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CN105092928B - 数字钳型表及其自动测量方法 - Google Patents

数字钳型表及其自动测量方法 Download PDF

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CN105092928B
CN105092928B CN201510437474.7A CN201510437474A CN105092928B CN 105092928 B CN105092928 B CN 105092928B CN 201510437474 A CN201510437474 A CN 201510437474A CN 105092928 B CN105092928 B CN 105092928B
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resistor
voltage
signal
microprocessor
operational amplifier
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高超
王成龙
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Guilin Huayi Intelligent Measurement Technology Co Ltd
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Shenzhen Hua Measurement Yizhi Polytron Technologies Inc
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Abstract

本发明公开了一种数字钳型表，该数字钳型表包括被测信号公共输入端、电压/电阻输入端、电流互感器、电压/电阻检测电路、交流电流检测电路、微处理器及显示器；被测信号公共输入端接地；电压/电阻检测电路的检测输入端与电压/电阻输入端连接，其检测输出端与微处理器的信号输入端连接，其受控端与微处理器的控制输出端连接；交流电流检测电路的检测输入端与电流互感器的次边线圈连接，其检测输出端与微处理器的信号输入端连接，其受控端与微处理器的控制输出端连接；微处理器的信号输出端与显示器连接。本发明数字钳型表具有自动选择测量功能的优点；同时，还具有安全性高及成本低的优点。本发明还公开一种上述数字钳型表的自动测量方法。

Description

数字钳型表及其自动测量方法
技术领域
本发明涉及电气检测技术领域，特别涉及一种数字钳型表及其自动测量方法。
背景技术
目前，电气测量的测量安全越来越被人们所重视。当前，美国每天平均有9,000个工人在电气测量工作中被致伤残，而出现事故的原因80％以上都是由于工人对电气测量工具的误操作所造成的。现有技术中，普通的钳型表必须选择正确的测量功能才能对相应的被测信号进行测量，否则会导致安全事故的发生，例如，使用钳型表的交流电压测量功能去测量直流电压电路，或者使用其电阻测量功能去测量交流电压电路等。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种能自动选择测量功能的数字钳型表。
本发明的另一目的是提供一种数字钳型表的自动测量方法。
为实现上述目的，本发明提供一种数字钳型表，所述数字钳型表包括：
被测信号公共输入端；
电压/电阻输入端，与所述被测信号公共输入端相配合，用于输入被测电压或被测电阻；
电压/电阻检测电路，用于对所述被测电压或被测电阻进行信号检测处理；
电流互感器，用于对被测信号为交流电流时对所述交流电流进行感应检测；
交流电流检测电路，用于对所述电流互感器的次边线圈所产生的感应电流进行信号检测处理；
显示器，用于显示所述被测电压的电压值、所述被测电阻的阻值或所述被测交流电流的电流值；以及
微处理器，用于控制所述电压/电阻检测电路工作以及对所述电压/电阻检测电路的输出信号进行处理，控制所述显示器对所述被测电压的电压值或所述被测电阻的阻值进行显示，控制所述交流电流检测电路工作以及对所述交流电流检测电路的输出信号进行处理，以及控制所述显示器对所述交流电流的电流值进行显示；其中，
所述电压/电阻检测电路的检测输入端与所述电压/电阻输入端连接，所述电压/电阻检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述电压/电阻检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接；所述微处理器的信号输出端与所述显示器连接；所述被测信号公共输入端接地；所述交流电流检测电路的检测输入端与所述电流互感器的次边线圈连接，所述交流电流检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述交流电流检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接。
