專(zhuān)利名稱(chēng)：在線測(cè)量電流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)涉及一種在線測(cè)量電 流的方法和裝置。
背景4支術(shù)
以往，為了測(cè)量電流，需要把電流表串接到電流回路中，測(cè)量后 再將電流表取出，因而不但影響電路的正常工作，操作上也很不方便。
對(duì)此，人們不斷尋找新的測(cè)量方法，如中國(guó)專(zhuān)利200610157793. 3 "在 線測(cè)量直流系統(tǒng)和方法"就記載了一種測(cè)量方法，這種方法雖然不用 再將電流表接入電流回路中，但在測(cè)量工程中還是需要關(guān)斷回路的正 常工作電流，因而仍然對(duì)被測(cè)回路的工作造成干擾。中國(guó)專(zhuān)利 CN85107432.A "在線直流電流測(cè)量方法及在線電流表"」坡露了另一種 測(cè)量方法，該方法可以直4妻測(cè)量回路中的電流，而不必中斷被測(cè)電路 的工作，但是其缺點(diǎn)是測(cè)量設(shè)備要提供與工作電流相同的電流，當(dāng)要 測(cè)量的電流達(dá)到100MA 1A時(shí)，就不再適合于便攜式儀表，當(dāng)要測(cè)量 的電流達(dá)到1A-20A時(shí)，則將使測(cè)試設(shè)備的電源變得非常復(fù)雜，另外， 這種測(cè)量方法還存在容易受外界因素影響，工作可靠性差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種在線測(cè)量 電流的方法，以及實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種在線測(cè)量電流的方法，具體為
1) 在被測(cè)電路中選取一具有線性阻抗的元件；
2) 在被測(cè)電路保持正常工作狀態(tài)下，測(cè)取所選元件兩端的電壓， 和/或在所選元件兩端并4妻一測(cè)試電源，再次測(cè)耳又所選元件兩端的電 壓，以及測(cè)耳又由測(cè)試電源和所選元件所構(gòu)成的回路中電流；3)通過(guò)計(jì)算得出所要測(cè)量的電流值。
在進(jìn)行上述步驟2)之前，首先確定所選元件中工作電流的性質(zhì)， 然后根據(jù)被測(cè)量電流的性質(zhì)，再進(jìn)行后面的步驟2)、步驟3)。
當(dāng)被測(cè)量電流為直流時(shí)，首先用電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端 的電壓，得到一電壓值V1;然后，在所選元件兩端并接一直流測(cè)試電 源，使由該直流測(cè)試電源和所選元件構(gòu)成的回路中產(chǎn)生一測(cè)試電流Il， 并同時(shí)測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值V2;最后，通過(guò)公式 1=11 xV2/ (V2-V1)計(jì)算得出被測(cè)電路中的直流工作電流。
當(dāng)被測(cè)量電流為直流時(shí)，也可4安如下方式進(jìn)行測(cè)量用輸出方波 脈沖信號(hào)的測(cè)試電源，串聯(lián)電流測(cè)量裝置后，并聯(lián)在所選元件的兩端， 同時(shí)在所選元件兩端并聯(lián)電壓測(cè)量裝置，分別測(cè)取輸出方波高電平時(shí) 的電壓Vth、電流Ith和輸出方波^f氐電平時(shí)的電壓Vtl、電流Itl，最 后通過(guò)公式1= (I th*Vt 1-Vth*111) / (Vth-Vt 1)計(jì)算出所選元件中的直 流工作電流I。
當(dāng)被測(cè)量電流為直流時(shí)，還可按如下方式進(jìn)行測(cè)量首先，用電 壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值V1;然后，用發(fā) 出正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在交流測(cè)試電源上的選頻電流測(cè)量裝 置并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t,用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè) 取所選元件兩端的電壓Ft,計(jì)算出阻抗值^Kt//t;最后，通過(guò)^^式 1= VI/Z計(jì)算出所選元件中的工作電流I 。
