电流表电压表.docx

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电流表电压表

电流表重要元件--分流器的制作

2012年04月01日09:

56 来源：

本站整理 作者：

灰色天空 我要评论（0）

　　分流器是根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。

　　分流器广泛用于扩大仪表测量电流范围，有固定式定值分流器和精密合金电阻器，均可用于通讯系统、电子整机、自动化控制的电源等回路作限流，均流取样检测。

　　用于直流电流测量的分流器有插槽式和非插槽式。

分流器有锰镍铜合金电阻棒和铜带，并镀有镍层。

其额定压降是60mV，但也可被用作75、100、120、150及300mV。

　　插槽式分流器额定电流有以下几种：

5A,10A,15A,20A和25A

　　非插槽式分流器的额定电流从30A到15kA标准间隔均有。

　　分流器是测量直流电流用的;

　　分流器实际就是一个阻值很小的电阻，当有直流电流通过时，产生压降，供直流电流表显示;

　　直流电流表实际是电压表，满度值75mV;

　　直流电流表和分流器是配套使用的;

　　比如：

100A电流表配套的分流器阻值为0.00075欧;

　　即100A*0.00075欧=75mV;

　　50A电流表配套的分流器阻值为0.0015欧;

　　50A*0.0015欧=75mV。

　　要测量一个很大的直流电流,例如几十安培,甚至更大,几百安培,我们没有那么大量程的电流表进行电流的测量,怎么办?

这就要采用分流器.分流器是一个可以通过大电流的精确电阻,当电流流过分流器时,在它的两端就会出现一个毫伏级的电压,于是我们用毫伏电压表来测量这个电压,再将这个电压换算成电流.就完成了大电流的测量.

　　电流表有多种不同规格，但是实际表头却是标准的毫伏电压表。

比如是一种满刻度为75mv的电压表。

那么用这块电压表测量比如20A的电流，就需要给它配一个在流过20A电流时候产生75mv电压降的分流电阻，也称75mv分流器。

　　分流器就是一个能够通过极大电流的电阻一般常用的15A或20A以及35A的电流表都需要分流器.分流器的阻抗=表头标志满度电压/表头满度电流.比如20A的电流表的分流器阻值=75mv*10-3/20A=0.00375?

阻抗恒定后根据欧姆定律U=IR,电流与电压成正比.电流为线形电压也呈线形.所以我们就可以用一个满度为75mv的电压表显示当前电流.因此,我们使用的电流表实际是一块电压表.

　　交流大电流怎么测量呢?

采用电流互感器,将大电流以一定变比变成5安培以下的小电流,于是用小量程交流电流表就可测量大电流了.只是测得的电流还要乘那个变比.

　　就是一根短的导体，可以是各种金属或合金的，也连接端子;其直流电阻是严格调好的;串接在直流电路里，直流电流过分流器，分流器两端产生毫伏级直流电压信号，使并接在该分流器两端的计量表指针摆动，该读数就是该直流电路里的电流值。

所谓分流，即分一小的电流去推动表指示，该小电流（mA）与大回路里的电流（1A-几十A）比例越小，电流表指示读数的线性就越好，也更精确。

　　这是电工电路的常用产品，防雷有分流措施

基于C8051F310和芯片CS5460A的电压电流表设计

2010年11月18日10:

01国外电子元器件作者：

张家田付或严正用户评论（0）

关键字：

C8051F310（3）

　　0引言

　　CS5460A是美国Crystal公司推出的一款用于测量电压、电流、功率、能量的集成芯片，该芯片的主要特点是精度高、性能强、成本低且无需微控制器也可独立运行，它是CS5460的增强版。

C8051F310是美国SiliconLabs公司推出的一款具有8051内核的高性能单片机，它的运行速度为普通8051单片机的12倍，主要特点是高速率、低功耗、外围器件少、可靠性高。