优选地，所述电压/电阻检测电路包括电阻检测电路和电压检测电路；所述电阻检测电路的检测输入端及所述电压检测电路的检测输入端均与所述电压/电阻输入端连接，所述电阻检测电路的检测输出端及所述电压检测电路的检测输出端均与所述微处理器的信号输入端连接，所述电阻检测电路的受控端及所述电压检测电路的受控端均与所述微处理器的控制输出端连接。
优选地，所述数字钳型表还包括用于当所述被测电阻的阻值小于预设电阻值时发出报警声音的报警装置；所述报警装置与所述微处理器连接。
优选地，所述电阻检测电路包括恒流源电路、电子开关、高压保护电路及电压信号处理电路；其中，
所述恒流源电路经所述高压保护电路与所述电压信号处理电路连接，所述恒流源电路还与所述电子开关的输入端连接；所述电子开关的通道选择控制端与所述微处理器连接。
优选地，所述恒流源电路包括工作电压输入端、参考电压输入端、第一运算放大器、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第七电阻；其中，
所述第一运算放大器的电源端与所述工作电压输入端连接，所述第一运算放大器的地端接地；所述第一运算放大器的第一同相输入端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第三端连接，所述第四电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第四端连接；所述电子开关的公共端、地端、使能端及NC端均接地，所述电子开关的电源端与所述工作电压输入端连接；所述电子开关的通道选择控制端与所述微处理器的控制输出端连接；所述第一运算放大器的第一反相输入端分别与所述第五电阻的第一端及所述第六电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端接地；所述第六电阻的第二端与所述参考电压输入端连接；所述第一运算放大器的第一输出端分别与所述NMOS管的栅极及所述第七电阻的第一端连接；所述第七电阻的第二端接地；所述NMOS管的漏极与所述高压保护电路连接，所述NMOS管的源极与所述第一运算放大器的第一同相输入端连接。
优选地，所述高压保护电路包括第一二极管、压敏电阻及所述NMOS管自身所带的二极管；其中，
所述第一二极管的阴极与所述NMOS管自身所带的二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极分别与所述压敏电阻的第一端及所述电压信号处理电路连接；所述压敏电阻的第二端接地。
优选地，所述电压信号处理电路包括第二运算放大器、第八电阻、第九电阻、第十电阻及第十一电阻；其中，
所述第八电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第八电阻的第二端与所述电压/电阻输入端连接；所述第九电阻的第一端与所述电压/电阻输入端连接，所述第九电阻的第二端经所述第十电阻与所述第二运算放大器的第一反相输入端连接；所述第二运算放大器的第一同相输入端分别与所述第二运算放大器的第一输出端及所述第十一电阻的第一端连接；所述第二运算放大器的第一输出端还与所述微处理器的信号输入端连接；所述第十一电阻的第二端接地；所述第二运算放大器的电源端与所述工作电压输入端连接，所述第二运算放大器的地端接地。
优选地，所述电压检测电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、所述第九电阻、所述第十电阻、所述第十一电阻、所述第二运算放大器及所述电子开关；其中，
所述第九电阻的第一端与所述电压/电阻输入端连接，所述第九电阻的第二端经所述第十电阻与所述第二运算放大器的第一反相输入端连接；所述第二运算放大器的第一同相输入端分别与所述第二运算放大器的第一输出端及所述第十一电阻的第一端连接；所述第二运算放大器的第一输出端还与所述微处理器的信号输入端连接；所述第十一电阻的第二端接地；
所述第十二电阻的第一端、第十三电阻的第一端及第十四电阻的第一端均与所述第二运算放大器的第一反相输入端连接；所述第十二电阻的第二端与所述电子开关的第二组输入端的第一端连接；所述第十三电阻的第二端与所述电子开关的第二组输入端的第二端连接；所述第十四电阻的第二端与所述电子开关的第二组输入端的第三端连接；
所述第二运算放大器的第二同相输入端接地，所述第二运算放大器的第二反相输入端经所述第十五电阻与所述第二运算放大器的第一输出端连接，所述第二运算放大器的第二反相输入端还经所述第十六电阻与所述第二运算放大器的第二输出端连接，所述第二运算放大器的第二输出端还经所述第十七电阻与所述微处理器的信号输入端连接。
优选地，所述交流电流检测电路包括第三运算放大器、双二极管、NPN三极管、PNP三极管、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十七电阻、第二十八电阻、第二十九电阻、第三十电阻、第一电容及第二电容；其中，