當(dāng)被測(cè)量電流為交流時(shí)，其測(cè)量步驟為首先，用選頻電壓測(cè)量 裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓R然后，用發(fā)出正弦波的交流測(cè)試電源 與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流測(cè)量裝置并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè) 取測(cè)試電流/t,用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓Ft,計(jì) 算出阻抗值Z-rt/7t;最后，通過(guò)公式/=^//計(jì)算出所選元件中的工作 電流/,其中的Z、 rt、 /t、 「、 /均為矢量。
當(dāng)被測(cè)量電流包含有多種頻率的交流成分時(shí)，首先，利用選頻電 壓測(cè)量裝置分別測(cè)取所選元件兩端各個(gè)頻率下的電壓Pl、 然 后，用發(fā)出正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流測(cè) 量裝置并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè)取電流/t,用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè) 取所選元件兩端的電壓Ft,計(jì)算出阻抗值Z=Ft//t;最后，通過(guò)公式/=^//計(jì)算出各個(gè)頻率下的電流/1、 T2…/n，并通過(guò)公式/=Vd/R+i:/i 計(jì)算出所選元件中的工作電流/，其中i=l、 2...n， Z、 R、 /t、 K /
均為矢量。
當(dāng)被測(cè)量電流既包含有交流成分又有直流成分時(shí)，首先，用輸出 方波脈沖信號(hào)的測(cè)試電源，串聯(lián)電流測(cè)量裝置后，并聯(lián)在所選元件的 兩端，同時(shí)在所選元件兩端并聯(lián)電壓測(cè)量裝置，分別測(cè)耳又輸出方波高 電平時(shí)的電壓Vth、電流Ith和輸出方波低電平時(shí)的電壓Vtl、電流Itl， 通過(guò)公式I產(chǎn)(I th*Vt 1-Vth*111) / (Vth-Vt 1)計(jì)算出所選元件中的直流 工作電流
然后，用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓R用發(fā)出正 弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流測(cè)量裝置并聯(lián)在 所選元件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t，同時(shí)用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所 選元件兩端的電壓Ft,計(jì)算出阻抗值Z=n//t，通過(guò)公式7-r/Z計(jì)算 出所選元件中的工作電流厶；
最后，通過(guò)公式1= /,計(jì)算得出所選元件中的工作電流I,其 中，么n、 /t、 K /,、 I均為矢量。
進(jìn)一步，當(dāng)所選元件的工作電流中包含有交流成分時(shí)，所述發(fā)出 正弦波的交流測(cè)試電源選用的頻率不同于^皮測(cè)量電流中所包含交流成 分的頻率。
進(jìn)一步，所述所選元件為被測(cè)電路中的一段導(dǎo)線、電阻、電感或 電容。
實(shí)施上述方法的一種在線測(cè)量電流的裝置，該裝置包括測(cè)試電源、 選頻電壓測(cè)量裝置、選頻電流測(cè)量裝置、信號(hào)處理單元、顯示器，其 中，測(cè)試電源能夠輸出直流方波脈沖信號(hào)和交流正弦波信號(hào)，信號(hào)處 理單元用于對(duì)選頻電壓測(cè)量裝置和選頻電流測(cè)量裝置測(cè)取的信號(hào)進(jìn)行 運(yùn)算處理，以得到所要測(cè)量的工作電流值，顯示器用于顯示測(cè)量結(jié)果 及測(cè)取信號(hào)的波形。
進(jìn)一步，所述信號(hào)處理單元的運(yùn)算處理包括對(duì)被測(cè)量電流有效值 (均方根值)的計(jì)算、絕對(duì)值計(jì)算、絕對(duì)平均值的計(jì)算。
進(jìn)一步，在已測(cè)取計(jì)算得到Z后，對(duì)并聯(lián)在所選元件兩端電壓測(cè) 量裝置，輸入到計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)，用特性為Z的濾波器，作信號(hào)處
