再執(zhí)行步驟333，使測量電路204對被測信號進行測量。在執(zhí)行小電流信號開關設置流程330時，被測信號經(jīng)過開關232，第二電流采樣端 229后、在電阻226和電阻227上將被測電流信號轉換為電壓信號，然后，該電壓信號經(jīng)采樣 電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在執(zhí)行電流信號測量時，結合參考圖6、圖10和圖13，為了測量微弱電流信號，控 制電路205還執(zhí)行有一個微電流信號開關設置流程340，用于使開關電路202中的開關233 閉合導通，使開關231、232處于開路狀態(tài)，且，在開關231、232、233的開關過程中，導入端 201不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。微電流信號開關設置流程340，包括有如下的步驟步驟341 等待接收微電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的微 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟342，否則等待。步驟洶2:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關233為閉合導通，開 關231、232開路時，執(zhí)行步驟343，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關231、233為開路，開 關232為閉合導通時，執(zhí)行步驟344 ；步驟344 首先，使開關233閉合導通，然后執(zhí)行步驟345步驟345 使開關232開路，然后再執(zhí)行步驟343，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關232、233為開路，開 關231為閉合導通時，執(zhí)行步驟344 ；
步驟334 首先，使開關233閉合導通，然后執(zhí)行步驟345步驟345 使開關231開路，然后再執(zhí)行步驟343，使測量電路204對被測信號進行測量。在執(zhí)行微電流信號開關設置流程340時，被測信號經(jīng)過開關233，第三電流采樣端 230后、在電阻225、電阻226和電阻227上將被測電流信號轉換為電壓信號，然后，該電壓 信號經(jīng)采樣電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在上述第一和第二實施例所述的萬用表中，利用控制電路205對開關231、232、 233進行控制時，使每一時刻總有一個開關為閉合導通狀態(tài)，從而使導入端不會出現(xiàn)斷路現(xiàn) 象。在本實施例中，測量電路204中的多路開關電路219的輸入端222之一可以直接 連接所述的采樣電路203的輸出端208，用以測量直流電流。同時，測量電路204中的A/ D轉換電路221中還可以包括一個程控增益放大電路，用以調整輸入的信號的增益，使其符 合A/D轉換電路221量程范圍。作為本發(fā)明的第三實施例，不同于前面所述的第二實施例，結合參考圖10和圖 14，所述的萬用表中的開關電路202是由一個第一開關234、一個第二開關235和一個第三 開關236組成。第一開關234為受控制電路205控制開合的單刀開關，連接在導入端201和采樣 電路203的第一電流采樣端228之間，用于控制所述的導入端201與所述的第一電流采樣 端228之間的線路導通或開路。第二開關235為受控制電路205控制開合的二選一開關，其輸入端與導入端201 連接，其一個輸出端連接采樣電路203的第二電流采樣端229，其另一個輸出端連接第三開 關236的輸入端237，用于控制所述的導入端201與所述的第二電流采樣端229或所述的第 三開關233的輸入端237之一導通。第三開關236為受控制電路205控制開合的單刀開關，其輸入端237與第二開關 235的一個輸出端連接，其輸出端與采樣電路203的第三電流采樣端230連接，用于控制其 輸入端237與所述的第三電流采樣端230之間的線路的導通或開路。在本第三實施例中，所述的導入端201既可以用于執(zhí)行大電流測量，也可以用于 執(zhí)行小電流測量和微電流測量。在本實施例中，在執(zhí)行電流信號測量時，結合參考圖6、圖14和圖15，為了測量大 電流信號，控制電路205執(zhí)行有一個大電流信號開關設置流程400，用于使開關電路202中 的第一開關234閉合導通，使第二開關235的輸入端選擇連接第三開關236的輸入端237， 使第三開關236處于開路狀態(tài)，且，在開關234、235、236的開關過程中，使導入端201不出 現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。大電流信號開關設置流程400，包括有如下的步驟步驟401 等待接收大電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的大 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟402，否則等待。