所述第十八电阻的第一端、第十九电阻的第一端、第二十电阻的第一端、第二十一电阻的第一端、第二十二电阻的第一端及第二十三电阻的第一端均与所述电流互感器的次边线圈的同名端连接，所述电流互感器的次边线圈的异名端接地；所述第十八电阻的第二端及第十九电阻的第二端均与所述PNP三极管的发射极连接；所述PNP三极管的基极及所述NPN三极管的基极均与所述微处理器的控制输出端连接；所述PNP三极管的集电极与所述NPN三极管的集电极连接；所述NPN三极管的发射极接地；所述第二十电阻的第二端、第二十一电阻的第二端及第二十二电阻的第二端均接地；所述第二十三电阻的第二端分别与第二十四电阻的第一端及第三运算放大器的第一同相输入端连接；所述第三运算放大器的第一反相输入端接地，其第一输出端与第二十四电阻的第二端连接，其第一输出端还经第二十五电阻与所述微处理器的信号输入端连接，其电源端与所述工作电压输入端连接，其地端接地，其第二同相输入端接地，其第二反相输入端分别与第二十六电阻的第一端、第二十七电阻的第一端及第二十八电阻的第一端连接；所述第二十六电阻的第二端与第二十二电阻的第一端连接；第二十七电阻的第二端与双二极管的正极输入端连接；第二十八电阻的第二端分别与双二极管的负极输入端及第二十九电阻的第一端连接；双二极管的输出端与第三运算放大器的第二输出端连接；第二十九电阻的第二端与所述微处理器的信号输入端连接，第二十九电阻的第二端还经第三十电阻接地；第一电容与第二十八电阻并联；第二电容与第三十电阻并联。
为实现上述目的，本发明提供一种数字钳型表的自动测量方法，适用前述的数字钳型表，所述数字钳型表的自动测量方法包括交流电流测量步骤和电压/电阻测量步骤，其中：
所述交流电流测量步骤包括：
所述微处理器控制所述交流电流检测电路对所述电流互感器的次边线圈所产生的感应电流进行信号检测处理，由所述交流电流检测电路将所产生的感应交流电压转变成被测交流电流的频率信号及被测交流电流所对应的第一直流电压信号；以及
所述微处理器接收所述被测交流电流的频率信号及被测交流电流所对应的第一直流电压信号，当所述第一直流电压信号的电压值超过第一阈值电压时，所述微处理器通过检测该频率信号及该第一直流电压信号判别被测交流电流的频率值及电流值，并将所述被测交流电流的频率值及电流值输出至所述显示器进行显示；
所述电压/电阻测量步骤包括：
所述微处理器控制所述电压/电阻检测电路对输入的被测电压或被测电阻进行信号检测处理后输出电压信号；
所述微处理器接收所述电压/电阻检测电路输出的电压信号，判断所述电压信号的电压值是否超过预设的第二阈值电压；
当所述电压信号的电压值超过预设的第二阈值电压时，所述微处理器判断所述电压信号代表被测电压，通过对所述电压信号进行高速采样来判断所述被测电压为交流电压信号还是为直流电压信号，若高速采样电压信号得到的电压值超过预设的第三阈值电压，则判断所述被测电压为交流电压信号，若高速采样电压信号得到的电压值未超过预设的第三阈值电压，则判断所述被测电压为直流电压信号，其中所述第三阈值电压大于所述第二阈值电压；
当判断所述被测电压为直流电压信号时，所述微处理器根据所述电压信号计算出对应的直流电压值，并将所述直流电压值输出至所述显示器进行显示；当判断所述被测电压为交流电压信号时，所述微处理器通过对所述被测电压的频率信号分析计算出对交流电压信号最优的采样速率，按照该最优的采样速率对交流电压信号进行采样以计算出交流电压值，并将所述交流电压值输出至所述显示器进行显示；以及
当所述电压信号未超过预设的第二阈值电压时，所述微处理器判断输入为被测电阻，所述微处理器根据所述电压信号计算出对应的电阻值。
优选地，所述微处理器根据所述电压信号计算出对应的电阻值的步骤之后进一步包括步骤：
所述微处理器判断所述电阻值是否小于预设阻值；当所述电阻值不小于所述预设阻值时，所述微处理器将所述电阻值输出至所述显示器进行显示；当所述电阻值小于所述预设阻值时，所述微处理器控制报警装置进行报警。
本发明提供的数字钳型表，所述电压/电阻检测电路的检测输入端与所述电压/电阻输入端连接，所述电压/电阻检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述电压/电阻检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接；所述微处理器的信号输出端与所述显示器连接；所述被测信号公共输入端接地；所述交流电流检测电路的检测输入端与所述电流互感器的次边线圈连接，所述交流电流检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述交流电流检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接。本发明数字钳型表具有自动选择测量功能的优点，即本发明数字钳型表不需要进行任何测量功能的切换选择，即可自动识别被测信号的信号类型，并把测量结果显示出来；同时，本发明数字钳型表还具有安全性高及成本低的优点。本发明数字钳型表的自动测量方法，能够实现对交流电流、电压/电阻的自动识别与测量，使得数字钳型表的测量极其方便。
