CN108196115A - 一种数字式直流钳形表的零点调节方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字式直流钳形表的零点调节方法，所述数字式直流钳形表包括霍尔传感器、差分放大电路、控制器MCU、零点按键和显示屏LCD；所述零点调节方法包括以下步骤：步骤一、启动数字式直流钳形表进行调零测试，当显示屏LCD在空载测量时显示值不为零时，按下调零按键进行调零；步骤二、触发调零按键后，控制器MCU读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的信号至差分放大电路的输入端，使差分放大电路输出的数值变小，直到控制器MCU读取的零点数值为零；步骤三、当读取到零点数值为零时，控制器MCU记录此时的输出数值并保存输出，停止调零动作，完成调零。

Description

一种数字式直流钳形表的零点调节方法及电路

技术领域

本发明属于电子测量技术领域，具体涉及一种数字式直流钳形表的零点调节方法及电路。

背景技术

数字式直流钳形表是利用霍尔传感器的磁电转换特性实现对直流电压进行测量的一种仪表；当被测（原边）导线经过电压传感器时，被测电压I会产生磁力线，原边磁力线集中在CT气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路把这个微小的信号放大并转换为相应数字，就可以测量出通电导线电压I的值。然而，霍尔元件和电子电路中运算放大器存在着偏移电压，使得当被测电压I为零时，运算放大器输出仍有一个微小电压。而且霍尔器件的特性使得其周边环境温度变化时，偏移电压也会产生变化。

因此，在使用霍尔传感器的数字式直流钳形表均需要对测量零点进行处理的方法和电路；然而，传统调零方法有2种：

一种是采用硬件调零方式，如图1，由VR1、R5、R4、R6组成零点调节电路，VR1接正负电源，滑道端取得一定电压，经R5\R6分压后，经R4输入差分放大器A调节Vo数值。由于滑道端可以取得正负电压，因此调节Vo为0。图1利用调节电位器对放大器零点进行调节，电位器旋钮设置于仪器外部，缺点：1、使用过程中易受仪表操作震动影响使零点偏移，造成读数误差，使用麻烦；2、霍尔器件一致性较差，零点调节范围需保持一定范围，生产时必须根据不同霍尔在仪器内部预调节，批量生产比较不易，效率低下。

另一种是采用软件件调零方式，如图2，是采用软件调零方式，由MCU直接读取零点数值并保存，应用MCU的运算功能，将测量后的放大器输出数值的读数直接扣除零点数值，即为电压数值，这种采用相对值测量的方法简单。但是采用相对值测量的方法，由于存在零点电压的输入有时会严重影响MCU测量范围，这个零点电压只能限定在很小范围内使用。因此其内部仍然需要有调零电路，使放大器的输出零点能在MCU测量范围内。与上一种比较，调零器件为仪器内部可变电阻，不易受仪器操作影响。所以其硬件电路在生产时仍然存在对零点进行预修正的操作，而且测量范围会受到零点操作的影响。例如FS9721测量的电压范围为±400mV, 输入Vo超过±400mV范围就无法测试，LCD显示”OL”(溢出),因此如果Vo不回零值为20mV时，仪器测量电压转换为电压最大只有380mV，使仪器测量范围变小。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字式直流钳形表的零点调节方法和调节电路，克服传统数字式直流钳形表的零点调节在使用和生产中操作的缺点，无需使用电位器进行调节，也不影响测量范围。

本发明的技术方案如下：

技术方案一：

一种数字式直流钳形表的零点调节方法，所述数字式直流钳形表包括霍尔传感器、差分放大电路、控制器MCU、零点按键和显示屏LCD；所述霍尔传感器产生测量电压并输入至所述差分放大电路的输入端，所述差分放大电路的输出端连接所述控制器MCU，所述零点按键连接所述控制器MCU，所述显示屏LCD连接所述控制器MCU；所述零点调节方法包括以下步骤：

步骤一、启动数字式直流钳形表进行调零测试，当显示屏LCD在空载测量时显示值不为零时，按下零点按键进行调零；

步骤二、触发零点按键后，控制器MCU读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的信号至差分放大电路的输入端，使差分放大电路输出的数值变小，直到控制器MCU读取的零点数值为零；

步骤三、当读取到零点数值为零时，控制器MCU记录此时的输出数值并保存输出，停止调零动作，完成调零。

进一步的，在步骤二中，所述控制器MCU的输出电路内设有D/A转换器，触发零点按键后，控制器MCU读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的数字信号至所述D/A转换器，D/A转换器将数字信号转换为持续增大、极性相反的电压信号输出至所述差分放大电路，使差分放大电路输出的数值变小，直到控制器MCU读取的零点数值为零。

可替代的，在步骤二中，所述控制器MCU的输出电路内设有PWM发生器，触发零点按键后，控制器MCU读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的数字信号至所述PWM发生器，PWM发生器将数字信号转换为占空比逐渐增大的脉冲信号，脉冲信号经滤波后产生持续增大、极性相反的电压信号输出至所述差分放大电路，使差分放大电路输出的数值变小，直到控制器MCU读取的零点数值为零。

