一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置，包括校準(zhǔn)檢測器，校準(zhǔn)檢測器包括顯示模塊、MCU、計時模塊、DA模塊、電壓源模塊、電流泵模塊、輸出保護(hù)模塊、取樣電阻模塊、AD模塊、通訊模塊、存儲模塊和鍵盤模塊，并分別與外殼體的控制面板上設(shè)置有LCD顯示屏幕、時間溯源端口、電流溯源端口、電流輸出端口、電流輸入端口、通訊端口以及鍵盤的對應(yīng)接口通過排線連接。本實用新型能對時間電流表進(jìn)行校準(zhǔn)檢測，使用方便，檢測精度高。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于計量校準(zhǔn)檢測裝置，特別是涉及一種時間電流表(毫安秒表）的校 準(zhǔn)檢測裝置。 一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 時間電流表是將電流(單位：毫安，符號：mA)和時間(單位：秒，符號：s)的乘積(單 位毫安秒，符號：mAs)作為測量值顯示的。雖然現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)的電流源(無論是直流或交流)只 能輸出單一的直流電流或正弦波交流電流，而且輸出帶負(fù)載能力有限，一般不能適應(yīng)時間 電流表的較高的輸入電阻（10 Ω?100 Ω )，直流電流的準(zhǔn)確度很高，但不能輸出可控的時 間電流乘積信號，況且無法給出準(zhǔn)確的時間指標(biāo)，也不能實現(xiàn)重復(fù)測量(測量沒有復(fù)現(xiàn)性)。 時間電流表的測量電流大到l〇〇〇mA，毫安秒的測量準(zhǔn)確度（1. 0%?3. 5%)?，F(xiàn)時沒有一種 對時間電流表(毫安秒表）的專用檢測設(shè)備來實現(xiàn)對時間電流表的校準(zhǔn)和檢測，當(dāng)然也就無 法實現(xiàn)對時間電流表(毫安秒表）的溯源。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型的目的，是提供一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置，能對時間電流表(毫 安秒表）進(jìn)行校準(zhǔn)檢測，使用方便，檢測精度高。
[0004] 該裝置達(dá)到：能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)的時間電流乘積(毫安秒）信號，輸出值可以任意設(shè)置， 可實現(xiàn)重復(fù)測量(復(fù)現(xiàn)性好)。滿足時間電流表的負(fù)載要求，準(zhǔn)確的達(dá)到0. 2%，符合計量檢測 的誤差傳遞要求(即準(zhǔn)確度高于被測設(shè)備的三分之一)。裝置具有輸出保護(hù)功能，同時電流、 時間可以單獨輸出，方便裝置向上溯源，使時間電流表的校準(zhǔn)檢測更加合理，溯源鏈條更加 完整。
[0005] 采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置，包括外殼體和校準(zhǔn)檢測器，其特征在于：
[0007] 外殼體的控制面板上設(shè)置有IXD顯示屏幕、時間溯源端口、電流溯源端口、電流輸 出端口、電流輸入端口、通訊端口以及鍵盤，它們都由排線與校準(zhǔn)檢測器的接口對應(yīng)相連。
[0008] 其中，IXD顯示屏幕主要由北京青云生產(chǎn)的12864液晶顯示屏幕構(gòu)成，其自帶中文 字庫，可以顯示4行文字；時間溯源端口主要由BNC(Female)接頭構(gòu)成，在溯源時能輸出指 定脈寬（l〇ms?1000ms，步進(jìn)精度10ms)的正脈沖信號以及l(fā)pps的方波信號，校準(zhǔn)時能根 據(jù)其正脈沖的脈寬對本實用新型的時間參數(shù)進(jìn)行溯源；電流溯源端口主要由BNC (Female) 接頭構(gòu)成，在溯源時能輸出指定幅度（1mA?1000mA，步進(jìn)精度1mA)的直流信號，校準(zhǔn)時可 以根據(jù)其幅度對本實用新型的電流參數(shù)進(jìn)行溯源；電流輸出端口與電流輸入端口主要由香 蕉接頭（Female)構(gòu)成，用于連接被校準(zhǔn)的毫安秒表；通訊端口用于設(shè)備調(diào)試及上位機通 訊；鍵盤主要由四個薄膜按鍵構(gòu)成，用于完成對本實用新型的基本操作。