附图说明
图1是本发明数字钳型表一实施例的模块结构示意图；
图2是本发明数字钳型表一实施例中电阻检测电路的电路结构示意图；
图3是本发明数字钳型表一实施例中电压检测电路的电路结构示意图；
图4是本发明数字钳型表一实施例中交流电流检测电路的电路结构示意图。
图5为本发明数字钳型表的自动测量方法中交流电流测量步骤一实施例的步骤流程图。
图6为本发明数字钳型表的自动测量方法中电压/电阻测量步骤一实施例的步骤流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种数字钳型表。
参照图1，图1是本发明数字钳型表一实施例的模块结构示意图。
本实施例中，该数字钳型表包括被测信号公共输入端101、电压/电阻输入端102、电压/电阻检测电路103、微处理器104、显示器105、电流互感器106、交流电流检测电路107及报警装置108。
其中，所述被测信号公共输入端101为被测信号的检测公共输入端；
所述电压/电阻输入端102，用于与所述被测信号公共输入端101相配合以输入被测电压或被测电阻；
所述电压/电阻检测电路103，用于对所述被测电压或被测电阻进行信号检测处理。本实施例中，所述电压/电阻检测电路103包括电阻检测电路1031和电压检测电路1032；
所述微处理器104，用于控制所述电压/电阻检测电路103工作以及对所述电压/电阻检测电路103的输出信号进行处理，控制所述显示器105对所述被测电压的电压值或所述被测电阻的阻值进行显示，控制所述交流电流检测电路107工作以及对所述交流电流检测电路107的输出信号进行处理，以及控制所述显示器105对所述交流电流的电流值进行显示；
所述显示器105，用于显示所述被测电压的电压值、所述被测电阻的阻值或所述被测交流电流的电流值；
所述电流互感器106，用于对被测信号为交流电流时对所述交流电流进行感应检测。本实施例中，所述电流互感器106为钳形互感器。
所述交流电流检测电路107，用于对所述电流互感器106的次边线圈所产生的感应电流进行信号检测处理。
所述报警装置108，用于当所述被测电阻的阻值小于预设电阻值时发出报警声音。本实施例中，所述报警装置108为蜂鸣器。
具体地，所述被测信号公共输入端101接地；所述电阻检测电路1031的检测输入端及所述电压检测电路1032的检测输入端均与所述电压/电阻输入端102连接，所述电阻检测电路1031的检测输出端及所述电压检测电路1032的检测输出端均与所述微处理器104的信号输入端连接，所述电阻检测电路1031的受控端与所述微处理器104的控制输出端连接(图未示)；所述电压检测电路1032的受控端与所述微处理器104的控制输出端连接；所述微处理器104的信号输出端与所述显示器105连接；所述交流电流检测电路107的检测输入端与所述电流互感器106的次边线圈连接，所述交流电流检测电路107的检测输出端与所述微处理器104的信号输入端连接，所述交流电流检测电路107的受控端与所述微处理器104的控制输出端连接；所述报警装置108与所述微处理器104连接。
图2是本发明数字钳型表一实施例中电阻检测电路的电路结构示意图。
一并参照图1和图2，本实施例中，所述电阻检测电路1031包括恒流源电路201、电子开关202、高压保护电路203及电压信号处理电路204。本实施例中，所述电子开关202的型号为SGM4582。
具体地，所述恒流源电路201经所述高压保护电路203与所述电压信号处理电路204连接，所述恒流源电路201还与所述电子开关202的输入端连接；所述电子开关202的通道选择控制端(对应图2中所述电子开关202的第9引脚和第10引脚)与所述微处理器104连接(即所述微处理器104输出控制信号S4和控制信号S5至所述电子开关202以控制所述电子开关202的输入通道的选择)。
本实施例中，所述恒流源电路201包括工作电压输入端VDD、参考电压输入端REFO、第一运算放大器U1、NMOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第七电阻R7。本实施例中，所述第一运算放大器U1的型号为TP358。
具体地，所述第一运算放大器U1的电源端VCC与所述工作电压输入端VDD连接，所述第一运算放大器U1的地端GND接地；所述第一运算放大器U1的第一同相输入端1A+分别与所述第一电阻R1的第一端、所述第二电阻R2的第一端、所述第三电阻R3的第一端及所述第四电阻R4的第一端连接；所述第一电阻R1的第二端与所述电子开关202的第一组输入端的第一端Y0连接，所述第二电阻R2的第二端与所述电子开关202的第一组输入端的第二端Y1连接，所述第三电阻R3的第二端与所述电子开关202的第一组输入端的第三端Y2连接，所述第四电阻R4的第二端与所述电子开关202的第一组输入端的第四端Y3连接；所述电子开关202的公共端Y、地端GND、使能端EN及NC端均接地，所述电子开关202的电源端V+与所述工作电压输入端VDD连接；所述电子开关202的通道选择控制端A、B与所述微处理器104的控制输出端连接。