8理，以得到/的數(shù)據(jù)流，并根據(jù)需要直接顯示波形，或計(jì)算得到有效 值(均方根值)、絕對(duì)值、絕對(duì)平均值，再顯示。 進(jìn)一步，所述測(cè)試電源為恒流源。
進(jìn)一步，所述測(cè)試電源為由 一 電源串接一 阻值遠(yuǎn)大于所選取元件 阻抗的電阻后所構(gòu)成的近似恒流源。
進(jìn)一步，所述信號(hào)處理單元還包括對(duì)所述的所選元件中的工作電
流進(jìn)行誤差分析，具體為根據(jù)電流、電壓測(cè)量裝置的測(cè)量誤差和電 流的計(jì)算公式，按常規(guī)手段計(jì)算出誤差并顯示，當(dāng)誤差過(guò)大時(shí)，通過(guò) 聲、光告警，提醒用戶(hù)調(diào)整測(cè)試方法或另選測(cè)試元件。
本發(fā)明在線測(cè)量電流的方法和裝置，使用時(shí)，無(wú)須斷開(kāi)被測(cè)電路， 無(wú)須打斷被測(cè)電路的正常工作，直接通過(guò)對(duì)被測(cè)電i 各中選取的一個(gè)電 路元件進(jìn)行測(cè)試后，經(jīng)過(guò)計(jì)算就可以顯示被測(cè)電^各中的電流值，極大 地方便了電路的維修和診斷。


圖1為本發(fā)明原理示意圖2為直流工作電流的測(cè)量原理示意圖3為交流工作電流的測(cè)量原理示意圖4為交、直流工作電流的原理示意圖5為本發(fā)明測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖6a為測(cè)試電源采用恒流源的電路結(jié)構(gòu)圖6b為測(cè)試電源釆用近似恒流源的電i 各結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
如圖中所示，本發(fā)明的工作原理是在被測(cè)試元件正常工作的條件 下，測(cè)取其兩端的電壓；在其兩端并接測(cè)試電源后，再次測(cè)取所選元 件兩端的電壓，并同時(shí)測(cè)取由測(cè)試電源和所選元件所構(gòu)成回路中的電 流；最后，通過(guò)計(jì)算得出所要測(cè)量的電流值。
如圖2所示，當(dāng)所測(cè)量的工作電流為直流時(shí)，具體步驟為 首先，用直流電壓表測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值VI;
9然后，在所選元件兩端并4妻一直流測(cè)試電源，用直流電流表測(cè)耳又由直 流測(cè)試電源和所選元件構(gòu)成的回路中的電流，得到一測(cè)試電流II，并
同時(shí)測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值V2;最后，通過(guò)公式 I=IlxV2/ (V2-V1)計(jì)算得出被測(cè)電路中的直流工作電流。
其中的測(cè)試電源還可以采用輸出方波脈沖信號(hào)的測(cè)試電源，這時(shí)， 測(cè)量步驟為
將輸出方波脈沖信號(hào)的測(cè)試電源串聯(lián)直流電流表后，并聯(lián)在所選 元件的兩端，同時(shí)在所選元件兩端并聯(lián)直流電壓表，分別測(cè)取l命出方 波高電平時(shí)的電壓Vth、電流Ith和輸出方波^f氐電平時(shí)的電壓Vtl、電 流Itl，最后通過(guò)公式I-(Ith*Vtl-Vth*Itl) /(Vth-VU)計(jì)算出所選元
件中的直流工作電流I。
參見(jiàn)圖4，當(dāng)所測(cè)量的工作電流為直流時(shí)，還可以采用交流測(cè)試電 源，測(cè)量步驟為
首先，用直流電壓表測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值V1; 然后，用發(fā)出正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在交流測(cè)試電源上的選頻 電流表并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t，用選頻電壓表測(cè)取 所選元件兩端的電壓n，計(jì)算出阻抗值Z=「t//t;最后，通過(guò)^^式1= VI/Z計(jì)算出所選元件中的工作電流I。
