CN216082903U - 一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表 - Google Patents

Abstract

一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，包括主控电路，主控电路连接有AD转换电路，主控电路的输出端连接有显示按键电路，AD转换电路连接有交直流转换电路，主控电路还连接有输入输出通讯隔离电路和干触点输出保护电路，输入输出通讯隔离电路用于对电压表进行输入保护和通讯隔离保护，干触点输出保护电路用于对电压表电路中的干触点输出进行保护。本实用新型通过交直流转换电路将采集的交流电压信号进行真有效值转换为直流信号，再由AD转换电路进行模数转换，主控电路读取电压值的数字信号并判断其是否超量程，若超出量程，则主控电路切换其适合的量程范围或直接进行超量程信号输出，无需手动进行调档或更换量程，测量速度得到提高。

Description

一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表

技术领域

本实用新型涉及电压测量技术领域，尤其是一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表。

背景技术

交流电压表是一种用来测量交流电压有效值的仪表，在强电领域，交流电压表常用来测量监视线路的电压大小，常用的交流电压表的选用一般应使示值在表盘满刻度的三分之二左右，交流电压表在使用测量工作中，会根据测量不同的电压值来选用合适的量程范围，以使测量的电压值更为准确，现在大部分的交流电压表的测量范围只有特定的量程，在实际测量或在做教学实验时，若要测量超量程的电压值，则只能手动更换量程更大的电压表，若不清楚预测量的电压范围，则只能从大量程的电压表往小量程的电压表进行依次检测，才能确定其精确范围，手动更换量程导致实际电压检测速度减慢，不利于教学工作的开展，且大多数的电压表欠缺保护措施，出现故障时，不能及时反馈，对测量工作起到障碍。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种包括输入信号保护、TVS保护、干触点超量程输出保护等多重防护措施，且可测量多种波形信号的交流测量电压表。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，包括：

主控电路，用于处理电压表输入的数据信号并输出测量的数据信息；

AD转换电路，用于将输入的模拟信号转换为数字信号并传送至所述主控电路中；

交直流转换电路，用于将输入的交流信号经过取样放大后进行真有效值转换为直流信号并传送至所述AD转换电路的输入端；

输入输出通讯隔离电路，用于对电压表的电路进行输入保护和通讯隔离保护；

干触点输出保护电路，用于对电压表电路中的干触点输出进行保护；

交流测量电压表还包括电阻分压电路，所述电阻分压电路在30V供电上，通过电阻分压的形式来切换电压测量量程范围，测量范围达0.01mV-1000V；

所述交直流转换电路的输入端连接信号采集端口，输出端通过所述AD转换电路连接主控电路，所述输入输出通讯隔离电路和干触点输出保护电路连接所述主控电路，交流电压的模拟信号通过信号采集端口传输至所述交直流转换电路，经过交直流转换电路的真有效值转换后成为直流信号并传输至AD转换电路中进行模数转换，模数转换将模拟信号变为数字信号并送至所述主控电路中，由主控电路对测量的电压值进行处理，并输出至终端进行显示，模数转换的同时，AD转换电路读取电压信号并由主控电路判断其是否超量程，若超量程，则主控电路切换档位或进行超量程信号输出。

优选的，所述主控电路还连接有显示按键电路，所述显示按键电路的输出端连接有显示器，所述显示按键电路的输入端设有若干按键，所述主控电路处理后的数据信息通过所述显示按键电路的显示器进行展示，通过所述显示按键电路的按键来选择电压表的自动量程或手动量程。

优选的，所述输入输出通讯隔离电路包括控制芯片U4，控制芯片U4的VIA引脚和VOB引脚连接有控制芯片U5，所述控制芯片U5的B和A引脚上并联有瞬态抑制二极管U6，所述瞬态抑制二极管U6的两端连接有瞬态抑制二极管U3和瞬态抑制二极管U7的串联。