步驟402:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)本身就是大電流測量狀態(tài)時，即開關234為閉合導通，開關235選擇連接開關236的輸入端237，開關236選擇開路時，執(zhí)行步驟403，使測 量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關235選擇連接采樣 電路203的第二電流采樣端229，開關234開路時，執(zhí)行步驟404 ；需要說明一點，在此時開關236的狀態(tài)可以是導通態(tài)，也可以是開路狀態(tài)，由于， 開關235選擇了連接第二電流采樣端229，因此開關236的設置狀態(tài)已經(jīng)與測量狀態(tài)無關， 在此步驟也可以不去判斷開關236的狀態(tài)。步驟404 首先，使開關234閉合導通，然后執(zhí)行步驟405步驟405 使開關235選擇連接開關236的輸入端237，如此時開關236為閉合導 通，則還包括使開關236轉換為開路。然后再執(zhí)行步驟403，使測量電路204對被測信號進 行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關234為開路，開關 235選擇連接開關236的輸入端237，開關236為閉合導通時，執(zhí)行步驟404 ；步驟404 首先，使開關234閉合導通，然后執(zhí)行步驟405。步驟405 使開關236為開路。然后再執(zhí)行步驟403，使測量電路204對被測信號 進行測量。在執(zhí)行大電流信號開關設置流程400時，被測交流信號經(jīng)過開關234，第一電流采 樣端228后、在電阻227上將被測交流電流信號轉換為交流電壓信號，然后，該電壓信號經(jīng) 采樣電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在本實施例中，在執(zhí)行電流信號測量時，結合參考圖6、圖14和圖16，為了測量小 電流信號，控制電路205執(zhí)行有一個小電流信號開關設置流程410，用于使開關電路202中 的第一開關234開路，開關235選擇連接第二電流采樣端229，第三開關236處于開路狀態(tài)， 且，在開關234、235、236的開關過程中，使導入端201不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。需要說明一點，在此時開關236的狀態(tài)可以是導通態(tài)，也可以是開路狀態(tài)，由于， 開關235選擇了連接第二電流采樣端229，因此開關236的設置狀態(tài)已經(jīng)與測量狀態(tài)無關， 可以不去判斷開關236的設置狀態(tài)。小電流信號開關設置流程410，包括有如下的步驟步驟411 等待接收小電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的小 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟412，否則等待。步驟412:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關234為開路，開關 235選擇連接第二電流采樣端229時，執(zhí)行步驟413，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關234為閉合導通，開 關235選擇連接開關236的輸入端237、開關236為開路時，執(zhí)行步驟414 ；步驟414 使開關235選擇連接第二電流采樣端229，然后再執(zhí)行415。步驟415 使開關234開路，然后再執(zhí)行步驟413，使測量電路204對被測信號進行 測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關234為開路，開關235選擇連接開關236的輸入端237、開關236為閉合導通時，執(zhí)行步驟414 ；步驟414 首先，使開關234閉合導通，然后執(zhí)行步驟415。步驟415 首先使開關235選擇連接第二電流采樣端229，并使開關236為開路，然 后再使開關234開路，最后執(zhí)行步驟413。步驟413，使測量電路204對被測信號進行測量。需要說明的是，在步驟415中，由于開關235選擇連接第二電流采樣端229，因此， 開關236的開關狀態(tài)已經(jīng)與測量無關，在此步驟也可以不去控制開關236的開關狀態(tài)。在執(zhí)行小電流信號開關設置流程410時，被測交流信號經(jīng)過開關235，第二電流采 樣端229后、在電阻226和電阻227上將被測交流電流信號轉換為交流電壓信號，然后，該 電壓信號經(jīng)采樣電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在本實施例中，在執(zhí)行交流電流信號測量時，結合參考圖6、圖14和圖17，為了測 量微弱電流信號，控制電路205執(zhí)行有一個微電流信號開關設置流程420，用于使開關電路 202中的第一開關234開路，第二開關235選擇連接第三開關236的輸入端237，第三開關 236處于閉合導通狀態(tài)，且，在開關234、235、236的開關過程中，使導入端201不出現(xiàn)瞬間斷 路的現(xiàn)象。微電流信號開關設置流程420，包括有如下的步驟步驟421 等待接收微電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的微 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟422，否則等待。