CN107390009B - 一种微电流测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电流测试装置和方法,解决现有微电流测试装置测试精度差、输入阻抗高、价格高的问题。所述装置,包含电路转换单元、比较放大单元、显示单元、标准电压源;电路转换单元将微电流信号转换成微电压信号,标准电压源输出幅度可调的参考电压信号,比较放大单元对参考电压信号和微电压信号的幅度,进行比较和放大,输出比较放大信号,显示单元根据比较放大信号显示比较结果。一种微电流测试方法,用于所述装置,包含以下步骤:对显示单元的检流计调零;对参考电压信号幅度进行调节,直到检流计指针指零,得到参考电压幅度;根据参考电压幅度和采样电阻,得到微电流值。本发明实现的微电流测试装置测试精度高、成本低、便于使用。
Description
技术领域
本发明涉及电气测试领域,特别涉及一种微电流测试装置和方法。
背景技术
电气测试领域中经常应用到对微弱的激励电流的测试,尤其是火工品测试仪,在其工作时会产生一个微弱的激励电流。随着待测设备由模拟式向数字式发展,待测激励电流的大小也越来越小,由毫安级向微安、纳安级发展。传统的高阻表工作原理主要是串联电阻分压法,对微弱电流测试时采用高阻值的采样电阻,如传统分压式万用表34401A在100mA直流电流量程阻抗为5Ω,1mA直流电流量程时阻抗为100Ω,造成高阻表的内阻很高,不符合待测设备低量程的工作环境,且测试结果精度差、价格高、性价比差。
发明内容
本发明提供一种微电流测试装置和方法,解决现有微电流测试装置测试精度差、输入阻抗高、价格高的问题。
本发明实施例提供一种智能测试装置,连接于被测试的仪器微电流输出端,包含电路转换单元、比较放大单元、显示单元、标准电压源;所述电路转换单元用于将微电流信号转换成微电压信号,包含第一运算放大器、采样电阻;所述第一运算放大器反相输入端用于输入所述微电流信号;所述采样电阻的一端接所述微电流信号输出端,另一端与所述第一运算放大器输出端连接;所述标准电压源用于输出幅度可调的参考电压信号;所述比较放大单元用于对所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度,进行比较和放大,输出比较放大信号;所述显示单元用于根据所述比较放大信号显示所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度比较结果。
进一步地,所述电路转换单元还包含保护电阻、反馈电容;所述保护电阻一端与所述微电流信号输出端连接,另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接;所述反馈电容与所述采样电阻并联,一端与所述微电流信号输出端连接,另一端与所述放大器的输出端连接。
优选地,所述第一运算放大器的型号为LMC6062AIN。
优选地,所述比较放大单元中的第二运算放大器型号为AD620。
进一步地,所述比较放大单元还包含第一、第二、第三、第四、第五、第六电阻,第一、第二、第三、第四、第五、第六电容,第一、第二二极管、第一、第二电位器;所述第二运算放大器的第一、第八管脚分别与所述第一电位器的两个固定端连接,第二、第三管脚分别与所述第一电阻、第三电阻一端、第二电阻、第四电阻一端连接,第四管脚与电源负极连接,第五管脚与所述第二电位器调节端连接,第六管脚输出所述比较放大信号,第七管脚与电源正极连接;所述第一电阻另一端与所述微电压信号输出端连接;所述第二电阻另一端与所述参考电压信号输出端连接;所述第二电容、第一二极管、第二二极管并联连接在所述第二运算放大器第二管脚和第三管脚,所述第一二极管、第二二极管的正极分别与第二运算放大器第三管脚、第二管脚连接;所述第三电阻、第四电阻的另一端接地;所述第三、第四电阻分别与所述第一、第三电容并联;所述第一电位器调节端与所述第一电位器任意一个固定端连接;所述第五电阻两端分别与所述电源负极、所述第二电位器固定端连接;所述第二电位器另一固定端与所述第六电阻一端连接;所述第六电阻另一端与电源正极连接;所述第四电容两端分别与所述电源负极、模拟地连接;所述第六电容两端分别与所述第二电位器调节端、模拟地连接;所述第五电容两端分别与模拟地、电源正极连接。
优选地,所述显示单元包含第七电阻、第七电容、第三二极管、第四二极管;所述第七电容、第三二极管、第四二极管均与所述检流计并联,所述第三二极管的负极、第四二极管的正极均与所述第七电阻的一端连接;所述第七电阻另一端接收所述比较放大信号。
优选地,所述采样电阻的阻值典型值为10G欧姆。
进一步地,所述第一运算放大器的输出电压值为:
其中,Vo为所述第一运算放大器的输出电压,IIN为所述输入电流,RF为所述采样电阻,Vos为所述输入失调电压,Av为所述开环增益,Ib为所述输入偏置电流。
优选地,所述第一运算放大器输入偏置电流的典型值为10法安,所述输入失调电压典型值为100微伏。
一种微电流测试方法,用于所述的微电流测试装置,包含以下步骤:对所述显示单元中的检流计调零;对所述标准电压源输出的参考电压信号的幅度进行调节,直到所述检流计的指针指向零点,得到参考电压幅度;根据所述参考电压幅度和所述采样电阻,计算得到微电流值。
本发明有益效果包括:本发明电路转换单元采用了电流反馈法,使电路转换单元的等效输入阻抗近似为0,可以满足待测仪器在低阻抗环境的测试要求,测试精度高、成本低,另外本发明显示单元应用检流计,便于观测。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为一种微电流测试装置实施例;
图2为一种电路转换单元实施例;
图3为一种包含反馈电容、保护电阻的电路转换单元实施例;
图4为一种包含AD620运放的比较放大单元实施例;
图5为一种显示单元实施例;
图6为一种微电流测试方法流程实施例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1为一种微电流测试装置实施例。本发明实施例提供一种智能测试装置,连接于被测试的仪器微电流输出端,包含电路转换单元10、比较放大单元20、显示单元30、标准电压源40。
所述电路转换单元用于将微电流信号转换成微电压信号,包含第一运算放大器60、采样电阻50;所述第一运算放大器反相输入端用于输入所述微电流信号;所述采样电阻的一端接所述微电流信号输出端,另一端与所述第一运算放大器输出端连接;所述标准电压源用于输出幅度可调的参考电压信号;所述比较放大单元用于对所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度,进行比较和放大,输出比较放大信号;所述显示单元用于根据所述比较放大信号显示所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度比较结果。
本发明实施例提供的微电流测试装置可以满足待测仪器在低阻抗环境的测试要求,测试精度高、成本低。
图2为一种电路转换单元实施例。本发明实施例提供一种电路转换单元,用于将微电流信号转换成微电压信号,包含第一运算放大器60、采样电阻50。
所述第一运算放大器反相输入端用于输入所述微电流信号;所述采样电阻的一端接所述微电流信号输出端,另一端与所述第一运算放大器输出端连接。
所述电路转换单元应用反馈式电流法,根据所述第一运算放大器工作在线性区两个输入端近似虚短和虚断的原理,将微电流测试转换为反馈电阻上电压的测试。根据虚短的原理,所述第一运算放大器的阻抗为无穷大,A点和B点的电压值近似相等,而A点、B点间的等效阻抗等于AB间压降除以AB间电流,因此可以等效为所述电路转换单元变换电路的输入阻抗很小,近似为0。
进一步地,考虑到所述第一运算放大器的输入偏置电流、输入失调电压因素,所述第一运算放大器的输出电压值为:
其中,Vo为所述第一运算放大器的输出电压,IIN为所述输入电流,RF为所述采样电阻,Vos为所述输入失调电压,Av为所述开环增益,Ib为所述输入偏置电流。
优选地,所述第一运算放大器的型号为LMC6062AIN,所述第一运算放大器输入偏置电流的典型值为10法安(fA),所述输入失调电压典型值为100微伏(μV),所述采样电阻的阻值典型值为10G欧姆(Ω)。
需要说明的是,所述第一运算放大器输入偏置电流、输入失调电压的典型值是在放大器型号为LMC6062AIN的条件下计算得到,不同型号放大器的输入偏置电流、输入失调电压典型值不同。
还需说明的是,所述采样电阻的典型值是根据工程经验选择的高阻值,也可在实际使用中选择不同阻值的电阻,这里不做特别限定。
本发明实施例提供的电路转换单元采用反馈式电流法,能够满足待测设备的低阻值需求,测量精度高、成本低。
图3为一种包含反馈电容、保护电阻的电路转换单元实施例。本发明实施例提供一种电路转换单元,用于将微电流信号转换成微电压信号,包含第一运算放大器60、采样电阻50、保护电阻70、反馈电容80。
在图3的实施例中,所述第一运算放大器为A1,所述采样电阻为RF,所述保护电阻为Rb,所述反馈电容为Cb。
所述第一运算放大器反相输入端用于输入所述微电流信号;所述采样电阻的一端接所述微电流信号输出端,另一端与所述第一运算放大器输出端连接;所述保护电阻一端与所述微电流信号输出端连接,另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接;所述反馈电容与所述采样电阻并联,一端与所述微电流信号输出端连接,另一端与所述放大器的输出端连接。