[0009] 校準(zhǔn)檢測器，包括顯示模塊、MCU (微控制單元)、計時模塊、DA模塊、電壓源模塊、 電流泵模塊、輸出保護(hù)模塊、取樣電阻、AD模塊、通訊模塊、存儲模塊和鍵盤模塊，它們都通 過排線與外殼上的相應(yīng)部分連接。
[0010] 其中，顯示模塊主要由貼片封裝總線擴(kuò)展芯片74LS245構(gòu)成，用于提高總線驅(qū)動 能力和將LCD顯示屏幕與MCU隔離，以對MCU的相應(yīng)管腳進(jìn)行保護(hù)。
[0011] MCU是校準(zhǔn)檢測器的核心，用于顯示控制、鍵盤按鍵捕獲、計時中斷響應(yīng)、DA輸出 電壓控制、AD電壓采樣讀取、通訊和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存取與讀取。本實用新型的MCU采用了 ST 公司生產(chǎn)的具有64管腳的ARM7芯片STM32F103R，其倍頻后的最高頻率為72MHz。
[0012] 在本實用新型中MCU用其PA 口作為數(shù)據(jù)總線，控制IXD屏幕的顯示；使用I2C總 線完成對存儲模塊的存儲和讀取；使用其串口 I完成對通訊模塊的控制；使用SMB總線完 成對DA模塊、AD模塊的讀寫操作；使用外部中斷與PC端口完成對計時模塊的控制。
[0013] 計時模塊主要由貼片封裝的X1226構(gòu)成，為了保證輸出時間的準(zhǔn)確，本實用新型 為其配備了準(zhǔn)確度高達(dá)ΚΓ 5的恒溫高穩(wěn)晶振，其頻率為32. 768kHz。
[0014] DA模塊主要由ΤΙ公司生產(chǎn)的貼片DA芯片TLV5618與參考電壓芯片TL431構(gòu)成， 其中DA芯片具有12位的輸出精度，轉(zhuǎn)換時間優(yōu)于10us。
[0015] 電壓源模塊主要由集成的開關(guān)電源組成，用于對校準(zhǔn)檢測器所有芯片的供電以及 電流源的供電。
[0016] 電流泵模塊的電流輸出端與輸出保護(hù)模塊的電流輸入接線端子連接。
[0017] 電流泵模塊主要由運算放大器芯片和M0S管構(gòu)成。本實用新型所使用的運算放大 器芯片有貼片封裝的TL082和直插封裝的IRF740構(gòu)成。本電流泵模塊由基本的Howland current pump變化而成，最大輸出電流為1000mA，其帶載能力為120 Ω，完全滿足毫安秒表 的計量校準(zhǔn)需求。
[0018] 輸出保護(hù)模塊主要由二極管構(gòu)成，用于防止由電流輸出端口、電流輸入端口的誤 操作對本實用新型造成的損壞。
[0019] 輸出保護(hù)模塊經(jīng)取樣電阻模塊與AD模塊的電流輸入端子連接。
[0020] 取樣電阻主要由高精度電阻構(gòu)成，其主要用于將電流轉(zhuǎn)化為電壓，并經(jīng)由AD模塊 采集到MCU，以再次構(gòu)成反饋回路，保障電流泵的輸出精度。
[0021] 通訊模塊主要由貼片封裝的MAX3232芯片構(gòu)成，通訊模塊與MCU的對應(yīng)信號輸出、 輸入串口連接，用于將MCU輸出的串口信號轉(zhuǎn)換成符合串口通訊的電壓信號，并將輸入的 串口信號轉(zhuǎn)換為符合MCU電壓要求的數(shù)字信號，進(jìn)而完成通訊。
[0022] 存儲模塊的信號輸出、輸入端分別與MCU的對應(yīng)接口連接，存儲模塊主要由貼片 封裝的AT24LC64芯片構(gòu)成，其主要用于關(guān)鍵校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存取以及本實用新型關(guān)鍵參數(shù)的 存取。
[0023] 鍵盤模塊的信號輸出、輸入端分別與MCU的對應(yīng)接口連接。
[0024] 鍵盤模塊主要由直插封裝的BC7281芯片、貼片封裝的74LS164芯片以及1N4148 構(gòu)成，主要用于按鍵的擴(kuò)展，其最多可以擴(kuò)展出64個按鍵。
[0025] 顯示模塊通過30線的排線與控制面板上的IXD的對應(yīng)接口連接。鍵盤模塊通過 4線的排線與控制面板上的鍵盤連接。通訊模塊通過3線的排線與控制面板上的通訊端口 C0MM連接。MCU通過2線的排線與控制面板上的溯源端口 2連接。電流泵模塊通過4線的 排線與控制面板上的電流輸入、輸出端口及電流溯源端口連接。