优选的，所述瞬态抑制二极管U6的型号为SMBJ11CA，瞬态抑制二极管U3和瞬态抑制二极管U7的型号为SMBJ6.5CA。

优选的，所述控制芯片U4的型号为ADUM1201,用于进行输入输出通讯隔离，控制芯片U5的型号为MAX13487，用于RS485通讯。

优选的，所述显示按键电路包括控制芯片U1，所述控制芯片U1的型号为TM1628，其KS1-KS6引脚上各串有一个按键，用于实现不同功能。

优选的，所述主控电路包括控制芯片U3，所述控制芯片U3的型号为STM8S105K4T6C，其PB2引脚上连接所述干触点输出保护电路的RLY5引脚，其PD7、PD4、PD3和PD2引脚依次连接所述AD转换电路的CS、SCLK、PWM和DIN引脚。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型通过交直流转换电路将采集的交流电压信号进行真有效值转换为直流信号，再由AD转换电路进行模数转换，主控电路读取电压值的数字信号并判断其是否超量程，若超出量程，则主控电路切换其适合的量程范围或直接进行超量程信号输出，无需手动进行调档或更换量程，测量速度得到提高，测量范围可达0.01mV-1000V，分辨率达到0.01mV，且通过干触点输出保护电路和输入输出通讯隔离电路可以实现对485通讯和输入输出信号的保护，可测量包括正弦波、方波、三角波、脉冲波在内的多种复杂波形信号，便于学生教学和正常测量工作的使用。

附图说明

图1是本实用新型的模块电路连接框图；

图2是本实用新型的主控电路的电路原理图；

图3是本实用新型的AD转换电路的电路原理图；

图4是本实用新型的电阻分压电路的电路原理图；

图5是本实用新型的干触点输出保护电路的电路原理图；

图6是本实用新型的交直流转换电路的电路原理图；

图7是本实用新型的输入输出通讯隔离电路的电路原理图；

图8是本实用新型的显示按键电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

如图1所示，本实用新型所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，包括主控电路，主控电路用于处理电压表输入的数据信号并输出测量的数据信息，主控电路的输入端连接有AD转换电路，AD转换电路用于将输入的模拟信号转换为数字信号并传送至主控电路中，主控电路的输出端连接有显示按键电路，显示按键电路的输出端连接有显示器，显示按键电路的输入端设有若干按键，主控电路处理后的数据信息通过显示按键电路的显示器进行展示，通过显示按键电路的按键来选择电压表的自动量程或手动量程，AD转换电路的输入端连接有交直流转换电路，交直流转换电路的输入端连接信号采集端口，交流电压的模拟信号通过信号采集端口传输至交直流转换电路，交直流转换电路用于将输入的交流信号经过取样放大后进行真有效值转换为直流信号并传送至AD转换电路的输入端，交直流转换电路对采集的交流电压信号进行真有效值转换为直流信号并传输至AD转换电路中进行模数转换，模数转换将模拟信号变为数字信号并送至主控电路中，由主控电路对测量的电压值进行处理，并输出至显示按键电路的显示器进行显示，AD转换电路读取电压信号并由主控电路判断其是否超量程，若超量程，则主控电路切换档位或进行超量程信号输出。

如图1所示，主控电路上还连接有输入输出通讯隔离电路和干触点输出保护电路，如图7所示，输入输出通讯隔离电路用于对电压表的电路进行输入保护和通讯隔离保护，如图5所示，干触点输出保护电路用于对电压表电路中的干触点输出进行保护。

此外，交流测量电压表还包括电阻分压电路，如图4所示，电阻分压电路在30V供电上，通过电阻分压的形式来切换电压测量量程范围，通过电容C16和电容C17的调容来实现高频电路的测量，测量范围达0.01mV-1000V。

进一步，输入输出通讯隔离电路包括控制芯片U4，控制芯片U4的VIA引脚和VOB引脚连接有控制芯片U5，控制芯片U5的B和A引脚上并联有瞬态抑制二极管U6，瞬态抑制二极管U6的两端连接有瞬态抑制二极管U3和U7的串联，本实施例中，瞬态抑制二极管U6的型号为SMBJ11CA，通过瞬态抑制二极管U6进行输入保护和485TVS保护，TVS(Transient VoltageSuppressor)，为瞬态抑制二极管的简称，瞬态抑制二极管U3和U7的型号为SMBJ6.5CA，控制芯片U4的型号为ADUM1201,用于进行输入输出通讯隔离，控制芯片U5的型号为MAX13487，用于RS485通讯。

进一步，如图8所示，显示按键电路包括控制芯片U1，控制芯片U1的型号为TM1628，其KS1-KS6引脚上各串有一个按键，用于实现不同功能，可通过按键来校准仪表，也可选择自动量程或手动量程，其显示器带有状态指示灯，采用1628芯片驱动6位LED数码管显示，显示范围最小为299.99mV。