所以，本文基于芯片CS5460A和单片机C8051F310设计了一种用于测量电压电流值的电压电流表。

　　1系统电路设计

　　1.1C8051F310简介

　　C8051F310是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片。

它具有高速、流水线结构且与8051兼容的CIP-51内核，工作频率可达25MIP-S，片内有全速、非侵入式系统调试接口。

此外，此单片机还带有模拟多路器、真正的10位、200ksps的25通道单端/差分ADC。

其片内RAM为1280字节。

C8051F310内含4个通用的16位定时器、高精度可编程的25MHz的内部振荡器和可硬件实现的SMBus/C、增强型UART和增强型SPI串行接口等。

　　1.2CS5460A简介

　　CS5460A是带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路。

此芯片具有测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电压有效值、电流有效值、功率有效值及电能计量的功能。

CS5460A内部集成了两个可同时采样的△-∑模/数转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、双向串行接口、数字/频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元。

其中双向串行接口和寄存器阵列可以方便地与微处理器（MPU）相连接，从而实现电压、电流、功率、电能的测量。

　　1.3系统总体设计

　　本电压电流测量系统的总体框图如图l所示。

该设计通过电压互感器和电流互感器来对回路的电压、电流信号进行采样，并将得到的电压、电流信号输入到芯片CS5460A的电压电流信号输入端，两路信号在芯片内部实现A/D转换，并通过内部运算将电流、电压等各种数据的结果存入指定的寄存器中。

以等待单片机C8051F310通过芯片CS5460A的串行接口读取，最后将其结果通过LED数码管显示出来。

　　2接口电路设计

　　2.1电压电流信号输入接口设计

　　CS5460A的电压通道可与阻容分压器或互感器进行接口;电流通道则可与低功耗分流器或互感器接口。

电流通道的可编程增益放大器（P-GA）的增益可设为10和50。

分别对应于最大有效值为150mV和30mV的交流信号输入;电压通道的最大有效值输入为150mV。

由于芯片CS5460A的△-∑型M/D转换器采用过采样原理，对高频噪声有较强的抑制作用，因此，对输入信号不需要进行复杂的滤波器处理。

只需在互感器输出端通过取样电阻对与输入交流信号对应的电流信号进行采样。

然后输入到芯片CS5460A相应的电压、电流输入端即可。

本设计选用2000：

1的电流互感器和1：

1的电压互感器来作为采样器件。

其模拟信号输入接口电路如图2所示。

　　系统中的微型电压互感器采用GPT-206B型，输出额定电流为2mA，实际使用的电压范围为0～400V。

实际电压为275V，取样电阻R4为1lOkΩ，因而其实际电流为2.5mA，因为电压互感器的匝数比为1：

1。

故其标准输出时的实际端电流也是2.5mA，标准输出时的实际端电压由CS5460A的参考电压决定，实际为150mV（芯片CS5460A的参考电压为0～150mV），故取样电阻R7为150mV/2.5mA=60Ω。

　　微型电流互感器采用GCT-207系列，额定输出电流为2.5mA。

实际使用中的电流范围为0～1A，实际电流为500mA。

因为电压互感器的匝数比为2000：

1，故其标准输出时的实际端电流为500mA/2000=0.25mA，标准输出时的实际端电压则由CS5460A的参考电压决定为150mV（芯片CS5460A的参考电压为0～150mV），因此，取样电阻R1为150mV/0.25mA=600Ω。

这样，互感器输出端的取样电阻分别为60Ω/和600Ω的精密电阻。

　　2.2CS5460A与单片机的通信接口设计

　　CS5460A有四条串行接口线：

、SDI、SDO和SCLK。

其中

为片选控制线，是允许访问串口的控制线，低电平有效;SDI为串行数据输入线，是用来把数据传输到转换器的数据信号线;SDO为串行数据输出线。

用于从转换器输出数据信号，当

为高电平时，SDO端呈高阻状态;SCLK为串行时钟，用于控制CS5460A与微控制器之间数据传输的同步;

