【專利解密】實(shí)現(xiàn)高精度電路電流測量 華峰測控發(fā)明多類型電流檢測方案

【嘉勤點(diǎn)評】華峰測控發(fā)明的電流測量裝置及方案中，展示了多種電流的檢測方案，其利用量程選擇開關(guān)、運(yùn)算放大器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器等部件，來確定待測量電流信號對應(yīng)的輸出值，從而實(shí)現(xiàn)在可調(diào)量程測量單元測量結(jié)果不準(zhǔn)確的情況下，依舊保持電流測量的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

隨著電子電路技術(shù)的發(fā)展，人們對于測量電流的連續(xù)性以及精確度的要求越來越高。對于不同的電流信號，需要使用不同的量程去測量，以提高測量的準(zhǔn)確度。

在現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)中，通常選擇通過控制選擇開關(guān)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)量程的切換。然而，由于選擇開關(guān)動(dòng)作需要一定的時(shí)間，因此這種方案會(huì)導(dǎo)致電流的測量通道在選擇開關(guān)動(dòng)作的過程中出現(xiàn)斷路，從而造成電流測量的中斷和漏測，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。并且當(dāng)測量信號超過切換的量程范圍時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。

為此，華峰測控在2021年7月27日申請了一項(xiàng)名為“電流測量裝置和方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?02110851775.X），申請人為北京華峰測控技術(shù)股份有限公司。

根據(jù)該專利目前公開的相關(guān)資料，讓我們一起來看看這項(xiàng)技術(shù)方案吧。

如上圖，為該專利中發(fā)明的電流測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括：采樣電阻10、量程選擇開關(guān)20、第一運(yùn)算放大器30、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器40、第二運(yùn)算放大器31、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器41以及處理器50。其中，采樣電阻和量程選擇開關(guān)可以組成量程切換電路，這些電阻串聯(lián)連接，每個(gè)量程選擇開關(guān)的第一端與對應(yīng)電阻的第二端相連接，第一電阻的第一端作為待測量電流信號的輸入端，量程選擇開關(guān)的第二端作為待測量電流信號的輸出端。

在這種結(jié)構(gòu)下，待測量電流信號僅通過第一電阻和閉合的量程選擇開關(guān)對應(yīng)的采樣電阻之間的采樣電阻，閉合的量程選擇開關(guān)對應(yīng)的采樣電阻和第二電阻之間的采樣電阻被短路。通過選擇不同的量程選擇開關(guān)閉合，可以改變待測量電流信號通過的采樣電阻數(shù)量，從而改變待測量電流信號通過的電阻大小，進(jìn)而在待測量電流信號大小不同的情況下，將待測量電流信號在多個(gè)采樣電阻上形成的電壓大小控制在測量單元的測量范圍內(nèi)，使得測量單元可以進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

此外，運(yùn)算放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的連接可以組成可調(diào)量程測量單元，第二運(yùn)算放大器分別連接第一電阻的第一端和第二電阻的第二端，可以產(chǎn)生電壓測量信號并對該信號進(jìn)行縮放。因此可調(diào)量程單元的測量范圍可以調(diào)整到與待測量電流信號相匹配，從而實(shí)現(xiàn)小量程范圍內(nèi)的精確測量。

如上圖，為該專利中發(fā)明的量程切換過程中電流輸出的流程圖，首先，系統(tǒng)會(huì)接收包含目標(biāo)量程的量程切換指令，通常選擇開關(guān)閉合時(shí)的測量量程為目標(biāo)量程，在接收到量程切換指令后的第一設(shè)定時(shí)長內(nèi)，可以將目標(biāo)量程對應(yīng)的量程選擇開關(guān)閉合。

其次，在接收到量程切換指令后的第一設(shè)定時(shí)長和第二設(shè)定時(shí)長之間，將接收到量程切換指令時(shí)閉合的量程選擇開關(guān)斷開，在接收到量程切換指令后的第二設(shè)定時(shí)長內(nèi)，基于第一電壓值，確定待測量電流信號對應(yīng)的電流值并輸出。

最后，在接收到量程切換指令后的第二設(shè)定時(shí)長外，進(jìn)一步基于第二電壓值確定待測量電流信號對應(yīng)的電流值并輸出。因此，該方案中的處理器接收到量程切換指令時(shí)，先將目標(biāo)量程對應(yīng)的量程選擇開關(guān)閉合，再將之前閉合的量程選擇開關(guān)斷開，可以確保多個(gè)量程切換開關(guān)在量程切換過程中至少有一個(gè)閉合，使得最大量程測量單元可以進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

而在該方案中，還展示了超量程時(shí)的電流壓輸出流程，如上圖所示，首先，系統(tǒng)需要確定第二運(yùn)算放大器縮放后的電壓測量信號是否在第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量量程外。如果第二運(yùn)算放大器縮放后的電壓測量信號在第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量量程外，基于第一電壓值確定待測量電流信號對應(yīng)的電流值并輸出；如果第二運(yùn)算放大器縮放后的電壓測量信號在第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測量量程內(nèi)，則基于第二電壓值確定待測量電流信號對應(yīng)的電流值并輸出。

以上就是華峰測控發(fā)明的電流測量裝置及方案，該方案中展示了多種電流的檢測方案，利用量程選擇開關(guān)、運(yùn)算放大器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器等部件，來確定待測量電流信號對應(yīng)的輸出值，從而實(shí)現(xiàn)在可調(diào)量程測量單元測量結(jié)果不準(zhǔn)確的情況下，依舊保持電流測量的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

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