[0026] 本實用新型能夠完成對時間電流表(毫安秒表）的檢測；并可實現(xiàn)重復(fù)測量，測量 準(zhǔn)確度達(dá)到0. 2%，{參考電壓的AD轉(zhuǎn)換采用12位的測量數(shù)據(jù)，即控制電流準(zhǔn)確度可達(dá)到 〇. 1%，時間指標(biāo)ΚΓ5即準(zhǔn)確度達(dá)到〇. 01%，毫安秒的準(zhǔn)確度依據(jù)JJF1059《測量不確定度評 定與表示》采用方差合成法即*?=#+*4為〇. 1%，擴(kuò)展不確定度爐〇. 2%，i =2}。滿足 溯源系統(tǒng)表的傳遞誤差要求，即校準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度（0. 2%)要高于被測儀表準(zhǔn)確度（1. 0%? 3. 5%)三分之一的要求。該檢測裝置完善了對時間電流表(毫安秒表）的量值溯源體系表； 同時對時間電流表(毫安秒表）校準(zhǔn)檢測裝置的設(shè)計考慮了進(jìn)一步向上溯源的要求，配置標(biāo) 準(zhǔn)時間和電流輸出測量接口，實現(xiàn)本裝置的電流和時間的溯源，可以進(jìn)一步溯源到國家基 準(zhǔn)。作為計量檢測機構(gòu)使用本裝置，對提高檢測能力，對社會開展計量校準(zhǔn)服務(wù)合法性和權(quán) 威性提供了技術(shù)保障，并且還可以收取計量校準(zhǔn)服務(wù)費用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
[0027] 本實用新型的工作原理說明如下：使用者通過鍵盤進(jìn)行設(shè)定后，本實用新型的鍵 盤模塊獲取使用者的設(shè)定信息，MCU根據(jù)設(shè)定信息控制顯示模塊進(jìn)而在LCD顯示屏幕上顯 示相關(guān)設(shè)定信息，然后MCU對相關(guān)的控制電壓幅值、輸出時間進(jìn)行計算，通過DA模塊輸出相 應(yīng)的電壓幅值，該電壓作用在電流泵模塊上，從而產(chǎn)生設(shè)定要求的電流；然后MCU設(shè)定計時 模塊的中斷輸出時間（該時間很短，僅us級，可以在輸出時間中剔除以保證輸出時間準(zhǔn)確 度）;在此期間，MCU通過AD模塊采集取樣電阻上的電壓，進(jìn)而對輸出電流的幅值進(jìn)行判斷， 然后MCU再通過DA模塊對其輸出電壓幅值進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)而對電流泵模塊的輸出電流進(jìn)行 微調(diào)，進(jìn)而達(dá)到輸出電流幅值準(zhǔn)確的目的；在達(dá)到指定時間后，計時模塊輸出相應(yīng)的中斷脈 沖，MCU捕獲后立即控制DA模塊停止電壓輸出，從而停止電流輸出。
[0028] 在進(jìn)行溯源時，本實用新型可以通過時間溯源端口、電流溯源端口分別輸出指定 的正脈沖和電流，對它們進(jìn)行計量校準(zhǔn)，就可以達(dá)到對本裝置的時間參數(shù)、電流參數(shù)進(jìn)行溯 源的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是外殼體控制面板示意圖。
[0030] 圖2是校準(zhǔn)檢測器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3是校準(zhǔn)檢測器與外殼體控制面板連接示意圖。

【具體實施方式】
[0032] 一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置，包括外殼體和校準(zhǔn)檢測器，其特征在于：
[0033] 外殼體的控制面板20上設(shè)置有IXD顯示屏幕1、時間溯源端口 2、電流溯源端口 3、 電流輸出端口 4、電流輸入端口 5、通訊端口 C0MM6以及鍵盤7,它們都由排線與校準(zhǔn)檢測器 對應(yīng)接口相連。
