專利名稱：一種電壓信號和電流信號測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及電力信號測試技術領域，特別涉及一種電壓信號和電流信號測量裝置及方法。
背景技術：
目前市場上通用的數據采集模塊，一般只是針對電壓信號采集(例如示波器)或者電流信號采集(例如加入采樣電阻或將電流信號轉換為電壓信號的專用電流信號采集模塊)。但是，實際應用中有時需要采集電壓信號，有時需要采集電流信號；并且，有的場合需要既采集電流信號，又采集電壓信號，這樣，只具有單一電壓信號或者單一電流信號測 量功能的裝置將不能完成測量任務。現有技術中提供了一種既能測量電流信號又能測量電壓信號的裝置。參見圖1，該圖為現有技術中的一種既能測量電流信號又能測量電壓信號的裝置。該測量裝置包括電流測量電阻Ril，第一電壓測量電阻Rul和第二電壓測量電阻Ru2，以及切換開關K1。所述電流測量電阻Ril和切換開關Kl串聯為第一支路；所述第一電壓測量電阻Rul和第二電壓測量電阻Ru2串聯為第二支路；所述第一支路和第二支路并聯；測試被測設備的電壓信號時，將被測設備接入所述第一支路和第二支路并聯后的兩端，控制所述切換開關Kl斷開，測試信號的輸出端為Ru2上的電壓信號，Ru2的兩端連接AD采樣電路。測量被測設備的電流信號時，將被測設備接入所述第一支路和第二支路并聯后的兩端，控制所述切換開關Kl閉合，由于Ril所選取的阻值遠小于Rul與Ru2的串聯總阻值，例如Ril: (Rul+Ru2) ^ 1:100 ;因此可近似認為電流信號全部經過Ril構成閉合回路，而在Rul和Ru2中無電流流過，此時送到后續AD采樣電路的信號為施加在Ril上的電壓信號，SP實現了電流信號的采集。圖I所示的這種裝置需要手動控制切換開關Kl的狀態，進而進行信號采集模式的轉換。一般情況是利用一個跨接套將切換開關Ki的連線引出，但是一般跨接套放置在該裝置的內部，進行跨接套的跨接操作時，需要將該裝置的外殼打開，這樣操作起來比較麻煩。即使通過相應的電路處理，將跨接套放置在裝置的外部，由于跨接套本身比較小，因此在使用過程中容易損壞或丟失，這樣將影響裝置的正常使用。綜上所述，現有技術中提供的測量裝置在進行測量模式切換時操作不方便，并且可靠性不高。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種電壓信號和電流信號測量裝置及方法，進行測量模式切換時操作簡單方便，并且可靠性高。本發明實施例提供一種電壓信號和電流信號測量裝置，包括繼電器、電流測量電阻、第一電壓測量電阻、第二電壓測量電阻和控制單元；所述繼電器的常開觸點與所述電流測量電阻串聯成第一支路；
所述繼電器的常閉觸點與所述第一電壓測量電阻、第二電壓測量電阻串聯成第二支路；所述電流測量電阻的兩端為電流測試信號的輸入端；所述第二支路的兩端為電壓測量信號的輸入端；所述第二電壓測量電阻的兩端為信號采集輸出端；所述第二電壓測量電阻的一端接地；所述控制單元，用于采集電流信號時，控制所述繼電器的線圈得電；采集電壓信號時，控制所述繼電器的線圈失電。優選地，所述第一電壓測量電阻的阻值和第二電壓測量電阻的阻值之和至少是所述電流測量電阻的阻值的一百倍。優選地，所述第二電壓測量電阻的兩端為信號采集輸出端。優選地，所述電流采樣電阻為330 Ω，所述第一電壓測量電阻為23ΚΩ，第二電壓測量電阻為11. 5ΚΩ。優選地，所述繼電器的線圈的一端連接所述控制單元輸出的控制信號，所述繼電器的線圈另一端接地；所述控制單元，采集電流信號時，用于輸出控制信號為高電平；采集電壓信號時，用于輸出控制信號為低電平。優選地，還包括連接所述信號采集輸出端的AD采樣電路，用于將采集的電壓信號或者電流信號進行模數轉換。優選地，所述控制單元與所述AD采樣電路集成在一起。