所述第一运算放大器U1的第一反相输入端1A-分别与所述第五电阻R5的第一端及所述第六电阻R6的第一端连接；所述第五电阻R5的第二端接地；所述第六电阻R6的第二端与所述参考电压输入端REFO连接；所述第一运算放大器U1的第一输出端OA分别与所述NMOS管Q1的栅极及所述第七电阻R7的第一端连接；所述第七电阻R7的第二端接地；所述NMOS管Q1的漏极与所述高压保护电路203连接，所述NMOS管Q1的源极与所述第一运算放大器U1的第一同相输入端1A+连接。
本实施例中，所述高压保护电路203包括第一二极管D1、压敏电阻S1及所述NMOS管Q1自身所带的二极管D0；
具体地，所述第一二极管D1的阴极与所述NMOS管Q1自身所带的二极管D0的阴极连接，所述第一二极管D1的阳极分别与所述压敏电阻S1的第一端及所述电压信号处理电路204连接；所述压敏电阻S1的第二端接地。
所述电压信号处理电路204包括第二运算放大器U2、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10及第十一电阻R11。本实施例中，所述第八电阻R8为热敏电阻，所述第二运算放大器U2的型号为TP358。
具体地，所述第八电阻R8的第一端与所述第一二极管D1的阳极连接，所述第八电阻R8的第二端与所述电压/电阻输入端V/OHM(即图1中的所述电压/电阻输入端102)连接；所述第九电阻R9的第一端与所述电压/电阻输入端V/OHM连接，所述第九电阻R9的第二端经所述第十电阻R10与所述第二运算放大器U2的第一反相输入端1A-连接；所述第二运算放大器U2的第一同相输入端1A+分别与所述第二运算放大器U2的第一输出端OA及所述第十一电阻R11的第一端连接；所述第二运算放大器U2的第一输出端OA还与所述微处理器104的信号输入端连接(即本实施例中，所述第二运算放大器U2的第一输出端OA输出被测电阻所对应的电压信号ADIN至所述微处理器104的信号输入端)；所述第十一电阻R11的第二端接地；所述第二运算放大器U2的电源端VCC与所述工作电压输入端VDD连接，所述第二运算放大器U2的地端GND接地。
一并参照图1和图2，本实施例中，所述电阻检测电路1031测量电阻的方法与传统的钳型表测量电阻的方法不同，传统的钳型表测量电阻的方法是采用恒压电阻测量方法。本实施例中，被测电阻通过所述电压/电阻输入端V/OHM(对应图1中的所述电压/电阻输入端102)及被测信号公共输入端COM(对应图1中的所述被测信号公共输入端101)输入，所述电阻检测电路1031测量电阻的方法是充分利用所述NMOS管Q1的低端驱动的原理，利用所述第一运算放大器U1、所述NMOS管Q1及所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5、所述第六电阻R6及所述第七电阻R7(即所述恒流源电路201)实现电阻恒流测量(即本实施例中，所述电阻检测电路1031测量电阻的方法是采用恒流电阻测量方法)。同时，所述电阻检测电路1031中，利用所述第一二极管D1及所述NMOS管Q1自身所带的二极管D0及所述压敏电阻S1构成低成本有效的高压保护电路203。
图3是本发明数字钳型表一实施例中电压检测电路的电路结构示意图。
一并参照图1、图2和图3，本实施例中，所述电压检测电路1032包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、所述第九电阻R9、所述第十电阻R10、所述第十一电阻R11、所述第二运算放大器U2及所述电子开关202，即所述第九电阻R9、所述第十电阻R10、所述第十一电阻R11、所述第二运算放大器U2及所述电子开关202为所述电压检测电路1032和所述电阻检测电路1031所共用的元器件。
具体地，所述第九电阻R9的第一端与所述电压/电阻输入端V/OHM连接，所述第九电阻R9的第二端经所述第十电阻R10与所述第二运算放大器U2的第一反相输入端1A-连接；所述第二运算放大器U2的第一同相输入端1A+分别与所述第二运算放大器U2的第一输出端OA及所述第十一电阻R11的第一端连接；所述第二运算放大器U2的第一输出端OA还与所述微处理器104的信号输入端连接(即本实施例中，所述第二运算放大器U2的第一输出端OA输出被测电压所对应的电压信号VOUT至所述微处理器104的信号输入端)；所述第十一电阻R11的第二端接地；所述第十二电阻R12的第一端、第十三电阻R13的第一端及第十四电阻R14的第一端均与所述第二运算放大器U2的第一反相输入端1A-连接；所述第十二电阻R12的第二端与所述电子开关202的第二组输入端的第一端X0连接；所述第十三电阻R13的第二端与所述电子开关202的第二组输入端的第二端X1连接；所述第十四电阻R14的第二端与所述电子开关202的第二组输入端的第三端X2连接；所述第二运算放大器U2的第二同相输入端1B+接地，所述第二运算放大器U2的第二反相输入端1B-经所述第十五电阻R15与所述第二运算放大器U2的第一输出端OA连接，所述第二运算放大器U2的第二反相输入端1B-还经所述第十六电阻R16与所述第二运算放大器U2的第二输出端OB连接，所述第二运算放大器U2的第二输出端OB还经所述第十七电阻R17与所述微处理器104的信号输入端连接(即本实施例中，所述第二运算放大器U2的第二输出端OB输出被测电压的频率信号VFreq，该频率信号VFreq经所述第十七电阻R17输出至所述微处理器104的信号输入端)。