[0034] 其中，IXD顯示屏幕1主要由北京青云生產(chǎn)的12864液晶顯示屏幕構(gòu)成，其自帶 中文字庫，可以顯示4行文字；時間溯源端口 2主要由BNC(Female)接頭構(gòu)成，在溯源時能 輸出指定脈寬（l〇ms?1000ms，步進(jìn)精度10ms)的正脈沖信號以及l(fā)pps的方波信號，校準(zhǔn) 時可以根據(jù)其正脈沖的脈寬對本實用新型的時間參數(shù)進(jìn)行溯源；電流溯源端口 3主要由 BNC (Female)接頭構(gòu)成，在溯源時能輸出指定幅度（1mA?1000mA，步進(jìn)精度1mA)的直流信 號，校準(zhǔn)時可以根據(jù)其幅度對本實用新型的電流參數(shù)進(jìn)行溯源；電流輸出端口 4與電流輸 入端口 5主要由香蕉接頭（Female)構(gòu)成，用于連接被校準(zhǔn)的毫安秒表；通訊端口 6用于設(shè) 備調(diào)試及上位機通訊；鍵盤7主要由4個薄膜按鍵構(gòu)成，用于完成對本實用新型的基本操 作。
[0035] 校準(zhǔn)檢測器，包括顯示模塊8、MCU (微控制單元）9、計時模塊10、DA模塊11、電壓 源模塊12、電流泵模塊13、輸出保護(hù)模塊14、取樣電阻模塊15、AD模塊16、通訊模塊17、存 儲模塊18和鍵盤模塊19,它們都通過排線與外殼上的相應(yīng)部分連接。
[0036] 其中，顯示模塊8主要由貼片封裝總線擴(kuò)展芯片74LS245構(gòu)成，用于提高總線驅(qū)動 能力和將LCD顯示屏幕與MCU9隔離，以對MCU9的相應(yīng)管腳進(jìn)行保護(hù)。
[0037] MCU 9是校準(zhǔn)檢測器的核心，用于顯示控制、鍵盤按鍵捕獲、計時中斷響應(yīng)、DA輸 出電壓控制、AD電壓采樣讀取、通訊和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的存取與讀取。本實用新型的MCU采用了 ST公司生產(chǎn)的具有64管腳的ARM7芯片STM32F103R，其倍頻后的最高頻率為72MHz。
[0038] 在本實用新型中MCU 9用其PA 口作為數(shù)據(jù)總線，控制IXD屏幕的顯示；使用I2C 總線完成對存儲模塊18的存儲和讀?。皇褂闷浯?I功能完成對通訊模塊17的控制；使用 SMB總線完成對DA模塊11、AD模塊16的讀寫操作；使用外部中斷與PC端口完成對計時模 塊10的控制。
[0039] 計時模塊10主要由貼片封裝的X1226構(gòu)成，為了保證輸出時間的準(zhǔn)確，本實用新 型為其配備了準(zhǔn)確度高達(dá)ΚΓ 5的恒溫高穩(wěn)晶振，其頻率為32. 768kHz。
[0040] DA模塊11主要由ΤΙ公司生產(chǎn)的貼片DA芯片TLV5618與參考電壓芯片TL431構(gòu) 成，其中DA芯片具有12位的輸出精度，轉(zhuǎn)換時間優(yōu)于10 μ s。
[0041] 電壓源模塊12主要由集成的開關(guān)電源組成，用于對校準(zhǔn)檢測器所有芯片的供電 以及電流源的供電。
[0042] 電流泵模塊13的電流輸出端與輸出保護(hù)模塊14的電流輸入接線端子連接。
[0043] 電流泵模塊13主要由運算放大器芯片和M0S管構(gòu)成。本實用新型所使用的運算放 大器芯片有貼片封裝的TL082和直插封裝的IRF740構(gòu)成。本電流泵模塊由基本的Howland current pump變化而成，最大輸出電流為1000mA，其帶載能力為120 Ω，完全滿足毫安秒表 的計量校準(zhǔn)需求。
[0044] 輸出保護(hù)模塊14主要由二極管構(gòu)成，用于防止由電流輸出端口 4、電流輸入端口 5 的誤操作對本實用新型造成的損壞。
[0045] 輸出保護(hù)模塊14經(jīng)取樣電阻模塊15與AD模塊的電流輸入端子連接。
[0046] 取樣電阻模塊15主要由高精度電阻構(gòu)成，其主要用于將電流轉(zhuǎn)化為電壓，并經(jīng)由 AD模塊16采集到MCU9,以再次構(gòu)成反饋回路，保障電流泵的輸出精度。
[0047] 通訊模塊17主要由貼片封裝的MAX3232芯片構(gòu)成，通訊模塊17與MCU9的對應(yīng)信 號輸出、輸入串口連接，用于將MCU9輸出的串口信號轉(zhuǎn)換成符合串口通訊的電壓信號，并 將輸入的串口信號轉(zhuǎn)換為符合MCU9電壓要求的數(shù)字信號，進(jìn)而完成通訊。
[0048] 存儲模塊18的信號輸出、輸入端分別與MCU9的對應(yīng)接口連接，存儲模塊18主要 由貼片封裝的AT24LC64芯片構(gòu)成，其主要用于關(guān)鍵校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存取以及本實用新型關(guān)鍵 參數(shù)的存取。