優選地，所述控制單元與所述AD采樣電路由集成數據采集模塊實現。優選地，所述第二電壓測量電阻的兩端的電壓范圍為±10V*[Ru2/(Rul+Ru2)]；其中，Rul為第一電壓測量電阻的阻值，Ru2為第二電壓測量電阻的阻值。本發明還提供一種基于所述的電壓信號和電流信號的測量裝置的測量方法，包括判斷測量裝置接入的測量信號的類型是電壓測量信號還是電流測量信號；當是電流測量信號時，控制繼電器動作；當是電壓測量信號時，控制繼電器不動作。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明實施例提供的電壓信號和電流信號測量裝置及方法，當測量電壓信號時，控制單元100控制K2的線圈L失電；當測量電流信號時，控制單元100控制K2的線圈L得電。從而實現電壓信號和電流信號測量時的類型切換，因此不需要使用者手動切換測量模式，這樣由系統自動切換，當使用者使用時，較為簡單，并且這樣該測量裝置不易被損壞，可靠性也較高。
圖I是現有技術中的一種既能測量電流信號又能測量電壓信號的裝置；圖2是本發明提供的電壓信號和電流信號測量裝置實施例一示意圖；圖3是本發明提供的電壓信號和電流信號測量裝置實施例二示意具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。參見圖2，該圖為本發明提供的電壓信號和電流信號測量裝置實施例一示意圖。本發明實施例提供的電壓信號和電流信號測量裝置，包括繼電器K2、電流測量 電阻Ril、第一電壓測量電阻Rul、第二電壓測量電阻Ru2和控制單元100 ；所述繼電器K2的常開觸點SI與所述電流測量電阻Ril串聯成第一支路；所述繼電器K2的常閉觸點S2與所述第一電壓測量電阻Rul、第二電壓測量電阻Ru2串聯成第二支路；所述電流測量電阻Ril的兩端為電流測試信號的輸入端；所述第二支路的兩端為電壓測量信號的輸入端；所述第二電壓測量電阻Ru2的兩端為信號采集輸出端；所述第二電壓測量電阻Ru2的一端接地；如圖2所示。可以理解的是，當所述第一電壓測量電阻Rul與第二電壓測量電阻Ru2互換位置后，即所述第一電壓測量電阻Rul的一端接地，則所述第一電壓測量電阻Rul的兩端為信號采集輸出端。所述控制單元100，用于采集電流信號時，控制所述繼電器的線圈L得電；采集電壓信號時，控制所述繼電器的線圈L失電。當線圈L得電時，所述繼電器K2的常開觸點SI閉合，常閉觸點S2斷開；進而電流測試信號流過電流測量電阻Ril，由于Ril所選取的阻值遠小于Rul與Ru2的串聯總阻值，例如Ril: (Rul+Ru2) ^ 1:100 ;因此可近似認為電流信號全部經過Ril構成閉合回路，而在Rul和Ru2中無電流流過，此時信號采集輸出端的電壓為Ril上的電壓信號，即實現了電流測試信號的采集。當線圈L失電時，所述繼電器K2的常閉觸點S2閉合，常開觸點S I斷開。進而電壓測量信號加在串聯的第一電壓測量電阻Rul和第二電壓測量電阻Ru2上，由于電流測量電阻Ril已經從電路中斷開。因此，信號采集輸出端的電壓為第二電壓測量電阻Ru2上的電壓，例如，U+為U1，則信號采集輸出端的電壓為Ul*[Ru2/(Rul+Ru2)]。從而實現電壓測