为外部复位接口，单片机可通过它来控制CS5460A的复位。

CS5460A与单片机C8051F310的通信接口连接方式如图3所示。

　　3软件设计

　　本设计的软件部分主要完成系统初始化、内部数据计算、数据显示输出等功能。

图4所示是其主程序流程图和中断服务程序流程图。

　　4测试结果

　　在对本设计的电压电流表进行试验测量时，可用该电压电流表测量8组不同值，然后与实际的电压电流值进行比较，所得结果如表l所列。

　　经过上述测量和比较可见，本文所设计的电压电流表的精度可达0.5%，此精度足可以将该电表装配在石油仪器仪表上从而满足其监测电压电流值的使用要求。

　　5结束语

　　本文设计的基于单片机C8051F310和芯片CS5460A的电压电流表主要用于仪器仪表的电流电压监测，目前已经在一些石油仪器上得到了应用。

该表最突出的特点是体积小、操作简单、性价比高、携带方便，因而受到许多研发设计部门的青睐，具有很好的市场前景。

新型交流数字电压表设计

2009年11月13日09:

40现代电子技术作者：

闵祥娜,马建建,魏海用户评论

（1）

关键字：

新型交流数字电压表设计

0引言

   传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程，不仅不方便，而且要求不能超过该量程。

如果在测量时忘记改变量程，则会出现很大的测量误差，甚至有将电压表烧坏的可能。

   本文中采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术，通过单片机检测可实现电压表量程的自动转换。

它具有体积小，驱动电流小，动作快，结构简单，操作方便的优点，可用于实验教学中。

1技术要求

   电压测量范围：

0～500V；测量精度：

0．5％；量程自动切换；采用LED显示；可用现场提供的220V交流电源。

2基本原理

  基本原理如图1所示，信号经过衰减处理后通过采样保持器采样保持，由A／D转换成数字信号，再由单片机控制和计算后将结果送LED显示。

量程的自动切换由单片机通过程序控制多路模拟开关来完成。

由于要求采用现场的220V交流电源，所以本文设计了电源电路，将220V交流电转换成电路可用的低压直流电。

3硬件系统设计

   在硬件电路设计中多次采用了电容滤波来消除干扰信号，同时采用了跟随器，跟随器的输入阻抗很大，可以解决信号传输中的衰减问题。

又考虑到单片机的驱动能力很小，在设计中加入了7407用来驱动LED显示。

整个硬件系统主要由以下几部分组成：

（1）电压信号衰减电路：

将输人的0～500V被测电压信号衰减成0～5V。

（2）量程自动切换电路：

完成信号量程选择及其小数点位置选择。

   （3）采样保持器：

对模拟信号进行采样并保持。

   （4）模数转换及控制电路：

完成对采集的数据处理和对系统的控制。

   （5）显示器：

由74LS164和数码管组成，将测量的电压信号显示出来。

   （6）整流电路：

将交流电整流成直流电，作为电源给数字电压表供电。

3．1电压信号衰减电路

   电压信号衰减电路如图2所示。

为了在输入大电压时不损坏电压表内部器件先对电压进行衰减，该设计中用阻抗进行1：

100衰减，为防止衰减后信号电压过小又通过运算放大电路以及多路开关CD4052进行信号放大，其中的5．1V稳压管起过压保护作用。

3．2量程自动切换电路

   量程的自动切换由初设量程开始，直至选出最佳的量程为止。

量程自动切换电路如图3所示，控制开关的闭合和断开都有一个短暂的过程，为解决这个问题系统中采用软件延时，然后再进行测量与判断。

为了避免相邻两量程交叉点上可能出现的跳动，在程序中把低量程的上限比较值和高量程的下限比较值之间设计了一定的重叠范围。

该单元中运算放大器与多路模拟开关CD4052的其中一组开关执行相应量程的选择，另一组开关接LED的小数点，选择不同量程时分别点亮相应LED的小数点位。

CD4052的A、B以及INH分别接单片机P21，P20，P22。

3．3采样保持器

   在测量交流电压时，A／D转换器的转换误差与信号的频率成正比。

为了提高模拟量输入的频率范围，故选用采样保持器。

在此设计中采用LF398作采样保持器，采样保持器的原理结构图如图4所示，保持电容Cn取值和采样频率以及精度有关，常选510～1000pF。

一般选用聚苯乙烯，聚四氟乙烯等高质量的电容器。

3．4A／D转换电路

   A／D转换器是将模拟信号转换成数字信号的器件或装置，是一种模拟系统和计算机之间的接口，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用。