步驟422:檢查開關電路202的當前設置狀態(tài)；在開關電路202的當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即第一開關234為開路，第 二開關235選擇連接第三開關236的輸入端237，第三開關236處于閉合導通狀態(tài)時，執(zhí)行 步驟423，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關234為開路，開關 235選擇連接第二電流采樣端229時，執(zhí)行步驟424 ；步驟424 首先，使開關234閉合導通，然后執(zhí)行步驟425。步驟425 首先，使第二開關235選擇連接第三開關236的輸入端237，如此時，第 三開關236為開路，則還使第三開關236處于閉合導通狀態(tài)，然后再使開關234開路，然后 再執(zhí)行步驟423，使測量電路204對被測信號進行測量。在開關電路202的當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關234為閉合導通，開 關235選擇連接開關236的輸入端237、開關236為開路時，執(zhí)行步驟424 ；步驟424 首先，使開關236閉合導通，然后執(zhí)行步驟425步驟425 使開關234開路，然后再執(zhí)行步驟423，使測量電路204對被測信號進行測量。在執(zhí)行微電流信號開關設置流程420時，被測信號經(jīng)過開關235，開關236、第三電 流采樣端230后、在電阻225、電阻226和電阻227上將被測電流信號轉換為電壓信號，然 后，該電壓信號經(jīng)采樣電路203的輸出端208輸出到測量電路204的輸入端214。在本第三實施例所述的萬用表中，在開關234、235、236的切換過程中，始終使導 入端201與采樣端228、229、230之一保持連通，從而保證了導入端201不會出現(xiàn)無斷路現(xiàn)象。為了進一步說明本發(fā)明的一種電流測量裝置，下面結合附圖18說明本發(fā)明所選 用的第四實施例。在本第四實施例中，所述的一種電流測量裝置是具有直流測量能力的數(shù)字萬用 表，所述的萬用表包括有一個電流導入端251，一個開關電路252、一個采樣電路253、一個 測量電路254、一個控制電路255。作為舉例說明，本實施例所述的一種電流測量裝置也可以是直流電流表或具有直 流電流測量能力的其他儀表或綜合測量設備。在本第四實施例中，開關電路252由一個第一開關256和一個第二開關257組成。采樣電路253由兩個依次串聯(lián)連接在采樣電路253的輸出端258和公共端259之 間的電阻260、261連接組成，其中，電阻260和電阻261的中間連接點構成了采樣電路253 的第一電流采樣端262，電流采樣電路253的輸出端258連接有一個第二電流采樣端263。 采樣電路253的輸出端258與測量電路254的輸入端266相連接。第一開關256為受控制電路255控制開合的單刀開關，連接在導入端251和采樣 電路253的第一電流采樣端262之間，用于控制導入端251與第一電流采樣端262之間的 線路導通或開路。第二開關257為受控制電路255控制開合的單刀開關，連接在導入端251和采樣 電路253的第二電流采樣端263之間，用于控制導入端251與第二電流采樣端263之間的 線路導通或開路。在本第四實施例中，還具有一個包含輸出端264的程控有源電流電壓轉換電路 265，該程控有源電流電壓轉換電路265，為一個受控制電路255控制選擇導通與截止的、可 以將電流信號轉換為電壓信號的有源電流電壓轉換電路。該程控有源電流電壓轉換電路 265連接在導入端251和測量電路254的輸入端267之間，在本發(fā)明的第四實施例中測量電路254是由一個直流測量電路構成，結合參考圖19，具有兩個輸入端266、 267，一個輸出端268，在輸入端266、267和輸出端268之間，依次串聯(lián)連接有一個多路電子 開關電路269、一個程控放大器電路270、一個A/D轉換器電路271。其中，測量電路254的 輸入端266和267分別連接采樣電路253的輸出端258和程控有源電流電壓轉換電路265 的輸出端264。在測量電路254中，多路電子開關電路269是由一個受控制電路255控制的開關電路構成，用于控制 程控放大器電路270的輸入端選擇連接采樣電路253的輸出端258或選擇連接程控有源電 流電壓轉換電路265的輸出端264。程控放大器電路270是一個受控制電路255控制的、具有測量量程的檔位轉換功 能的、由程控放大器組成的電路，在被測量的信號的幅值不符合A/D轉換器電路271的量程 范圍要求時，控制電路255可以通過控制和調節(jié)程控放大器電路270的增益，改變測量量 程、實現(xiàn)測量檔位調整，使輸出到A/D轉換器電路271的被測信號的幅度與A/D轉換器電路 271的滿量程輸入相匹配，以便達到A/D轉換器電路271的信噪比最大化的目的。在本實施例中，A/D轉換器電路271可以將被測直流電壓信號轉換為數(shù)字信號輸出端到控制電路255中。在本發(fā)明的第四實施例中程控有源電流電壓轉換電路265的基本電路包括一個運算放大器272，結合參考 圖18和圖20， 一個依次串聯(lián)連接在運算放大器272的反相輸入端273和輸出端274之間 的采樣電阻275和一個控制開關276，運算放大器272的正相輸入端277與公共端278連 接，運算放大器的反相輸入端273與采樣電阻275的連接端連接程控有源電流電壓轉換電 路265的輸入端279，開關276與采樣電組275的連接端連接程控有源電流電壓轉換電路 265的輸出端264。