CN104882918B - 一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表 - Google Patents
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Abstract
一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表，能在不影响测量精度的前提下，借助仪表测量端子上并接的充电储能电路以及仪表内微控制器的协助，使仪表能根据被测电信号的能量属性，在测量过程中酌情从被测电信号中获取电能存入储能元件中供仪表使用，解决了现有便携式电类数字测量仪表在电池耗尽时无法使用的尴尬问题，提高了这类测量仪表的使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表，用以克服常规便携式电类数字测量仪表在电池耗尽时无法实现其原有测量功能的不足。
背景技术
在电子与电气技术领域中，以便携式万用表为代表的电类测量仪表是设计与研发、生产与维修中不可或缺的工具。随着数字化技术的日益普及，这些电类测量仪表也大多实现了数字化的升级换代，给测量工作带来了一系列可喜的便利，但是伴随着这种便利而来的却是仪表电池一旦用完就无法工作的尴尬。以万用表为例，早先的指针式因其电磁式原理可在测量电压和电流时不需仪表内置电池的支持，而一旦指针式万用表进行了数字化升级换代则其对电压和电流的测量就再也离不开内置电池。然而由于当今万用表内置电池所提供的续航能力十分有限，在测量较为频繁时常常在不经意中就出现了因万用表电池不足而罢工的尴尬，这给相关的测量工作带来了很多遗憾。因此，尽管长久以来人们一直认为电池用完仪表就不能继续工作是天经地义的事，但内心还是期盼着有朝一日能在这一问题上出现奇迹。
当今业界仍未找到较好的办法来解决这一问题，唯一具有代表性的解决方案是给万用表安装可充电电池。但这一方案只是在电池用完时把更换电池的操作变更为充电操作，且在充电时万用表的测量功能仍处于罢工状态。此外这种方案还有三点不足：其一是仪表在测量现场往往难以觅得满足充电要求的市电网络和插口端子，其二是仪表测量端子之外多设的充电端子给测量使用带来了某种累赘，其三是充电模块若置于机内则降低了仪表的便携性，若置于机外又极易遗忘充电配件的携带。
发明内容
为了给数字万用表之类的便携式电类数字测量仪表解决电池耗尽时仍能具有指针式电磁仪表那样无需电池支持就能测量电压和电流的能力，本发明提供了一种解决方案，能在不影响测量精度的前提下，在测量电压或电流等电信号的过程中从被测电信号中获取仪表工作所需的电源能量。
本发明所采用的技术方案是：在仪表的测量端子上并接入充电储能电路，由微控制器根据仪表的电能状态和被测电信号的能量属性，在仪表的测量过程中酌情从被测电信号中获取电能存入仪表储能元件中充当工作电能，从而实现了仪表电池用完时也能测量的需求。
具体说来，实现时将包含储能元件的充电储能电路的输入端并联到仪表的两个测量端子上，并在充电储能电路的输入端串入电子开关，由仪表内微控制器通过该电子开关控制充电电流的有无和大小。
当仪表因电池耗尽而无法工作时，串在充电储能电路输入端的电子开关处于接通状态，使得测量端子一旦接触到外部电信号则自动从中获取电能存入仪表储能元件中，直至储入的电能上升到足以支持仪表开始工作，此后再由仪表根据外部电信号的能量属性决定是否继续充电储能。
当仪表电池电量不足但仍能工作时，若仪表测量端子接触到外部电信号，则先在不充电的状态下测得其应有的标称值，然后再在后续测量中逐次伴以由小到大的充电电流试探测量值与标称值的比对，以便找到不影响测量精度的较大充电电流作为伴随测量操作的充电参数；若在测量时仅取最小充电电流也会影响测量精度，则在测量时停止充电操作。
此外，当仪表在从外部电信号中获取电能时，将在微控制器的协助下将获取的电能阶梯式地存入仪表内多个容量由小到大的储能元件中，使仪表既能在电池耗尽时以最快速度储能自举地进入工作状态，又能在测量过程中尽可能多地从外部电信号中获取电能储备在仪表中以便提高仪表的续航能力。