量信號的采集。本發明實施例提供的電壓信號和電流信號測量裝置，當測量電壓信號時，控制單元100控制K2的線圈L失電；當測量電流信號時，控制單元100控制K2的線圈L得電。從而實現電壓信號和電流信號測量時的類型切換，因此不需要使用者手動切換測量模式，這樣由系統自動切換，當使用者使用時，較為簡單，并且這樣該測量裝置不易被損壞，可靠性也較聞。下面結合附圖詳細說明本發明實施例提供的電壓信號和電流信號測量裝置的工作原理。參見圖3，該圖為本發明提供的電壓信號和電流信號測量裝置實施例二示意圖。本實施例提供的電壓信號和電流信號測量裝置中的控制信號可以與信號輸出端連接的AD采樣電路集成在一起，由一個數據采集模塊來實現。如圖3所示，該圖中的繼電器K2中的線圈L的一端接地，另一端連接控制信號，該控制信號由數據采集模塊中的數字輸出通道來產生。需要說明的是，目前的數據采集模塊既包括模擬采樣通道，又包括數字輸出通道。本實施例數據采集模塊以NI USB-6351為例，實現了同一套測試設備兼容具備電壓信號測量和電流信號測量的功能。例如，測量裝置中的器件參數可以優選如下電流采樣電阻Ril可選阻值為 330 Ω，第一電壓采樣電阻Rul可選23ΚΩ ;第二電壓采樣電阻Ru2可選11. 5ΚΩ，此時Ril (Rul+Ru2) ^ I =IOO0電阻Rul和電阻Ru2為串聯關系，它們與Ril在電路連接關系上為并聯關系，通過來自NI USB-635數據采集模塊數字輸出通道的高低電平，控制繼電器K2動作，并進一步實現將Ril接入電路或從電路中斷開的功能。當采集電壓測量信號時，需將電壓測量信號連接到輸入端的U+和GND端，I+端懸空。若電壓測量信號為±20V范圍，則Ru2兩端的電壓范圍為在土 10V*[Ru2/(Rul+Ru2)]，即±6. 66V范圍內，此種狀態符合NI USB-6351數據采集模塊± IOV的電壓采樣范圍，此時PC機控制對應此模擬采樣通道的數字輸出通道輸出低電平，這樣輸出給繼電器K2的線圈L端的控制信號為低電平，即繼電器K2保持初始狀態不動作，線圈L失電，這樣便實現了電壓測量信號的正常采集。當采集電流測量信號(電流測量信號通常是來自傳感器輸出的信號，以傳感器輸出Γ20πιΑ的電流信號為例)，電流測量信號連接到輸入端的I+和GND端，U+懸空。測試開始時，PC機控制對應此模擬采樣通道的數字輸出通道輸出高電平，這樣輸出給繼電器K2的線圈L端的控制信號為高電平，進而控制繼電器K2進行狀態轉換，則繼電器K2的常開觸點SI閉合，同時常閉觸點S2斷開。由于AD采樣電路的輸入阻抗一般為兆歐級，因此可近似認為全部的電流通過了 Ril構成電流回路，此時信號輸出端的電壓近似認為就是Ril兩端的電壓，從而實現了電流測量信號的采集。測量結束后，PC機控制NI USB-6351數據采集模塊恢復初始狀態，即NIUSB-6351數據采集模塊的數字輸出通道輸出的控制信號為+5V的TTL高電平自動變為OV的TTL低電平，繼電器K2再次動作，將電流測量電阻Ril從電路中斷開同時將第二電壓測量電阻Ru2接入電路，此時整個測量裝置也恢復到了初始狀態。基于上述電壓信號和電流信號的測量裝置，本發明還提供了一種測量方法，下面結合具體實施例來詳細說明其工作流程。本發明實施例提供的電壓信號和電流信號的測量裝置的測量方法，包括SlOl :判斷測量裝置接入的測量信號的類型是電壓測量信號還是電流測量信號；S102 :當是電流測量信號時，控制繼電器動作；當是電壓測量信號時，控制繼電器不動作。本發明實施例提供的電壓信號和電流信號測量裝置，當測量電壓信號時，控制繼電器的線圈失電；當測量電流信號時，控制繼電器的線圈得電。從而實現電壓信號和電流信號測量時的類型切換，因此不需要使用者手動切換測量模式，這樣由系統自動切換，當使用者使用時，較為簡單，并且這樣該測量裝置不易被損壞，可靠性也較高。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技 術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種電壓信號和電流信號測量裝置，其特征在于，包括繼電器、電流測量電阻、第一電壓測量電阻、第二電壓測量電阻和控制單元； 所述繼電器的常開觸點與所述電流測量電阻串聯成第一支路； 所述繼電器的常閉觸點與所述第一電壓測量電阻、第二電壓測量電阻串聯成第二支路； 所述電流測量電阻的兩端為電流測試信號的輸入端； 所述第二支路的兩端為電壓測量信號的輸入端； 所述第二電壓測量電阻的兩端為信號采集輸出端；所述第二電壓測量電阻的一端接地； 所述控制單元，用于采集電流信號時，控制所述繼電器的線圈得電；采集電壓信號時，控制所述繼電器的線圈失電。