如圖3所示，當(dāng)所測(cè)量的工作電流為交流時(shí)，具體步驟為 首先，用選頻電壓表測(cè)取所選元件兩端的電壓R然后，用發(fā)出正 弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流表并聯(lián)在所選元 件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t，用選頻電壓表測(cè)取所選元件兩端的電壓 n,計(jì)算出阻抗值^^/只；最后，通過(guò)>^式/=^7/計(jì)算出所選元件中 的工作電流/,其中的么「t、 /t、 K、 /均為矢量。
由于被測(cè)試元件在工作狀態(tài)下，所以有工作電流和電壓存在。而 由測(cè)試電源為測(cè)試阻抗產(chǎn)生的電流和電壓，必須與工作電流和電壓區(qū) 分開(kāi)來(lái)。因此，測(cè)量時(shí)需要注意的是測(cè)試電源工作頻率與被測(cè)試元 件工作頻率不同，用選頻表區(qū)分，分別測(cè)耳又測(cè)試電流、電壓和工作電 壓。
使為測(cè)試阻抗產(chǎn)生的電流、電壓的頻率不同于被測(cè)試元件的工作電流、電壓頻率。再用選頻電壓表、電流表來(lái)區(qū)分這兩種電流、電壓 的不同值，因此就達(dá)到了測(cè)試阻抗的電流、電壓與^^測(cè)試元件工作的 電流、電壓互不干擾。實(shí)際上是根據(jù)被測(cè)試元件的工作電流、電壓頻 率來(lái)選擇測(cè)試電源的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
作為特例，當(dāng)被測(cè)量電流包含有多種頻率的交流成分時(shí)，其測(cè)量
步驟為
首先，利用選頻電壓表分別測(cè)耳又所選元件兩端各個(gè)頻率下的電壓 KL、 K...松；然后，用發(fā)出正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源 上的選頻電流表并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè)取電流/t,用選頻電壓表 測(cè)取所選元件兩端的電壓Ft,計(jì)算出阻抗值Z=n//t;最后，通過(guò)公 式/=^//計(jì)算出各個(gè)頻率下的電流/1、 72.../n,并通過(guò)公式/=Vd/R+ S/i計(jì)算出所選元件中的工作電流/,其中i=l、 2…n, Z、 「t、 /t、 F、 /均為矢量。
如圖4所示，當(dāng)所測(cè)量的工作電流既包含直流成分，又包含交流 成分時(shí)，具體步驟為
首先，用輸出方波脈沖信號(hào)的測(cè)試電源，串聯(lián)直流電流表后，并 聯(lián)在所選元件的兩端，同時(shí)在所選元件兩端并聯(lián)直流電壓表，分別測(cè) 取輸出方波高電平時(shí)的電壓Vth、電流Ith和輸出方波低電平時(shí)的電壓 Vtl、電流Itl，通過(guò)公式I產(chǎn)(ItbVU-Vth氺Itl)/(Vth-Vtl)計(jì)算出所 選元件中的直流工作電流L;
然后，用選頻電壓表測(cè)取所選元件兩端的電壓K,用發(fā)出正弦波的 交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流表并聯(lián)在所選元件的兩 端，測(cè)取測(cè)試電流/t，同時(shí)用選頻電壓表測(cè)取所選元件兩端的電壓Kt， 計(jì)算出阻抗值Z- 「t//t,通過(guò)公式/= WZ計(jì)算出所選元件中的工作電流
最后，通過(guò)公式1= I汴/,計(jì)算得出所選元件中的工作電流I,其 中，Z、 Ft、 /t、 K /,、 I均為矢量。
圖5所示為按照本發(fā)明原理設(shè)計(jì)的一個(gè)在線電流檢測(cè)裝置的實(shí)際 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，該裝置由測(cè)試電源，電流檢測(cè)輸入級(jí)，電壓4企測(cè)輸入
級(jí)，計(jì)算控制器CPU，顯示器這幾部分組成。
其中，
(1)測(cè)試電源由DAC波形發(fā)生器Ul、可變?cè)鲆娣糯笃鱑2、輸 出放大器U3組成測(cè)試電源。根據(jù)計(jì)算機(jī)的控制，DAC可以發(fā)出各種頻 率的交流信號(hào)。U2調(diào)節(jié)輸出功率的大小，以適應(yīng)各種測(cè)試要求。輸出 級(jí)可以設(shè)計(jì)成恒流輸出，如圖6a所示。也可以設(shè)計(jì)成恒壓加電阻輸出， 如圖6b所示。恒流輸出的測(cè)試電源對(duì)電路的影響要d、一些，但是電路 要復(fù)雜一些，并且，運(yùn)算放大器要有較高的工作電壓，以避免非線性 的發(fā)生。恒壓加電阻方式就簡(jiǎn)單的多，也沒(méi)有非線性的限制，但是要 注意對(duì)被測(cè)電路的影響不能太大，也即電源的內(nèi)阻要比所選測(cè)試元件 的阻抗絕對(duì)值要大的多。原則上，測(cè)試電源輸出的交流可以是任意波 形，只要不干擾工作電壓的測(cè)試就可以，既不含工作電壓的頻率成分。 實(shí)際中，可選用正弦波。