值得注意的是，要实现以上功能必须对仪表内部电路进行严格的节电设计，最好还能给仪表增设几档符合实际需求的精度指标，以便使用者在测量时根据需要在测量精度和取电储能之间做出较好的权衡。
本发明的突出优点和积极效果是：当仪表电量用完后使用者还想测量时，只要将仪表的测量端子搭接到被测电信号上，仪表就会自动触发从被测电信号中获取电能的尝试。如果被测电信号的内阻较小(例如电压源或电流源)，则仪表将以较快的速度迅速充电至仪表工作所需的阈值，并立即开始工作实现用户想要的测量操作并把测量结果显示出来。如果测量操作还在继续，则仪表将以不降低测量精度的原则继续尝试从被测电信号中提取电能存入仪表，以便提高仪表的续航能力，由此解决了长期以来便携式数字仪表电池耗尽便只能罢工的遗憾和尴尬。
附图说明
图1是本发明一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表的示意图。
1.被测电信号、2.充电储能电路、3.测量电路、4.微控制器、5.显示器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本实施样例的设计分为硬件和软件两部分。
在硬件结构上，仪表的测量端子上并接有充电储能电路，其中包括控制充电电流的电子开关和实现储能的超级电容；控制充电的电子开关连接至仪表内微控制器上；仪表内微控制器及其他电路的电源端都连接至充电储能电路的超级电容上。具体元器件的选用为：微控制器4用的是MSP430G2452，显示器5用的是四位段式LCD液晶屏HFD-6868WP，充电储能电路2中储能元件用的是高齐普KORCHIP超级法拉电容0.22F5.5V的DCL5R5224CF，充电储能电路2中电子开关用的是MOSFET管AO3416，测量电路3中的运放用的是LMV931，A/D转换用的是MSP430G2452片内自带的转换器，功能切换开关用的PB-22E80(2P2T)。
在软件设计上，由于仪表电量耗尽后的充电储能是在测量端子接触到可用电信号时靠硬件自动执行的，因此程序设计中与充电储能有关的任务主要是处理测量时如何判断和执行充电储能。这个工作流程是：首先，关闭充电控制的电子开关；在不受充电影响的前提下测得被测信号的标称值；然后，再在后续测量中逐次伴以由小到大的充电电流试探测量值与标称值的比对，以便找到不影响测量精度的较大充电电流作为伴随测量操作的充电参数；若在测量时仅取最小充电电流也会影响测量精度，则在测量时停止充电操作。由此可实现满足测量精度下的充电储能。
实施样例的运行效果为：在仪表内置超级电容两端电压值为零的前提下，以直流稳压电源DF1720SL1A输出4.26V作为测量对象，仪表的储能自举时间为18秒，接着以测量加充电的方式工作了30秒，此时断开该测量对象后仪表还能继续工作2分20秒。
Claims (3)
1.一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表，其特征在于：仪表的测量回路上并接有充电储能电路，所述充电储能电路的输入电流控制端连接至仪表内微控制器上，仪表内微控制器及其他电路的电源端都连接至所述充电储能电路的储能元件上， 当仪表电池电量不足但仍能工作时，先在不充电的状态下测得所述电信号应有的标称值，然后再在后续测量中逐次伴以由小到大的充电电流试探测量值与标称值的比对，以便找到不影响测量精度的较大充电电流作为伴随测量操作的充电参数。
2.根据权利要求1所述的一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表，其特征在于：当仪表因电池耗尽而无法工作时，若仪表测量回路上出现任何来自外部的电信号，则自动从该外部电信号中获取电能存入仪表储能元件中，直至储入的电能上升到足以支持仪表开始工作。
3.根据权利要求1所述的一种从被测电信号中获取电能的数字测量仪表，其特征在于：仪表在从可用外部电信号中获取电能时，在微控制器的协助下将获取的电能阶梯式地存入仪表内多个容量由小到大的储能元件中，使仪表既能在电池耗尽时以最快速度储能自举地进入工作状态，又能在测量过程中尽可能多地从外部电信号获取电能储备在仪表中以便提高仪表的续航能力。
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