2.根據權利要求I所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述第一電壓測量電阻的阻值和第二電壓測量電阻的阻值之和至少是所述電流測量電阻的阻值的一百倍。
3.根據權利要求2所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述第二電壓測量電阻的兩端為信號采集輸出端。
4.根據權利要求3所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述電流采樣電阻為330 Ω，所述第一電壓測量電阻為23ΚΩ，第二電壓測量電阻為11. 5ΚΩ。
5.根據權利要求I所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述繼電器的線圈的一端連接所述控制單元輸出的控制信號，所述繼電器的線圈另一端接地； 所述控制單元，采集電流信號時，用于輸出控制信號為高電平；采集電壓信號時，用于輸出控制信號為低電平。
6.根據權利要求1-5任一項所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，還包括連接所述信號采集輸出端的AD采樣電路，用于將采集的電壓信號或者電流信號進行模數轉換。
7.根據權利要求6所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述控制單元與所述AD采樣電路集成在一起。
8.根據權利要求7所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述控制單元與所述AD采樣電路由集成數據采集模塊實現。
9.根據權利要求3所述的電壓信號和電流信號的測量裝置，其特征在于，所述第二電壓測量電阻的兩端的電壓范圍為±10V*[Ru2/(Rul+Ru2)];其中，Rul為第一電壓測量電阻的阻值，Ru2為第二電壓測量電阻的阻值。
10.一種基于權利要求I所述的電壓信號和電流信號的測量裝置的測量方法，其特征在于，包括 判斷測量裝置接入的測量信號的類型是電壓測量信號還是電流測量信號； 當是電流測量信號時，控制繼電器動作；當是電壓測量信號時，控制繼電器不動作。
全文摘要
本發明提供一種電壓信號和電流信號測量裝置及方法，裝置包括繼電器、電流測量電阻、第一電壓測量電阻、第二電壓測量電阻和控制單元；所述繼電器的常開觸點與所述電流測量電阻串聯成第一支路；所述繼電器的常閉觸點與所述第一電壓測量電阻、第二電壓測量電阻串聯成第二支路；所述電流測量電阻的兩端為電流測試信號的輸入端；所述第二支路的兩端為電壓測量信號的輸入端；所述第二電壓測量電阻的兩端為信號采集輸出端；所述第二電壓測量電阻的一端接地；所述控制單元，用于采集電流信號時，控制所述繼電器的線圈得電；采集電壓信號時，控制所述繼電器的線圈失電。不需要使用者手動切換測量模式，操作簡單，可靠性也較高。
文檔編號G01R19/25GK102901863SQ20121038230
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者譚利紅, 陳明奎, 李小文, 蘇理, 劉偉良, 李進進, 萬加林 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司