需要说明的是,所述保护电阻能够避免偶然输入过压造成的第一运算放大器损坏,所述反馈电容能够抵消电路输入电容的影响。
图4为一种包含AD620运放的比较放大单元实施例。作为一种比较放大单元实施例,包含第二运算放大器A2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6,第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6,第一二极管D1、第二二极管D2、第一电位器RP1、第二电位器RP2。
所述第二运算放大器的第一管脚1、第八管脚8分别与所述第一电位器的两个固定端连接,第二管脚2与所述第一电阻、第三电阻一端连接,第三管脚3与第二电阻、第四电阻一端连接,第四管脚4与电源负极连接,第五管脚5与所述第二电位器调节端连接,第六管脚6输出所述比较放大信号,第七管脚7与电源正极连接;所述第一电阻另一端与所述微电压信号输出端连接;所述第二电阻另一端与所述参考电压信号输出端连接;所述第二电容、第一二极管、第二二极管并联连接在所述第二运算放大器第二管脚和第三管脚,所述第一二极管的正极与第二运算放大器第三管脚连接,所述第二二极管的正极与所述第二运算放大器的第二管脚连接;所述第三电阻、第四电阻的另一端接地;所述第三电阻与所述第一电容并联,所述第四电阻与所述第三电容并联;所述第一电位器调节端与所述第一电位器任意一个固定端连接;所述第五电阻两端分别与所述电源负极、所述第二电位器固定端连接;所述第二电位器另一固定端与所述第六电阻一端连接;所述第六电阻另一端与电源正极连接;所述第四电容两端分别与所述电源负极、模拟地连接;所述第六电容两端分别与所述第二电位器调节端、模拟地连接;所述第五电容两端分别与模拟地、电源正极连接。
需要说明的是,本发明实施例中第二运算放大器型号为AD620,其他型号运算放大器有其他连接关系,这里不做说明。
需要说明的是,所述第一电容、第二电容、第三电容和第一电阻、第二电阻构成了低通滤波电路,可以滤除高频干扰信号;所述第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管构成了输入保护电路,对所述第二运算放大器进行了输入过压保护;所述第三电阻、第四电阻为所述第二运算放大器提供了静态偏置电流,确保所述第二运算放大器稳定工作;所述第一电位器为所述第二运算放大器的增益调节电阻;所述第二电位器、第五电阻、第六电阻构成了调零电路,通过改变所述第二运算放大器的引脚进行调零。
图5为一种显示单元实施例。作为一种显示单元实施例,包含第七电阻R7、第七电容C7、第三二极管D3、第四二极管D4。
所述第七电容、第三二极管、第四二极管均与所述检流计并联,所述第三二极管的负极与所述第七电阻的一端连接,所述第四二极管的正极与所述第七电阻的一端连接;所述第七电阻另一端接收所述比较放大信号。
需要说明的是,所述第七电阻、第七电容组成的电路为所述检流计提供了低通滤波功能,所述第七电阻、第三二极管、第四二极管组成了所述检流计指针表头的保护电路。
需要说明的是,所述检流计指针表头能够根据所述电压比较信号进行偏移,当所述电压比较信号的符号为正时,所述检流计指针表头向一个方向偏移,当所述电压比较信号的符号为正时,所述检流计指针表头向另一个方向偏移,当所述比较信号电压为零时,所述检流计指针表头偏回零点位置,因此使用所述检流计之前需要对其指针表头进行调零校准。
图6为一种微电流测试方法流程实施例。本发明实施例提供一种微电流测试方法,用于所述的微电流测试装置,
所述微电流测试方法包含以下步骤:
步骤101,对所述显示单元中的检流计调零。
在步骤101中,所述检流计指针表头能够根据输入电压的正负号进行偏移,因此使用所述检流计进行测试时需先对其进行调零校准。
步骤102,对所述标准电压源输出的参考电压信号的幅度进行调节,直到所述检流计的指针指向零点,得到参考电压幅度。
在步骤102中,缓慢调高所述标准电压源的输出电压,同时观测所述检流计的指针指向,当所述检流计的指针指向零点位置时,不再调节所述标准电压源的输出电压,此时所述标准电压源的输出电压值与所述电路转换单元输出的微电压信号的电压值相同,即为参考电压幅度。
步骤103,根据所述参考电压幅度和所述采样电阻,计算得到微电流值。
在步骤103中,根据欧姆定律,所述参考电压幅度和所述采样电阻的比值即为所述微电流值。