技术方案二：

本发明还包括一种数字式直流钳形表的零点调节电路，包括霍尔传感器、运算放大器、集成芯片、显示屏LCD、零点调节单元和调零按键；所述集成芯片包括控制器MCU、A/D转换器、存储器、输出单元、键盘处理单元和LCD驱动单元，所述A/D转换器、存储器、输出单元、键盘处理单元和LCD驱动单元均与所述控制器MCU电连接；所述霍尔传感器的两输出端分别经电阻R1和R2接于所述运算放大器的正向输入端和反向输入端，所述运算放大器的输出端接于所述集成芯片的A/D转换器，所述运算放大器的输出端经电阻R3与运算放大器的正向输入端连接；所述输出单元经电阻R5和R4与所述运算放大器的反向输入端电连接，所述R4和R5之间的线路经电阻R6接于信号地。

进一步的，所述电阻R6两端并联一电容C1。

本发明具有如下有益效果：

1、电路无电位器，无需调节回零电路参数；

2、由于进入测试状态后Vo=0，整个测试电路不会影响MCU的测试范围；

3、电阻R5和R6对调零信号进行分压，使调零更精细准确；

4、增加电容C1，对调零信号进行滤波，使信号更稳定。

附图说明

图1为现有技术中第一种方案的实施电路图；

图2为现有技术中第二种方案的实施电路图；

图3为本发明实施例一的原理框图；

图4为采用D/A转换器方案的原理框图；

图5为采用PWM发生器方案的原理框图；

图6为实施例二的原理框图；

图7为采用D/A转换器的电压波形；

图8为采用PWM发生器的电压波形。

图中附图标记表示为：

1、霍尔传感器；11、运算放大器；12、集成芯片；121、A/D转换器；122、存储器；123、输出单元；124、键盘处理单元；125、LCD驱动单元；13、零点调节单元；2、差分放大电路；3、控制器MCU；4、零点按键；5、显示屏LCD；6、D/A转换器；7、PWM发生器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一：

参见图3至图5，一种数字式直流钳形表的零点调节方法，所述数字式直流钳形表包括霍尔传感器1、差分放大电路2、控制器MCU3、零点按键4和显示屏LCD5；所述霍尔传感器1产生测量电压并输入至所述差分放大电路2的输入端，所述差分放大电路2的输出端连接所述控制器MCU3，所述零点按键4连接所述控制器MCU3，所述显示屏LCD5连接所述控制器MCU3；所述零点调节方法包括以下步骤：

步骤一、启动数字式直流钳形表进行调零测试，当显示屏LCD5在空载测量时显示值不为零时，按下零点按键4进行调零；

步骤二、触发零点按键4后，控制器MCU3读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的信号至差分放大电路2的输入端，使差分放大电路2输出的数值变小，直到控制器MCU3读取的零点数值为零；

步骤三、当读取到零点数值为零时，控制器MCU3记录此时的输出数值并保存输出，停止调零动作，完成调零。

进一步的，在步骤二中，所述控制器MCU3的输出电路内设有D/A转换器6，触发零点按键4后，控制器MCU3读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的数字信号，如“0000 0001-0000 0010-0000 0011……”至所述D/A转换器6，D/A转换器6将数字信号转换为持续增大、极性相反的电压信号输出至所述差分放大电路2，使差分放大电路2输出的数值变小，直到控制器MCU3读取的零点数值为零。

可替代的，在步骤二中，触发零点按键4后，控制器MCU3读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的数字信号，如“0000 0001-0000 0010-0000 0011……”至所述PWM发生器7，PWM发生器7将数字信号转换为占空比逐渐增大的脉冲信号，脉冲信号经滤波后产生持续增大、极性相反的电压信号输出至所述差分放大电路2，使差分放大电路2输出的数值变小，直到控制器MCU3读取的零点数值为零。

实施例二：

参见图6至图8，本发明还包括一种数字式直流钳形表的零点调节电路，包括霍尔传感器1、运算放大器11、集成芯片12、显示屏LCD5、零点调节单元13和零点按键4；所述集成芯片12包括控制器MCU3、A/D转换器121、存储器122、输出单元123、键盘处理单元124和LCD驱动单元125，所述A/D转换器121、存储器122、输出单元123、键盘处理单元124和LCD驱动单元125均与所述控制器MCU3电连接；所述霍尔传感器1的两输出端分别经电阻R1和R2接于所述运算放大器11的正向输入端和反向输入端，所述运算放大器11的输出端接于所述集成芯片12的A/D转换器121，所述运算放大器11的输出端经电阻R3与运算放大器11的正向输入端连接；所述输出单元123经电阻R5和R4与所述运算放大器11的反向输入端电连接，所述R4和R5之间的线路经电阻R6接于信号地。