一并参照图1、图2和图3，本实施例中，被测电压通过所述电压/电阻输入端V/OHM(对应图1中的所述电压/电阻输入端102)及被测信号公共输入端COM(对应图1中的所述被测信号公共输入端101)输入，所输入的被测电压通过所述第九电阻R9、第十电阻R10及第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14构成分压网络，然后通过所述第二运算放大器U2将所述被测电压所对应的电压信号VOUT送至所述微处理器104，所述微处理器104通过对电压信号VOUT高速采样判断所述被测电压为交流电压信号还是为直流电压信号；同时，所述微处理器104通过对所述被测电压的频率信号VFreq分析计算出对交流电压信号最优的采样速率，并按照该最优的采样速率对交流电压信号进行采样。
图4是本发明数字钳型表一实施例中交流电流检测电路的电路结构示意图。
一并参照图1和图4，本实施例中，所述交流电流检测电路107包括第三运算放大器U3、双二极管Q2、NPN三极管Q3、PNP三极管Q4、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第一电容C1及第二电容C2。本实施例中，所述第三运算放大器U3的型号为TP358。
具体地，所述第十八电阻R18的第一端、第十九电阻R19的第一端、第二十电阻R20的第一端、第二十一电阻R21的第一端、第二十二电阻R22的第一端及第二十三电阻R23的第一端均与所述电流互感器T1(即图1中的所述电流互感器106)的次边线圈S2的同名端连接，所述电流互感器T1的次边线圈S2的异名端接地；所述第十八电阻R18的第二端及第十九电阻R19的第二端均与所述PNP三极管Q4的发射极连接；所述PNP三极管Q4的基极及所述NPN三极管Q3的基极均与所述微处理器104的控制输出端连接(即本实施例中，所述微处理器104输出控制信号CTRL信号至所述PNP三极管Q4的基极及所述NPN三极管Q3的基极，以控制所述PNP三极管Q4及所述NPN三极管Q3是否导通)；所述PNP三极管Q4的集电极与所述NPN三极管Q3的集电极连接；所述NPN三极管Q3的发射极接地；所述第二十电阻R20的第二端、第二十一电阻R21的第二端及第二十二电阻R22的第二端均接地；所述第二十三电阻R23的第二端分别与第二十四电阻R24的第一端及第三运算放大器U3的第一同相输入端1A+连接；所述第三运算放大器U3的第一反相输入端1A-接地，所述第三运算放大器U3的第一输出端OA与第二十四电阻R24的第二端连接，所述第三运算放大器U3的第一输出端OA还经第二十五电阻R25与所述微处理器104的信号输入端连接(即本实施例中，所述第三运算放大器U3的第一输出端OA输出被测交流电流的频率信号ACAFreq，该频率信号ACAFreq经第二十五电阻R25输出至所述微处理器104的信号输入端)，所述第三运算放大器U3的电源端VCC与所述工作电压输入端VDD连接，所述第三运算放大器U3的地端GND接地，所述第三运算放大器U3的第二同相输入端1B+接地，所述第三运算放大器U3的第二反相输入端1B-分别与第二十六电阻R26的第一端、第二十七电阻R27的第一端及第二十八电阻R28的第一端连接；所述第二十六电阻R26的第二端与第二十二电阻R22的第一端连接；第二十七电阻R27的第二端与双二极管Q2的正极输入端(即双二极管Q2标号为1的那端)连接；第二十八电阻R28的第二端分别与双二极管Q2的负极输入端(即双二极管Q2标号为2的那端)及第二十九电阻R29的第一端连接；所述双二极管Q2的输出端(即双二极管Q2标号为3的那端)与所述第三运算放大器U3的第二输出端OB连接；第二十九电阻R29的第二端与所述微处理器104的信号输入端连接(即本实施例中，所述第二十九电阻R29的第二端输出被测交流电流的所对应的直流电压信号ACAOUT至所述微处理器104的信号输入端)，第二十九电阻R29的第二端还经第三十电阻R30接地；第一电容C1与第二十八电阻R28并联；第二电容C2与第三十电阻R30并联。
一并参照图1和图4，本实施例中，被测交流电流通过所述电流互感器T1(即钳形互感器)后在所述电流互感器T1的次边线圈S2产生感应电流，该感应电流通过所述第十八电阻R18、所述第十九电阻R19、所述第二十电阻R20、所述第二十一电阻R21及所述第二十二电阻R22产生不同的感应交流电压，所述第三运算放大器U3将所产生的感应交流电压转变成被测交流电流的频率信号ACAFreq及被测交流电流的所对应的直流电压信号ACAOUT，并将该频率信号ACAFreq及该直流电压信号ACAOUT输出至所述微处理器104，所述微处理器104通过检测该频率信号ACAFreq及该直流电压信号ACAOUT判别被测交流电流的频率及电压。