所述微电流测试装置,连接于被测试的仪器微电流输出端,包含电路转换单元、比较放大单元、显示单元、标准电压源;所述电路转换单元用于将微电流信号转换成微电压信号,包含第一运算放大器、采样电阻;所述第一运算放大器反相输入端用于输入所述微电流信号;所述采样电阻的一端接所述微电流信号输出端,另一端与所述第一运算放大器输出端连接;所述标准电压源用于输出幅度可调的参考电压信号;所述比较放大单元用于对所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度,进行比较和放大,输出比较放大信号;所述显示单元用于根据所述比较放大信号显示所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度比较结果。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种微电流测试装置,连接于被测试的仪器微电流输出端,其特征在于,包含电路转换单元、比较放大单元、显示单元、标准电压源;
所述电路转换单元用于将微电流信号转换成微电压信号,包含第一运算放大器、采样电阻;
所述第一运算放大器反相输入端用于输入所述微电流信号;
所述采样电阻的一端接所述微电流信号输出端,另一端与所述第一运算放大器输出端连接;
所述标准电压源用于输出幅度可调的参考电压信号;
所述比较放大单元用于对所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度,进行比较和放大,输出比较放大信号;
所述显示单元用于根据所述比较放大信号显示所述参考电压信号和所述微电压信号的幅度比较结果;
所述比较放大单元中的第二运算放大器型号为AD620;
所述比较放大单元还包含第一、第二、第三、第四、第五、第六电阻,第一、第二、第三、第四、第五、第六电容,第一、第二二极管、第一、第二电位器;
所述第二运算放大器的第一、第八管脚分别与所述第一电位器的两个固定端连接,第二、第三管脚分别与所述第一电阻、第三电阻一端、第二电阻、第四电阻一端连接,第四管脚与电源负极连接,第五管脚与所述第二电位器调节端连接,第六管脚输出所述比较放大信号,第七管脚与电源正极连接;
所述第一电阻另一端与所述微电压信号输出端连接;
所述第二电阻另一端与所述参考电压信号输出端连接;
所述第二电容、第一二极管、第二二极管并联连接在所述第二运算放大器第二管脚和第三管脚,所述第一二极管、第二二极管的正极分别与第二运算放大器第三管脚、第二管脚连接;
所述第三电阻、第四电阻的另一端接地;
所述第三、第四电阻分别与所述第一、第三电容并联;
所述第一电位器调节端与所述第一电位器任意一个固定端连接;
所述第五电阻两端分别与所述电源负极、所述第二电位器固定端连接;
所述第二电位器另一固定端与所述第六电阻一端连接;
所述第六电阻另一端与电源正极连接;
所述第四电容两端分别与所述电源负极、模拟地连接;
所述第六电容两端分别与所述第二电位器调节端、模拟地连接;
所述第五电容两端分别与模拟地、电源正极连接。
2.如权利要求1所述的微电流测试装置,其特征在于,所述电路转换单元还包含保护电阻、反馈电容;
所述保护电阻一端与所述微电流信号输出端连接,另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接;
所述反馈电容与所述采样电阻并联,一端与所述微电流信号输出端连接,另一端与所述放大器的输出端连接。
3.如权利要求1所述的微电流测试装置,其特征在于,所述第一运算放大器的型号为LMC6062AIN。
4.如权利要求1所述的微电流测试装置,其特征在于,所述显示单元包含第七电阻、第七电容、第三二极管、第四二极管;
所述第七电容、第三二极管、第四二极管均与所述检流计并联,所述第三二极管的负极、第四二极管的正极均与所述第七电阻的一端连接;
所述第七电阻另一端接收所述比较放大信号。
5.如权利要求1所述的微电流测试装置,其特征在于,所述采样电阻的阻值典型值为10G欧姆。
6.如权利要求1所述的微电流测试装置,其特征在于,所述第一运算放大器的输出电压值为:
其中,Vo为所述第一运算放大器的输出电压,IIN为所述输入电流,RF为所述采样电阻,Vos为所述输入失调电压,Av为所述开环增益,Ib为所述输入偏置电流。
7.如权利要求3所述的微电流测试装置,其特征在于,所述第一运算放大器输入偏置电流的典型值为10法安,所述输入失调电压典型值为100微伏。
8.一种微电流测试方法,用于权利要求1~7任一项所述的微电流测试装置,其特征在于,包含以下步骤:
对所述显示单元中的检流计调零;
对所述标准电压源输出的参考电压信号的幅度进行调节,直到所述检流计的指针指向零点,得到参考电压幅度;
根据所述参考电压幅度和所述采样电阻,计算得到微电流值。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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