进一步的，所述电阻R6两端并联一电容C1，所述电容C1用于滤波。

实施例二的工作原理如下：

运算放大器11和电阻R1、R2、R3和R4组成差分放大电路，霍尔传感器1将检测到的电压输出至运算放大器11的两输入端进行放大，运算放大器11的输出端将放大后的电压输出至集成芯片12的A/D转换器121的输入端，A/D转换器121将模拟信号转化为数字信号后输送至控制器MCU3，控制器MCU3根据数字信号驱动LCD驱动单元125，驱动显示屏LCD5显示检测到的数值；

因为霍尔传感器1和运算放大器11之间存在偏移电压，当检测端没有被检测物时，运算放大器11仍然会输出一电压给集成芯片12，使显示屏LCD5上显示出数值，此数值为零点数值；

触发调零按键4后，控制器MCU3识别零点数值的大小和极性，并通过输出单元123输出一与零点数值极性相反、逐渐增大的电压，输出的电压经R5和R4分压后输出至运算放大器11的正向输入端，使运算放大器11两输入端的电压值逐渐接近至相等，直至运算放大器11的输出电压为0，控制器MCU3记录输出单元123输出的电压数值，并持续输出此数值，调整零点完成。

控制器MCU3通过向输出单元123发出连续增大的数字编码，如“0000 0001-00000010-0000 0011……”控制输出单元123发出连续增大的电压，输出单元123可以使用D/A转换器或者PWM发生器，当通过D/A转换器输出电压时，经过R5和R4分压后，电压从阶梯形的波形改为输出稳定的线性波形；当通过PWM发生器输出电压时，输出的电压经过R6和C1滤波后改为输出稳定的线性波形；使输出的电压更加精细准确。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种数字式直流钳形表的零点调节方法，所述数字式直流钳形表包括霍尔传感器（1）、差分放大电路（2）、控制器MCU（3）、零点按键（4）和显示屏LCD（5）；所述霍尔传感器（1）产生测量电压并输入至所述差分放大电路（2）的输入端，所述差分放大电路（2）的输出端连接所述控制器MCU（3），所述零点按键（4）连接所述控制器MCU（3），所述显示屏LCD（5）连接所述控制器MCU（3）；其特征在于，所述零点调节方法包括以下步骤：

步骤一、启动数字式直流钳形表进行调零测试，当显示屏LCD（5）在空载测量时显示值不为零时，按下零点按键（4）进行调零；

步骤二、触发零点按键（4）后，控制器MCU（3）读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的信号至差分放大电路（2）的输入端，使差分放大电路（2）输出的数值变小，直到控制器MCU（3）读取的零点数值为零；

步骤三、当读取到零点数值为零时，控制器MCU（3）记录此时的输出数值并保存输出，停止调零动作，完成调零。

2.根据权利要求1所述的一种数字式直流钳形表的零点调节方法，其特征在于：在步骤二中，所述控制器MCU（3）的输出电路内设有D/A转换器（6），触发零点按键（4）后，控制器MCU（3）读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的数字信号至所述D/A转换器（6），D/A转换器（6）将数字信号转换为持续增大、极性相反的电压信号输出至所述差分放大电路（2），使差分放大电路（2）输出的数值变小，直到控制器MCU（3）读取的零点数值为零。

3.根据权利要求1所述的一种数字式直流钳形表的零点调节方法，其特征在于：在步骤二中，所述控制器MCU（3）的输出电路内设有PWM发生器（7），触发零点按键（4）后，控制器MCU（3）读取零点数值和极性，并输出一个持续增大、极性相反的数字信号至所述PWM发生器（7），PWM发生器（7）将数字信号转换为占空比逐渐增大的脉冲信号，脉冲信号经滤波后产生持续增大、极性相反的电压信号输出至所述差分放大电路（2），使差分放大电路（2）输出的数值变小，直到控制器MCU（3）读取的零点数值为零。

4.一种数字式直流钳形表的零点调节电路，其特征在于：包括霍尔传感器（1）、运算放大器（11）、集成芯片（12）、显示屏LCD（5）、零点调节单元（13）和零点按键（4）；所述集成芯片（12）包括控制器MCU（3）、A/D转换器（121）、存储器（122）、输出单元（123）、键盘处理单元（124）和LCD驱动单元（125），所述A/D转换器（121）、存储器（122）、输出单元（123）、键盘处理单元（124）和LCD驱动单元（125）均与所述控制器MCU（3）电连接；所述霍尔传感器（1）的两输出端分别经电阻R1和R2接于所述运算放大器（11）的正向输入端和反向输入端，所述运算放大器（11）的输出端接于所述集成芯片（12）的A/D转换器（121），所述运算放大器（11）的输出端经电阻R3与运算放大器（11）的正向输入端连接；所述输出单元（123）经电阻R5和R4与所述运算放大器（11）的反向输入端电连接，所述R4和R5之间的线路经电阻R6接于信号地。

5.根据权利要求4所述的一种数字式直流钳形表的零点调节电路，其特征在于：所述电阻R6两端并联一电容C1。