(2 )由采樣電阻R、可變?cè)鲆娣糯笃鱑4、 ADC數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器U5a 組成電流檢測(cè)輸入級(jí)。采樣電阻R 4巴通過(guò)的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。調(diào) 節(jié)U4以得到最佳的測(cè)試效果，ADC把模擬測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)， 送到計(jì)算控制器CPU后，由計(jì)算控制器的軟件作數(shù)據(jù)處理。CPU中的軟 件帶通濾波與電流檢測(cè)輸入級(jí)共同組成電流選頻測(cè)量裝置。選頻頻率 可以很方便的通過(guò)設(shè)置濾波器的參數(shù)而設(shè)置，因此可方^f更而準(zhǔn)確的測(cè) 得/t。若濾波器是低通濾波器，則組成直流電流測(cè)量裝置。
(3) 由可變?cè)鲆娣糯笃鱑6、 ADC數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器U5b組成電壓檢 測(cè)輸入級(jí)。調(diào)節(jié)U6以獲得最佳的測(cè)試效果。電壓檢測(cè)輸入級(jí)與數(shù)據(jù)處 理軟件可以共同完成多種測(cè)試功能。在本儀器中主要有
① 低通濾波器，完成直流測(cè)量功能。
② 帶通濾波器，完成選頻測(cè)量功能。
③ FFT,快速傅立葉轉(zhuǎn)換，完成掃頻功能。
④ 通過(guò)設(shè)置成濾波特性為阻抗1/Z的濾波器，用以測(cè)試和監(jiān)控電流。
特別要說(shuō)明的是，以上功能可以同時(shí)使用。
(4) 顯示器用于顯示最終結(jié)果。
12計(jì)算軟件的說(shuō)明
(1) Z的計(jì)算設(shè)置測(cè)試電源輸出頻率為ft的交流信號(hào)，把選頻 電流測(cè)量裝置和選頻電壓測(cè)量裝置的濾波器頻率設(shè)置為f。測(cè)試/t和 Ft,計(jì)算^n/7t，既W、 /t的幅值之比，和兩者的相位之差。具體 的計(jì)算方法很多，屬于本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員的基本技能，在此不多說(shuō) 了。測(cè)試中要注意①被測(cè)元件中的工作電流不能含有ft頻率成分。 可以預(yù)先掃描被測(cè)元件工作電流的頻率成分，i殳置測(cè)試電源頻率時(shí)， 避開(kāi)這些頻率。②U5a與U5b須同步采樣。如果合用一個(gè)ADC，以開(kāi)關(guān) 來(lái)選4奪電流、電壓測(cè)試時(shí)，檢測(cè)電壓和電流的起始點(diǎn)對(duì)于測(cè)試電源的 相位必須相同。根據(jù)要求，也可以顯示Z。
(2 )被測(cè)元件工作電流的計(jì)算
① 設(shè)置選頻電壓測(cè)量裝置頻率為通過(guò)被測(cè)元件電流的頻率f, 測(cè)取被測(cè)元件上的電壓K電流/=^/,其中么K /都是矢量。測(cè)取 r時(shí)，測(cè)試電源不應(yīng)含有f頻率成分，諧波也不應(yīng)含有f頻率成分，也 可以把測(cè)試電源關(guān)掉。當(dāng)被測(cè)工作電流是直流時(shí)，設(shè)置選頻電壓測(cè)量 裝置為直流電壓測(cè)量裝置，也即把濾波器設(shè)置為低通濾波器，測(cè)取V， 再取出Z(^R+jX，矢量Z的一種表達(dá)方式)的實(shí)部R， I=V/R。
② 如果所測(cè)試的回路中有直流和多個(gè)交流成分時(shí)，用上述方法， 測(cè)出多個(gè)交流電流，矢量相加，得到總電流。敘述如下當(dāng)有多個(gè)頻 率的交流電流和直流電流通過(guò)回路時(shí)，多個(gè)頻率交流的下標(biāo)依次為 i=l、 2...n，直流下標(biāo)為d。由直流電壓表或選頻頻率為直流檔測(cè)出Vd, 選頻頻率為fl、 f2…fn的選頻表分別測(cè)出各頻率下的電壓為H、 H則/-Vd/R+Il/i, i=l....n，其中ft* fi， i=l...n。這個(gè)總 電流/也是矢量，可以根據(jù)需要，顯示波形、有效值(均方根值)、絕 對(duì)值、絕對(duì)平均值等。也可以觀察顯示各個(gè)頻率成分的電流，這也就 是電子學(xué)中的頻域電流分析。