[0049] 鍵盤模塊19的信號輸出、輸入端分別與MCU9的對應(yīng)接口連接。
[0050] 鍵盤模塊19主要由直插封裝的BC7281芯片、貼片封裝的74LS164芯片以及 1N4148構(gòu)成，主要用于按鍵的擴(kuò)展，其最多可以擴(kuò)展出64個按鍵。
[0051] 顯示模塊8通過30線的排線與控制面板20上的IXD的對應(yīng)接口連接。鍵盤模塊 19通過4線的排線與控制面板20上的鍵盤7連接。通訊模塊17通過3線的排線與控制面 板20上的通訊端口 C0MM6連接。MCU9通過2線的排線與控制面板20上的溯源端口 2連 接。電流泵模塊通過4線的排線與控制面板20上的電流輸入端口 5、電流輸出端口 4及電 流溯源端口 3連接。
【權(quán)利要求】
1. 一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置，包括外殼體和校準(zhǔn)檢測器，校準(zhǔn)檢測器，包括顯示 模塊（8)、MCU(9)、計時模塊（10)、DA模塊（11)、電壓源模塊（12)、電流泵模塊（13)、輸出保 護(hù)模塊（14)、取樣電阻模塊（15)、AD模塊（16)、通訊模塊（17)、存儲模塊（18)和鍵盤模塊 (19)，其特征在于： 外殼體的控制面板（20)上設(shè)置有LCD顯示屏幕（1)、時間溯源端口（2)、電流溯源端口 (3)、電流輸出端口（4)、電流輸入端口（5)、通訊端口（6)以及鍵盤（7)，它們都由排線與校 準(zhǔn)檢測器對應(yīng)接口相連； MCU(9)用其PA 口作為數(shù)據(jù)總線，控制LCD屏幕的顯示；使用I2C總線完成對存儲模塊 (18) 的存儲和讀??；使用其串口 I完成對通訊模塊（17)的控制；使用SMB總線完成對DA模 塊（11)、AD模塊（16)的讀寫操作；使用外部中斷與PC端口完成對計時模塊（10)的控制； 電壓源模塊（12)的電壓輸出端與電流泵模塊（13)的電壓信號輸入端連接； 電流泵模塊（13)的電流輸出端與輸出保護(hù)模塊（14)的電流輸入接線端子連接； 輸出保護(hù)模塊（14)經(jīng)取樣電阻模塊（15)與AD模塊的電流輸入端子連接； 取樣電阻模塊（15)經(jīng)由AD模塊（16)采集信息與MCU(9)交換，以構(gòu)成反饋回路的連 接； 通訊模塊（17)與MCU (9)的對應(yīng)信號輸出、輸入串口連接； 存儲模塊（18)的信號輸出、輸入端分別與MCU(9)的對應(yīng)接口連接， 鍵盤模塊（19)的信號輸出、輸入端分別與MCU(9)的對應(yīng)接口連接； 顯示模塊（8)通過30線的排線與控制面板（20)上的LCD的對應(yīng)接口連接；鍵盤模塊 (19) 通過4線的排線與控制面板（20)上的鍵盤（7)連接；通訊模塊（17)通過3線的排線 與控制面板（20)上的通訊端口 COMM(6)連接；MCU(9)通過2線的排線與控制面板（20)上 的溯源端口（2)連接；電流泵模塊（13)通過4線的排線與控制面板（20)上的電流輸入端 口（5)、電流輸出端口（4)及電流溯源端口（3)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時間電流表的校準(zhǔn)檢測裝置，其特征在于：LCD顯示屏幕 (1)為12864液晶顯示屏幕； 顯示模塊（8)主要由貼片封裝總線擴(kuò)展芯片74LS245構(gòu)成； MCU(9)為64管腳的ARM7芯片STM32F103R，其倍頻后的最高頻率為72MHz ; 計時模塊（10)為貼片封裝的X1226構(gòu)成； DA模塊（11)主要由TI公司生產(chǎn)的貼片DA芯片TLV5618與參考電壓芯片TL431構(gòu)成； 通訊模塊（17)主要由貼片封裝的MAX3232芯片構(gòu)成； 存儲模塊（18)主要由貼片封裝的AT24LC64芯片構(gòu)成； 鍵盤模塊（19)主要由直插封裝的BC7281芯片、貼片封裝的74LS164芯片以及1N4148 構(gòu)成，最多可以擴(kuò)展出64個按鍵。
【文檔編號】G01R35/00GK203881927SQ201420138779
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】宋麗霞, 孫家林, 李諾, 金月紅 申請人:孫家林