本实施例提供的数字钳型表，包括被测信号公共输入端、电压/电阻输入端、电流互感器、电压/电阻检测电路、交流电流检测电路、微处理器、显示器及报警装置；所述被测信号公共输入端接地；所述电压/电阻检测电路的检测输入端与所述电压/电阻输入端连接，所述电压/电阻检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述电压/电阻检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接；所述交流电流检测电路的检测输入端与所述电流互感器的次边线圈连接，所述交流电流检测电路检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述交流电流检测电路受控端与所述微处理器的控制输出端连接；所述微处理器的信号输出端与所述显示器及所述报警装置连接。本实施例数字钳型表具有自动选择测量功能的优点，被测电阻和被测电压(包括交流电压和直流电压)均是通过同一检测输入端口输入，即本实施例数字钳型表不需要进行任何测量功能的切换选择，即可自动识别被测信号的信号类型，并把测量结果显示出来；并且，本实施例数字钳型表还具有安全性高及成本低的优点。
同时，在生产作业方面，当需要监测不同的测量信号时，现有的普通的手动量程测量仪表，需要在几十个档位中不停的切换以选择正确的功能量程，即使是自动量程的测量仪表，也要频繁的按功能选择按键，在几个档位开关中频繁的切换，大大的浪费了生产时间。而本实施例数字钳型表不需要进行任何测量功能的切换选择，就可自动识别被测信号的信号类型，并把测量结果显示出来，即本实施例数字钳型表能够极大地提高生产效率。
为实现上述目的，本发明还提供一种数字钳型表的自动测量方法，适用前述的数字钳型表。参照图5和图6，在本发明的数字钳型表的自动测量方法一实施例中，所述数字钳型表的自动测量方法包括交流电流测量步骤和电压/电阻测量步骤，其中，
参照图5，所述交流电流测量步骤包括：
步骤S51，所述微处理器104控制所述交流电流检测电路107对所述电流互感器106的次边线圈所产生的感应电流进行信号检测处理，由所述交流电流检测电路107将所产生的感应交流电压转变成被测交流电流的频率信号及被测交流电流所对应的第一直流电压信号；以及
步骤S52，所述微处理器104接收所述被测交流电流的频率信号及被测交流电流所对应的第一直流电压信号，当所述第一直流电压信号的电压值超过第一阈值电压时，所述微处理器104通过检测该频率信号及该第一直流电压信号判别被测交流电流的频率值及电流值，并将所述被测交流电流的频率值及电流值输出至所述显示器105进行显示。
具体地，参照图1和图4，结合图4的具体电路结构示例，交流电流检测电路107将所产生的感应交流电压转变成被测交流电流的频率信号ACAFreq及被测交流电流所对应的第一直流电压信号ACAOUT，并输出至所述微处理器104的信号输入端。所述微处理器104通过检测该频率信号ACAFreq及该第一直流电压信号ACAOUT判别被测交流电流的频率值及电流值。
在步骤S52中，当所述第一直流电压信号ACAOUT的电压值超过第一阈值电压时，所述微处理器104通过检测该频率信号ACAFreq及该第一直流电压信号ACAOUT判别被测交流电流的频率值及电流值。在本实施例中，预设的第一阈值电压为100μV，但预设的第一阈值电压并不局限如此，可以根据具体应用需求进行适当调整。
当所述第一直流电压信号ACAOUT的电压值未超过第一阈值电压时，则表示无交流电流或交流电流弱小到不用考虑，则此时不通过显示器105进行显示。
参照图6，所述电压/电阻测量步骤包括：
步骤S10，所述电压/电阻检测电路103对输入的被测电压或被测电阻进行信号检测处理后输出电压信号；
步骤S20，所述微处理器104接收所述电压/电阻检测电路103输出的电压信号，判断所述电压信号的电压值是否超过预设的第二阈值电压；
当所述电压信号的电压值超过预设的第二阈值电压时，执行步骤S31，所述微处理器104判断所述电压信号代表被测电压，通过对所述电压信号进行高速采样来判断所述被测电压为交流电压信号还是为直流电压信号，若高速采样电压信号得到的电压值超过预设的第三阈值电压，则判断所述被测电压为交流电压信号，若高速采样电压信号得到的电压值未超过预设的第三阈值电压，则判断所述被测电压为直流电压信号，其中所述第三阈值电压大于所述第二阈值电压；
当判断所述被测电压为直流电压信号时，执行步骤S311，所述微处理器104根据所述电压信号计算出对应的直流电压值并将所述直流电压值输出至所述显示器105进行显示；