③ 把測(cè)試所選元件兩端電壓的選頻電壓測(cè)量裝置中的數(shù)字濾波 器，設(shè)置成特性為阻抗1/Z的濾波器，經(jīng)過(guò)濾波器處理的信號(hào)就是所 選元件通過(guò)的電流，既時(shí)域波形，或時(shí)域電流分析。顯示方式可以才艮 據(jù)需要，顯示波形、有效值(均方根值)、絕對(duì)值、絕對(duì)平均值等。
13④:&置測(cè)量電源輸出方波信號(hào)，選頻電壓測(cè)量裝置和選頻電流測(cè) 量裝置為直流測(cè)量裝置，在輸出方波的高電平時(shí)，測(cè)取電壓為Vth，測(cè) 耳又電流為Ith,在輸出方波的低電平時(shí)，測(cè)取電壓為VU,測(cè)耳又電流為 Itl，用公式R-(Vth-VU)/(Ith+Itl)計(jì)算出R。所述元件兩端的電壓 為V=(Ith*VU-Vth*Itl)/(Hh+Itl),通過(guò)公式I-V/R計(jì)算出電流, 也可以直接把I=V/R式化簡(jiǎn)為1= (Ith*VU-Vth*I11) / (Vth-Vt 1)。
直流在線電流檢測(cè)裝置要簡(jiǎn)單的多，價(jià)格也低的多。主要是電流， 電壓測(cè)量裝置都是直流測(cè)量裝置，測(cè)試電源也只需產(chǎn)生方波。方波的 頻率選擇，既要保證電流、電壓信號(hào)在穩(wěn)定后再開(kāi)始測(cè)量也要保證有 足夠的測(cè)試時(shí)間。這要根據(jù)ADC和整個(gè)電路的設(shè)計(jì)來(lái)確定。計(jì)算方法 與前述相同。
由于在線電流測(cè)試方法是間接測(cè)量，是多個(gè)量的測(cè)試計(jì)算結(jié)果， 一般的，會(huì)比單項(xiàng)測(cè)試誤差大，因此對(duì)誤差進(jìn)行計(jì)算和顯示是必要的， 當(dāng)誤差過(guò)大時(shí)，不僅顯示誤差數(shù)值，而且通過(guò)聲光等告知用戶(hù)，以便 用戶(hù)調(diào)整測(cè)試方法或另選測(cè)試元件。誤差的計(jì)算公式由電流的計(jì)算7> 式和式中各測(cè)試項(xiàng)的誤差推導(dǎo)出。該技術(shù)是本專(zhuān)業(yè)普通技術(shù)人員的基
本知識(shí)，在此就不做詳細(xì)論述。
權(quán)利要求
1、一種在線測(cè)量電流的方法，具體為1)在被測(cè)電路中選取一具有線性阻抗的元件；2)在被測(cè)電路保持正常工作狀態(tài)下，測(cè)取所選元件兩端的電壓，和/或在所選元件兩端并接一測(cè)試電源，測(cè)取所選元件兩端的電壓以及由測(cè)試電源和所選元件所構(gòu)成的回路中電流；3)通過(guò)計(jì)算得出所要測(cè)量的電流值。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述步驟2)之前， 首先確定所選元件中工作電流的性質(zhì)，然后根據(jù)被測(cè)量電流的性質(zhì)，再 進(jìn)行所述步驟2)、步驟3)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)^^皮測(cè)量電流為直流時(shí)，所 述步驟2)、步驟3)具體為用電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值V1;然后， 在所選元件兩端并4妻一直流測(cè)試電源， -使由該直流測(cè)試電源和所選元件 構(gòu)成的回路中產(chǎn)生一測(cè)試電流II，并同時(shí)測(cè)取所選元件兩端的電壓，得 到一電壓值V2;最后，通過(guò)公式I=IlxV2/ (V2-V1)計(jì)算得出^皮測(cè)電 路中的直流工作電 流。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)被測(cè)量電流為直流時(shí)，所 述步驟2)、步驟3)具體為用輸出方波脈沖信號(hào)的測(cè)試電源，串聯(lián)電流測(cè)量裝置后，并聯(lián)在所 選元件的兩端，同時(shí)在所選元件兩端并聯(lián)電壓測(cè)量裝置，分別測(cè)取輸出 方波高電平時(shí)的電壓Vth、電流Ith和輸出方波低電平時(shí)的電壓Vtl、電 流Itl,最后通過(guò)公式I=(Ith*Vtl-VthWtl)/(Vth"Vtl)計(jì)算出所選元件 中的直流工作電流I。