进一步，如图2、图3和图5所示，主控电路包括控制芯片U3，控制芯片U3的型号为STM8S105K4T6C，其PB2引脚上连接干触点输出保护电路的RLY5引脚，干触点输出保护电路的RLY5引脚通过电阻R20连接有三极管Q3，三极管Q3的基极连接有继电器，继电器上有触点K1，若发生故障，则继电器直接动作，断开与主控电路的连接，以保护主控电路，控制芯片U3的PD7、PD4、PD3和PD2引脚依次连接AD转换电路的CS、SCLK、PWM和DIN引脚，AD转换电路的控制芯片U2的型号为LTC2400I。

如图6所示，为交直流转换电路的电路原理图，交直流转换电路的控制芯片U7的型号为AD637，交流信号经过取样放大后传递给控制芯片U7进行真有效值转换，再传送至AD转换电路中进行AD转换。

具体实施时，本实用新型采用220V供电，其外形尺寸仅为长*宽*深为96*48*98mm，体积小，通过交直流转换电路将采集的交流电压信号进行真有效值转换为直流信号，再由AD转换电路进行模数转换，主控电路读取电压值的数字信号并判断其是否超量程，若超出量程，则主控电路切换其适合的量程范围或直接进行超量程信号输出，无需手动进行调档或更换量程，测量速度得到提高，测量速度可通过PWM信号控制，最高可达0.001s完成转换，测量范围可达0.01mV-1000V，分辨率达到0.01mV，且通过干触点输出保护电路和输入输出通讯隔离电路可以实现对485通讯和输入输出信号的保护，可测量包括正弦波、方波、三角波、脉冲波在内的多种复杂波形信号。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：包括：

主控电路，用于处理电压表输入的数据信号并输出测量的数据信息；

AD转换电路，用于将输入的模拟信号转换为数字信号并传送至所述主控电路中；

交直流转换电路，用于将输入的交流信号经过取样放大后进行真有效值转换为直流信号并传送至所述AD转换电路的输入端；

输入输出通讯隔离电路，用于对电压表的电路进行输入保护和通讯隔离保护；

干触点输出保护电路，用于对电压表电路中的干触点输出进行保护；

电阻分压电路，所述电阻分压电路在30V供电上，通过电阻分压的形式来切换电压测量量程范围；

所述交直流转换电路的输入端连接信号采集端口，输出端通过所述AD转换电路连接主控电路，所述输入输出通讯隔离电路和干触点输出保护电路连接所述主控电路，交流电压的模拟信号通过信号采集端口传输至所述交直流转换电路，经过交直流转换电路的真有效值转换后成为直流信号并传输至AD转换电路中进行模数转换，模数转换将模拟信号变为数字信号并送至所述主控电路中，由主控电路对测量的电压值进行处理，并输出至终端进行显示，模数转换的同时，AD转换电路读取电压信号并由主控电路判断其是否超量程，若超量程，则主控电路切换档位或进行超量程信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：所述主控电路还连接有显示按键电路，所述显示按键电路的输出端连接有显示器，所述显示按键电路的输入端设有若干按键，所述主控电路处理后的数据信息通过所述显示按键电路的显示器进行展示，通过所述显示按键电路的按键来选择电压表的自动量程或手动量程。

3.根据权利要求1所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：所述主控电路包括控制芯片U3，所述控制芯片U3的型号为STM8S105K4T6C，其PB2引脚上连接所述干触点输出保护电路的RLY5引脚，其PD7、PD4、PD3和PD2引脚依次连接所述AD转换电路的CS、SCLK、PWM和DIN引脚。

4.根据权利要求1所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：所述输入输出通讯隔离电路包括控制芯片U4，控制芯片U4的VIA引脚和VOB引脚连接有控制芯片U5，所述控制芯片U5的B和A引脚上并联有瞬态抑制二极管U6，所述瞬态抑制二极管U6的两端连接有瞬态抑制二极管U3和瞬态抑制二极管U7的串联。

5.根据权利要求4所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：所述瞬态抑制二极管U6的型号为SMBJ11CA，瞬态抑制二极管U3和瞬态抑制二极管U7的型号为SMBJ6.5CA。

6.根据权利要求4所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：所述控制芯片U4的型号为ADUM1201,用于进行输入输出通讯隔离，控制芯片U5的型号为MAX13487，用于RS485通讯。

7.根据权利要求2所述的一种用于教学实验的真有效值交流毫伏测量电压表，其特征在于：所述显示按键电路包括控制芯片U1，所述控制芯片U1的型号为TM1628，其KS1-KS6引脚上各串有一个按键，用于实现不同功能。

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