常用的A／D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式，考虑到前者转换时间短，因此选用逐次逼近式A／D转换器。

AD574为12位逐次逼近式A／D转换器，分辨率为1／212，转换时间25μs。

在本系统中的量程选用双极性-5～+5V，与AT89C51的接口电路如图5所示。

AD574的12／8引脚接+5V，一次输出12位转换结果，3，5脚分别接至单片机控制总线的P3．1，P3．2，CE接单片机P3．0，状态引脚（STATUS）接单片机的P1．7。

AD574的12引脚和10引脚接两个0．1kΩ的电位器，分别用于零点调整和满刻度调整。

AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接时，12位分别接单片机的P0．0～P0．7和P1．0～P1．3。

3．5显示电路

   显示电路如图6所示，电路采用了简单的软件译码移位输出的方法，串行数据经单片机的P3．6输出至74LS164，四个74LS164将串行数据转换成并行数据送数码管字型口显示，74LS164的时钟信号由单片机的P3．7提供。

数码管选用共阴极型。

3．6整流电路

   数字电压表的设计电路中用到了两个直流电压5V和12V，而设计要求采用现场提供的交流220V电源，因此需要经过整流电路把220V交流电源转化为5V和12V直流电源。

本系统中采用了单相桥式整流电路，如图7所示，为了减小纹波以及消除高频谐波电路中加入了电容滤波。

式中：

△Tm为相邻两次采样的时间间隔；um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为一个周期的采样点数。

若相邻两采样的时间间隔相等，即△Tm为常数△T，考虑到N=（T／△T）+1，则有：

   根据式

（2）可以由一个周期内各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号的有效值。

为了提高系统的抗干扰能力，除了在硬件上采取相应的措施外，软件上采用冗余计算法即重复重要的指令，以防止程序跳飞而死机。

系统的程序流程图如图8所示。

5结语

   本文采用程控放大器实现量程的自动转换。

用AT89C51进行数据控制、处理，送到显示器显示，硬件结构简单，软件采用C语言实现，程序简单可读写性强，效率高。

与传统的电路相比，具有方便操作、处理速度快、稳定性高、性价比高的优点，具有一定的使用价值。

本设计在超量程时会显示特定的值，即超量程显示，如想更直观的显示，可加入声光报警电路，在超量程操作时可进行声光报警。

LED变色灯泡电路图

2010年10月03日15:

58 adm.elecfans.co作者：

本站 用户评论（6）

关键字：

LED电路（6）

LED变色灯泡电路图

半导体照明是目前世界上最先进的光源，它不仅功耗小寿命长，而且还可制造出五彩缤纷的各种灯具。

市场上出售的一种220V电压直径约4厘米的圆形变色灯泡，很吸引人的眼球，而其内部电路并不复杂。

笔者根据实物绘制如附图。

这个产品我剖析的是以集成模块．NK4992B（后序号070914）为例介绍。

市电220V交流电经R1和R2降压再经Dl～D4全波整流和C2滤波获得约17V左右，再经R3和D5稳压为Ic第④脚、⑤脚提供+12V电源，加电后如果第②脚开路没有时钟信号的情况下．12只发光二极管全部点亮。

第①脚串接4只红色发光二极管。

第⑧脚串接4只绿色发光二极管，第⑥脚串接4只蓝色发光二极管。

当市电50Hz交流信号通过R4进入第②脚触发内部程序控制器时，R、G、B三路输出将按一定顺序逐个发光，出现红绿蓝三色交替变换的彩色光源，平均每2秒一拍，由七个节拍完成一个循环周期（见表1）。

常见故障的判别方法：

不亮灯时可做如下简单检测：

用12V直流电源（比如12V蓄电池）负极接第⑦脚，正极接第④脚或第⑤脚，如果全部发光说明整流电路有问题。

如果某一路不发光就检查LED管，如果全部都不发光有可能IC损坏。