5、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)被測(cè)量電流為直流時(shí)，所 述步驟2)、步驟3)具體為首先，用電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓，得到一電壓值VI; 然后，用發(fā)出正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在交流測(cè)試電源上的選頻電 流測(cè)量裝置并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t，用選頻電壓測(cè)量 裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓rt,計(jì)算出阻抗值Z=rt//t;最后，通過(guò) 公式1= V1 /Z計(jì)算出所選元件中的工作電流I 。
6、 如4又利要求2所述的方法，其特^正在于，當(dāng)^皮測(cè)量電流為交流時(shí)，所 述步驟2)、步驟3)具體為首先，用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓K;然后，用發(fā) #正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流測(cè)量裝置并聯(lián) 在所選元件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t，用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元 件兩端的電壓Pt,計(jì)算出阻抗值^Ft//t;最后，通過(guò)公式/=^7/計(jì)算 出所選元件中的工作電流/，其中的么n、 /t、 K /均為矢量。
7、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)被測(cè)量電流包含有n種頻 率的交流成分時(shí)，所述步驟2)、步驟3)具體為首先，利用選頻電壓測(cè)量裝置分別測(cè)取所選元件兩端各個(gè)頻率下的 電壓Pl、 K...附；然后，用發(fā)出正弦波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電 源上的選頻電流測(cè)量裝置并聯(lián)在所選元件的兩端，測(cè)取電流/t,用選頻 電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓R,計(jì)算出阻抗值^K//t;最 后，通過(guò)公式/=^/2計(jì)算出各個(gè)頻率下的電流/1、 72.../n，并通過(guò)公式 /=Vd/R+Z/i計(jì)算出所選元件中的工作電流/,其中i=l、 2…n, Z、 Kt、 /t、 F、 /均為矢量。
8、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)被測(cè)量電流既包含有交流 成分又有直流成分時(shí)，所述步驟2)、步驟3)具體為首先，用輸出方波脈沖信號(hào)的測(cè)試電源，串聯(lián)電流測(cè)量裝置后，并 聯(lián)在所選元件的兩端，同時(shí)在所選元件兩端并聯(lián)電壓測(cè)量裝置，分別測(cè) 取輸出方波高電平時(shí)的電壓Vth、電流Ith和輸出方波低電平時(shí)的電壓 Vtl、電流Itl，通過(guò)公式I產(chǎn)(Ith氺VU-Vtbltl)/(Vth"Vtl)計(jì)算出所選 元件中的直流工作電流L;然后，用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件兩端的電壓F,用發(fā)出正弦 波的交流測(cè)試電源與串聯(lián)在測(cè)試電源上的選頻電流測(cè)量裝置并聯(lián)在所選 元件的兩端，測(cè)取測(cè)試電流/t，同時(shí)用選頻電壓測(cè)量裝置測(cè)取所選元件 兩端的電壓Ft,計(jì)算出阻抗值Z=rt//t，通過(guò)公式/=^//計(jì)算出所選元 件中的工作電流力；最后，通過(guò)^^式1= A計(jì)算得出所選元件中的工作電流I，其中， Z、 Ft、 /t、 K、 /,、 I均為矢量。