程控有源電流電壓轉換電路265的輸入端279用于連接導入端251，輸 出端264用于連接測量電路254的輸入端267?？刂崎_關276閉合時，串聯(lián)連接在運算放大 器272的反相輸入端273和輸出端274之間的采樣電阻275和控制開關276形成了運算放 大器272的負反饋回路。程控有源電流電壓轉換電路265中的開關276為受控制電路255控制開合的單刀 開關，可以用于控制所述的導入端251與測量電路254的輸入端267之間的線路導通或開 路。當在控制電路255的控制下，開關276閉合導通時，程控有源電流電壓轉換電路265可 以將來自輸入端279的電流信號轉換成電壓信號，由輸出端264送入到測量電路204進行 測量。當開關276開路時，運算放大器272的負反饋回路開路，程控有源電流電壓轉換電路 265呈現(xiàn)截止狀態(tài)，且測量電路204的輸入端為高阻輸入端，被測電流信號無法流過采樣電 阻275并轉換為電壓信號。在本實施例中，由運算放大器272和采樣電阻275構成有源電流電壓轉換電路是 一個本領域技術人員十分熟悉的電路結構。本實施例的特點在于，在運算放大器272的輸 出端274與采樣電阻275之間設置開關276，且開關276與采樣電組275的連接端連接程控 有源電流電壓轉換電路265的輸出端264。比較將該開關276設置在輸入端279與采樣電阻275和運算放大器272的反相輸 入端273的連接端之間的技術方案，在本實施例中，開關276的導通電阻大小與電流測量精 度無關，因而該開關276可以采用導通電阻較大的半導體開關，眾所周知，半導體開關的開 關壽命遠遠長于機械開關。比較將該開關276設置在輸入端279和運算放大器272的反相輸入端273的連接 端與采樣電阻275之間的技術方案，或將該開關276設置在輸出端264和運算放大器272 的輸出端274的連接端與采樣電阻275之間的技術方案，在本實施例中，開關276開路時， 呈開路狀態(tài)的運算放大器272的輸出端274的電壓不會對后面的測量電路產(chǎn)生影響，且開 關276的導通電阻大小與電流測量精度無關。比較將該開關276設置在運算放大器272的輸出端274和采樣電阻275的連接端 與輸出端264之間的技術方案，在本實施例中，開關276開路時，來自輸入端279的被測電 流不會流入運算放大器272的輸出端274。作為舉例，結合參考圖28，本實施例所述的程控有源電流電壓轉換電路265中，運 算放大器272的反相輸入端273還通過一個限流電阻291與采樣電阻275連接，在限流電 阻291與采樣電阻275的連接端292與輸入端279之間還連接有一個由二極管電路286、電 感287和阻尼電阻288并聯(lián)連接構成的保護電路，采樣電阻275上還并聯(lián)連接有一個由電 阻290和電容289構成的用于防止電路振蕩的相位補償電路。
在本實施例中，電感287的主要作用在于濾除電流突變，防止運算放大器272的輸 入端呈現(xiàn)大電容特性，而導致工作不穩(wěn)定。其中電流突變的原因包括由于各個開關的開關 轉換原因產(chǎn)生的電流突變，特別是包括開關276的導通與斷開時產(chǎn)生的電流突變。電阻288為阻尼電阻，主要作用在于衰減電感287兩端出現(xiàn)的高電壓尖峰。二極管電路286為鉗位電路，通常是由雙二極管構成，用于防止電感287兩端電壓 出現(xiàn)過高的高壓尖峰，損壞被測電路或運算放大器272。電容289和電阻290構成的補償電路的主要作用在于防止第一電路285產(chǎn)生震蕩 現(xiàn)象。限流電阻291的主要作用在于保護運算放大器272，防止電流突變時，因輸入電流 過大，損壞運算放大器272。在本實施例中，程控有源電流電壓轉換電路265不僅具有電路簡單、測量靈敏度 高的優(yōu)點，可以在被測信號發(fā)生突然變化或誤操作的情況下，特別是在開關276導通閉合 轉換引起的電流、電壓突變情況下，對被測信號或設備自身提供保護的能力。在本第四實施例中，所述的導入端251既可以執(zhí)行大電流測量，參考圖18，也可以 執(zhí)行小電流測量和微電流測量，其中大電流的測量范圍通常是指200mA-10A的范圍，小電 流的測量范圍通常指小于或等于200mA的范圍，微電流測量通常是指小于或等于2mA的范 圍。在本實施例中，在執(zhí)行直流電流信號測量時，結合參考圖18和圖21，為了測量大 電流信號，控制電路255執(zhí)行有一個大電流信號開關設置流程500，使開關256閉合導通，使 開關257、276處于開路狀態(tài)。且，在開關256、257、276的開關過程中，使導入端251不出現(xiàn) 瞬間斷路的現(xiàn)象。大電流信號開關設置流程500，包括有如下的步驟步驟501 等待接收大電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的大 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟502，否則等待。步驟502 檢查當前開關設置狀態(tài)，在當前開關設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關256為閉合導通，開關257、276 開路時，執(zhí)行步驟503，使測量單元254對被測信號進行測量。