9、 如權(quán)利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，所述發(fā)出正弦波的交 流測(cè)試電源選用的頻率不同于#_測(cè)量電流中所包含交流成分的頻率。
10、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述所選元件為被測(cè)電路 中的一^殳導(dǎo)線、電阻、電感或電容。
11、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用四線制測(cè)試方法，電流 測(cè)試裝置與所述測(cè)試電源串聯(lián)后，-沒(méi)置在所述所選元件兩端，電壓測(cè)試 裝置同時(shí)i殳置在所述所選元件的兩端，電壓測(cè)試裝置與測(cè)試電源和電流 測(cè)試裝置通過(guò)所選元件的引線連接。
12、 實(shí)施上述方法的一種在線測(cè)量電流的裝置，其特征在于，該裝置包 括測(cè)試電源、選頻電壓測(cè)量裝置、選頻電流測(cè)量裝置、信號(hào)處理單元、 顯示器，其中，測(cè)試電源能夠輸出直流方波脈沖信號(hào)和交流正弦波信號(hào)， 信號(hào)處理單元用于對(duì)選頻電壓測(cè)量裝置和選頻電流測(cè)量裝置測(cè):取的信號(hào) 進(jìn)行運(yùn)算處理，以得到所要測(cè)量的工作電流值，顯示器用于顯示測(cè)量結(jié) 果及測(cè)取信號(hào)的波形。
13、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元的運(yùn)算 處理包括對(duì)被測(cè)量電流有效值(均方4艮值)的計(jì)算、絕對(duì)值計(jì)算、絕對(duì) 平均值的計(jì)算。
14、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，在已測(cè)取計(jì)算得到Z后，對(duì)并聯(lián)在所選元件兩端電壓測(cè)量裝置，輸入到計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)，用特性為1/Z的濾波器，作信號(hào)處理，以得到/的數(shù)據(jù)流，并根據(jù)需要直接顯示波形，或計(jì)算得到有效值(均方一艮值)、絕對(duì)值、絕對(duì)平均值，再顯示。
15、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)試電源為恒流源。
16、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)試電源為由一電源 串接一阻值遠(yuǎn)大于所選取元件阻抗的電阻后所構(gòu)成的近似恒流源。
17、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理單元還包括 對(duì)所述的所選元件中的工作電流進(jìn)行誤差分析，具體為#4居電流、電 壓測(cè)量裝置的測(cè)量誤差和電流的計(jì)算公式，按常規(guī)手段計(jì)算出誤差并顯 示，當(dāng)誤差過(guò)大時(shí)，通過(guò)聲、光告警，提醒用戶(hù)調(diào)整測(cè)試方法或另選測(cè) 試元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在線測(cè)量電路中電流的方法及其裝置，該方法通過(guò)測(cè)量被測(cè)電路中某一電路元件在正常工作和在額外施加電壓兩種狀態(tài)下的電壓值后，通過(guò)計(jì)算即可得到被測(cè)電路中的電流。本發(fā)明同時(shí)還公開(kāi)了實(shí)施上述方法的在線測(cè)量電路電流的裝置。利用本發(fā)明方法和裝置，無(wú)須斷開(kāi)被測(cè)電流通路，也無(wú)須打斷被測(cè)電路的正常工作，直接通過(guò)對(duì)被測(cè)電路中選取的一個(gè)電路元件進(jìn)行測(cè)試后，經(jīng)過(guò)計(jì)算就可以顯示被測(cè)電路中的電流值，極大地方便了電路的維修和診斷，同時(shí)，本發(fā)明裝置還具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101561458SQ200910085599
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者劉海先 申請(qǐng)人:劉海先