在當前開關設置狀態(tài)非大電流測量狀態(tài)時，即開關256為開路，而開關257或開關 276之一為閉合導通時，執(zhí)行步驟504 ；步驟504 首先，使開關256閉合導通，然后執(zhí)行步驟505步驟505 使閉合導通的開關257或開關276開路，然后再執(zhí)行步驟503，使測量單 元254對被測信號進行測量。在執(zhí)行大電流信號開關設置流程500時，被測直流電流信號經(jīng)過開關256，第一電 流采樣端262后、在電阻261上將被測直流電流信號轉換為電壓信號，然后，經(jīng)采樣電路253 的輸出端258輸出到測量電路254。在執(zhí)行直流電流信號測量時，結合參考圖18和圖22，為了測量小電流信號，控制 電路255還執(zhí)行有一個小電流信號開關設置流程510，用于使開關257閉合導通，使開關 256,276處于開路狀態(tài)，且，在開關256、257、276的開關過程中，使導入端251不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。小電流信號開關設置流程510，包括有如下的步驟步驟511 等待接收小電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的小 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟512，否則等待。步驟512:檢查當前開關設置狀態(tài)，在當前開關設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關257為閉合導通，開關256、276 開路時，執(zhí)行步驟513，使測量單元254對被測直流電流信號進行測量。在當前開關設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關256、257為開路，開關276為閉 合導通時，執(zhí)行步驟514;步驟514 首先，使開關257閉合導通，然后執(zhí)行步驟515步驟515 使開關276開路，然后再執(zhí)行步驟513，使測量單元254對被測信號進行測量。在當前開關設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關257、276為開路，開關256為閉 合導通時，執(zhí)行步驟514;步驟514 首先，使開關257閉合導通，然后執(zhí)行步驟515步驟515 使開關256開路，然后再執(zhí)行步驟513，使測量單元254對被測信號進行測量。在執(zhí)行小電流信號開關設置流程510時，被測直流電流信號經(jīng)過開關257，第二電 流采樣端263后、在電阻260和電阻261上將被測直流電流信號轉換為直流電壓信號，然后 經(jīng)采樣電路253的輸出端258輸出到測量電路254。在執(zhí)行交流電流信號測量時，結合參考圖18和圖23，為了測量微弱電流信號，控 制電路255還執(zhí)行有一個微電流信號開關設置流程520，用于使開關276閉合導通，使開關 256,257處于開路狀態(tài)，且，在開關256、257、276的開關過程中，使導入端251不出現(xiàn)瞬間斷 路的現(xiàn)象。微電流信號開關設置流程520，包括有如下的步驟步驟521 等待接收微電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的微 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟522，否則等待。步驟522 檢查當前開關設置狀態(tài)，在當前開關設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關276為閉合導通，開關256、257 開路時，執(zhí)行步驟523，使測量單元254對被測信號進行測量。在當前開關設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關256、276為開路，開關257為閉 合導通時，執(zhí)行步驟524;步驟524 首先，使開關276閉合導通，然后執(zhí)行步驟525步驟525 使開關257開路，然后再執(zhí)行步驟523，使測量單元254對被測信號進行測量。在當前開關設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關257、276為開路，開關256為閉 合導通時，執(zhí)行步驟524;
步驟524 首先，使開關276閉合導通，然后執(zhí)行步驟525步驟525 使開關256開路，然后再執(zhí)行步驟523，使測量單元254對被測信號進行測量。在執(zhí)行微電流信號開關設置流程520時，被測直流電流信號經(jīng)過程控有源電流電 壓轉換電路265后、轉換為直流電壓信號輸出到測量電路254的輸入端267。由于，在本實施例中，采用程控有源電流電壓轉換電路265對微弱直流電流測量， 因而具有對微弱電流測量準確的特點，且，因為程控有源電流電壓轉換電路265中的開關 276的導通電阻與測量準確性無關，因此該開關也可以采用半導體開關進行控制，這不僅大 幅提高了微弱電流測量通道的穩(wěn)定性、準確度，且大幅提高了這一控制部件的使用壽命。為了進一步說明本發(fā)明的裝置，下面結合附圖24例舉本發(fā)明所選用的第五實施 例。不同于第四實施例所例舉的萬用表，在本第五實施例中，采樣電路253還具有一 個第三電流采樣端280和一個輸出端281，結合參考圖24和圖20，程控有源電流電壓轉換 電路265的輸入端279與第三電流采樣端280相連接，程控有源電流電壓轉換電路265的 輸出端264與采樣電路253的輸出端281相連接。采樣電路253的輸出端281還與測量電 路254的輸入端267相連接。通過控制程控有源電流電壓轉換電路265中的開關276的導通與開路，控制電路 255可以控制采樣電路253的第三電流采樣端280與測量電路254的輸入端267之間的線 路的導通與截止。在本實施例中，開關電路252由第一開關282和第二開關283組成，其中，第一開關282為受控制電路255控制開合的單刀開關，連接在導入端251和 采樣電路253的一個第一電流采樣端262之間，用于控制所述的導入端251與第一電流采 樣端262之間的線路導通或開路。第二開關283為受控制電路255控制開合的二選一開關，用于控制所述的導入端 251與采樣電路253的第二電流采樣端263或第三電流采樣端280之一導通，第二開關283 的輸入端與導入端251連接，第二開關283的一個輸出端連接采樣電路253的第二電流采 樣端263，其另一個輸出端連接采樣電路253的第三電流采樣端280，在本第五實施例中，所述的導入端251既可以用于執(zhí)行直流大電流測量，也可以 執(zhí)行直流小電流測量和微電流測量。在執(zhí)行直流電流信號測量時，結合參考圖24和圖25，為了測量大電流信號，控制 電路255執(zhí)行有一個大電流信號開關設置流程600，用于使第一開關282閉合導通，使第二 開關283選擇連接采樣電路253的第三電流采樣端280，使開關276處于開路狀態(tài)，且，在開 關282、283、276的開關過程中，使導入端251不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。大電流信號開關設置流程600，包括有如下的步驟步驟601 等待接收大電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的大 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟602，否則等待。步驟602:檢查開關282、283、276的當前設置狀態(tài)，在當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關282為閉合導通，開關283選擇連接采樣電路253的第三電流采樣端280，開關276選擇開路時，執(zhí)行步驟603，使測量單元254 對被測信號進行測量在當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關282開路，或還包括開關276為開 路，開關283選擇連接采樣電路253的電流采樣端263時，執(zhí)行步驟604 ；需要說明一點，在此時開關276的狀態(tài)可以是閉合導通狀態(tài)，也可以是開路狀態(tài)， 由于，開關283選擇了連接第二電流采樣端263，因此開關276的設置狀態(tài)已經(jīng)與測量狀態(tài) 無關，在此步驟也可以不去判斷開關276的狀態(tài)。步驟604 首先，使開關282閉合導通，然后執(zhí)行步驟605。步驟605 使開關283選擇連接采樣電路253的第三電流采樣端280，在開關276 為閉合導通的狀況下，還包括使開關276為開路。然后再執(zhí)行步驟603，使測量單元254對 被測信號進行測量。在當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關282為開路，開關283選擇連接采樣 電路253的第三電流采樣端280，開關276為閉合導通時，執(zhí)行步驟604 ；步驟604 首先，使開關282閉合導通，然后執(zhí)行步驟605。步驟605 使開關276為開路。然后再執(zhí)行步驟603，使測量單元254對被測信號 進行測量。在執(zhí)行大電流信號開關設置流程600時，被測直流電流信號經(jīng)過開關282，第一電 流采樣端262后、在電阻261上將被測電流信號轉換為電壓信號，然后經(jīng)采樣電路253的輸 出端258輸出到測量電路254。在本實施例中，在執(zhí)行直流電流信號測量時，結合參考圖24和圖26，為了測量小 電流信號，控制電路255執(zhí)行有一個小電流信號開關設置流程610，用于使開關282開路，開 關283選擇連接第二電流采樣端263，開關276處于開路狀態(tài)，且，在開關282、283、276的開 關過程中，使導入端251不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。需要說明一點，在此時開關276的狀態(tài)可以是導通態(tài)，也可以是開路狀態(tài)，由于， 開關283選擇了連接第二電流采樣端263，因此開關276的設置狀態(tài)已經(jīng)與測量狀態(tài)無關， 因此也可以不去判斷開關276的設置狀態(tài)。小電流信號開關設置流程610，包括有如下的步驟步驟611 等待接收小電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的小 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟612，否則等待。步驟612:檢查當前開關282、283、276的設置狀態(tài)，在當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關282為開路，開關283選擇連接第二 電流采樣端263時，執(zhí)行步驟613，使測量單元254對被測信號進行測量。在當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關282為閉合導通，開關283選擇連接 采樣電路253的第三電流采樣端280、開關276為開路時，執(zhí)行步驟614 ；步驟614 使開關283選擇連接第二電流采樣端263，然后再執(zhí)行615。 步驟615 使開關282開路，然后再執(zhí)行步驟613，使測量單元254對被測信號進行 測量。 在當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即 開關282為開路，開關283選擇連接電流采樣端280、開關276為閉合導通時，執(zhí)行步驟614 ；步驟614 首先，使開關282閉合導通，然后執(zhí)行步驟615。步驟615 首先使開關283選擇連接第二電流采樣端263，或還包括使開關276為 開路，然后再使開關282開路，最后執(zhí)行步驟613。步驟613，使測量單元254對被測信號進行測量。在執(zhí)行小電流信號開關設置流程610時，被測直流電流信號經(jīng)過開關283，第二電 流采樣端263后、在電阻260和電阻261上將被測電流信號轉換為電壓信號，然后經(jīng)采樣電 路253的輸出端258輸出到測量電路254。在本實施例中，在執(zhí)行直流電流信號測量時，結合參考圖24和圖27，為了測量微 弱電流信號，控制電路255執(zhí)行有一個微電流信號開關設置流程620，用于使開關282開路， 開關283選擇連接電流采樣端280，開關276處于閉合導通狀態(tài)，且，在開關282、283、276的 開關過程中，使導入端251不出現(xiàn)瞬間斷路的現(xiàn)象。微電流信號開關設置流程620，包括有如下的步驟步驟621 等待接收微電流信號測量指令的步驟，在接收到來自外部或內部的微 電流信號測量指令時，執(zhí)行步驟622，否則等待。步驟622 檢查開關282、283、276的當前設置狀態(tài)，在當前設置狀態(tài)是微電流測量狀態(tài)時，即開關282為開路，開關283選擇連接第三 電流采樣端280，開關276處于閉合導通狀態(tài)時，執(zhí)行步驟623，使測量單元254對被測信號 進行測量。在當前設置狀態(tài)是小電流測量狀態(tài)時，即開關282為開路，或還包括開關276也為 開路，開關283選擇連接第二電流采樣端263時，執(zhí)行步驟624 ；步驟624 首先，使開關282閉合導通，然后執(zhí)行步驟625。步驟625 首先，使開關283選擇連接第三電流采樣端280，在開關276當前為開路 狀態(tài)的情況下，還包括使開關276閉合導通，然后再使開關282開路，然后再執(zhí)行步驟623， 使測量單元254對被測信號進行測量。在當前設置狀態(tài)是大電流測量狀態(tài)時，即開關282為閉合導通，開關283選擇連接 第三電流采樣端280、開關276為開路時，執(zhí)行步驟624 ；步驟624 首先，使開關276閉合導通，然后執(zhí)行步驟625步驟625 使開關282開路，然后再執(zhí)行步驟623，使測量單元254對被測信號進行測量。在執(zhí)行微電流信號開關設置流程620時，被測直流電流信號經(jīng)過開關283，第三電 流采樣端280、有源電流電壓轉換電路265、采樣電路輸出端281后，輸出到測量電路254。
權利要求
一種電流測量裝置，包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部件、一個電流采樣部件、一個測量部件，其中，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣端、一個第二電流采樣端和一個第三電流采樣端，所述的開關部件包含受所述控制部件控制的一個第一開關和一個第二開關，其特征在于所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路的導通或開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二電流采樣端或所述的第三電流采樣端之一導通；所述的電流采樣部件包含一個連接在第三電流采樣端和測量部件之間的有源電流電壓轉換電路，所述的有源電流電壓轉換電路受所述的控制部件控制，導通或截止。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的裝置包含如下電流測量操作步驟首先，使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通；然后，使所述的有源電流電壓轉換電路截止；然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述的有源電流電壓轉換電路包括一個運算放大器、一個依次串聯(lián)連接在運算放大器 的反相輸入端和運算放大器輸出端之間的采樣電阻和一個控制開關，所述的運算放大器的 反相輸入端與所述的采樣電阻之間的連接端連接所述的程控有源電流電壓轉換電路的輸 入端，所述的控制開關與所述的采樣電組的連接端連接所述的程控有源電流電壓轉換電路 的輸出端。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于所述的有源電流電壓轉換電路中，所述的 運算放大器的反相輸入端通過一個限流電阻與所述的采樣電阻連接，在所述的限流電阻與 采樣電阻的連接端與所述的有源電流電壓轉換電路的輸入端之間還連接有一個由二極管 電路、電感和阻尼電阻并聯(lián)連接構成的保護電路。
5.一種電流測量裝置，包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，其中，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣 端和一個第二電流采樣端，所述的開關部件，包含受所述控制部件控制的一個第一開關和 一個第二開關，其特征在于所述的裝置還具有一個連接在導入端和測量部件之間的有源電流電壓轉換電路，所述 的有源電流電壓轉換電路受所述的控制部件控制，導通或截止；所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路的導通或 開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二電流采樣端之間的線路的導通或幵路。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述的裝置包含如下電流測量操作步驟首先，使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通；然后，使所述的有源電流電壓轉換電路截止或使所述的導入端與所述的第二采樣端之間的線路開路；然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的裝置，其特征在于所述的有源電流電壓轉換電路包括一個運算放大器、一個依次串聯(lián)連接在運算放大器 的反相輸入端和運算放大器輸出端之間的采樣電阻和一個控制開關，所述的運算放大器的 反相輸入端與所述的采樣電阻之間的連接端連接所述的程控有源電流電壓轉換電路的輸 入端，所述的控制開關與所述的采樣電組的連接端連接所述的程控有源電流電壓轉換電路 的輸出端。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于所述的有源電流電壓轉換電路中，所述的 運算放大器的反相輸入端通過一個限流電阻與所述的采樣電阻連接，在所述的限流電阻與 采樣電阻的連接端與所述的有源電流電壓轉換電路的輸入端之間還連接有一個由二極管 電路、電感和阻尼電阻并聯(lián)連接構成的保護電路。
9.一種電流測量裝置，包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣端、一 個第二電流采樣端、所述的開關部件，包含受所述的控制部件控制的一個第一開關和一個 第二開關，其特征在于所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一采樣端之間的線路導通或開路； 所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二采樣端之間的線路導通或開路，所述 的裝置具有如下電流測量控制步驟首先，使所述的導入端與一個所述的采樣端之間的線路導通； 然后，使所述的導入端與另一個所述的采樣端之間的線路開路； 然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。
10.一種電流測量裝置，包含一個控制部件和依次串聯(lián)連接的一個導入端、一個開關部 件、一個電流采樣部件、一個測量部件，其中，所述的電流采樣部件具有一個第一電流采樣 端、一個第二電流采樣端和一個第三電流采樣端，所述的開關部件，包含受所述控制部件控 制的一個第一開關和一個第二開關，其特征在于還具有受所述控制部件控制的一個第三開關；所述的第一開關，用于使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通或開路；所述的第二開關，用于使所述的導入端與所述的第二電流采樣端或所述的第三開關的 輸入端之一導通；所述的第三開關，用于使其輸入端與所述的第三電流采樣端之間的線路的導通或開路。
11.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其特征在于 包含如下電流測量控制步驟首先，使所述的導入端與所述的第一電流采樣端之間的線路導通； 然后，使所述的第三開關的輸入端與所述的第三電流采樣端之間的線路開路； 然后，使所述的測量部件執(zhí)行測量。
全文摘要
一種電流測量裝置，涉及直流電流測量，包含導入端251、控制部件255、開關部件252、采樣部件253、測量部件254。其中，采樣部件253具有采樣端262、采樣端263和采樣端280，開關部件252包含用于控制導入端251與采樣端262之間的線路的導通或開路的開關282，用于使導入端251與采樣端263或采樣端280之一導通的開關283。采樣部件253包含連接在采樣端280和測量部件254之間的電流電壓轉換電路265，電流電壓轉換電路265受控制部件255控制，導通或截止。在開關282、283或276變換時，本發(fā)明的電流測量裝置的導入端251不出現(xiàn)瞬間斷路現(xiàn)象，可以有效的保護被測電路，且，控制方法簡單，工作穩(wěn)定。
文檔編號G01R15/09GK101839936SQ200910119838
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2009年3月19日
發(fā)明者李維森, 王悅, 王鐵軍 申請人:北京普源精電科技有限公司