当判断所述被测电压为交流电压信号时，执行步骤S312，所述微处理器104通过对所述被测电压的频率信号分析计算出对交流电压信号最优的采样速率，按照该最优的采样速率对交流电压信号进行采样以计算出交流电压值，并将所述交流电压值输出至所述显示器105进行显示；
当所述电压信号未超过预设的第二阈值电压时，执行步骤S32，所述微处理器104判断输入为被测电阻，所述微处理器104根据所述电压信号计算出对应的电阻值；
具体地，参照图1、图2和图3，结合图2和图3中的具体电路结构示例，电压/电阻检测电路103包括电阻检测电路1031和电压检测电路1032，电阻检测电路1031包括恒流源电路201、电子开关202、高压保护电路203及电压信号处理电路204。
在步骤S10中，当被测信号公共输入端COM和电压/电阻输入端V/OHM输入为被测电阻时，电阻检测电路1031的恒流源电路201通过恒流电阻测量方法，能够检测到该被测电阻输入，并输出被测电阻所对应的电压信号ADIN至微处理器104的信号输入端。
而当被测信号公共输入端COM和电压/电阻输入端V/OHM输入为被测电压时，电压检测电路1032能够检测到该被测电压输入，并输出被测电压所对应的电压信号VOUT至微处理器104的信号输入端。所述微处理器104通过对电压信号VOUT高速采样判断所述被测电压为交流电压信号还是为直流电压信号；同时，所述微处理器104通过对所述被测电压的频率信号VFreq分析计算出对交流电压信号最优的采样速率，并按照该最优的采样速率对交流电压信号进行采样。
在步骤S20中，微处理器104接收所述电压/电阻检测电路103输出的电压信号，通过判断所述电压信号的电压值是否超过预设的第二阈值电压来判断输入为被测电阻还是被测电压，并通过将高速采样电压信号得到的电压值与第三阈值电压进行比较来判断被测电压为交流电压信号还是直流电压信号。在本实施例中，预设的第二阈值电压为0.3V，预设的第三阈值电压为0.8V，但预设的第二阈值电压和第三阈值电压并不局限如此，可以根据具体应用需求进行适当调整。
在本实施例中，所述微处理器104根据所述电压信号计算出对应的电阻值的步骤(即所述步骤32)之后进一步包括步骤：
步骤S40，所述微处理器104判断所述电阻值是否小于预设阻值；
当所述电阻值不小于所述预设阻值时，执行步骤S41，所述微处理器104将所述电阻值输出至所述显示器105进行显示；当所述电阻值小于所述预设阻值时，执行步骤S42，所述微处理器104控制报警装置106进行报警。
在步骤S40中，所述微处理器104判断所述电阻值是否小于预设阻值。在本实施例中，预设阻值为50欧姆，但预设阻值并不局限如此，可以根据具体应用需求进行适当调整。
本实施例的数字钳型表的自动测量方法，能够实现对交流电流、电压/电阻的自动识别与测量，使得数字钳型表的测量极其方便。
以上仅为本发明的优选实施例，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 (9)

1.一种数字钳型表，其特征在于，所述数字钳型表包括：
被测信号公共输入端；
电压/电阻输入端，与所述被测信号公共输入端相配合，用于输入被测电压或被测电阻；
电压/电阻检测电路，用于对所述被测电压或被测电阻进行信号检测处理；
电流互感器，用于对被测信号为交流电流时对所述交流电流进行感应检测；
交流电流检测电路，用于对所述电流互感器的次边线圈所产生的感应电流进行信号检测处理；
显示器，用于显示所述被测电压的电压值、所述被测电阻的阻值或所述被测交流电流的电流值；以及
微处理器，用于控制所述电压/电阻检测电路工作以及对所述电压/电阻检测电路的输出信号进行处理，控制所述显示器对所述被测电压的电压值或所述被测电阻的阻值进行显示，控制所述交流电流检测电路工作以及对所述交流电流检测电路的输出信号进行处理，以及控制所述显示器对所述交流电流的电流值进行显示；其中，
所述电压/电阻检测电路的检测输入端与所述电压/电阻输入端连接，所述电压/电阻检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述电压/电阻检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接；所述微处理器的信号输出端与所述显示器连接；所述被测信号公共输入端接地；所述交流电流检测电路的检测输入端与所述电流互感器的次边线圈连接，所述交流电流检测电路的检测输出端与所述微处理器的信号输入端连接，所述交流电流检测电路的受控端与所述微处理器的控制输出端连接；
所述电压/电阻检测电路包括电阻检测电路和电压检测电路；所述电阻检测电路的检测输入端及所述电压检测电路的检测输入端均与所述电压/电阻输入端连接，所述电阻检测电路的检测输出端及所述电压检测电路的检测输出端均与所述微处理器的信号输入端连接，所述电阻检测电路的受控端及所述电压检测电路的受控端均与所述微处理器的控制输出端连接；
所述电阻检测电路包括恒流源电路、电子开关、高压保护电路及电压信号处理电路；其中，
所述恒流源电路经所述高压保护电路与所述电压信号处理电路连接，所述恒流源电路还与所述电子开关的输入端连接；所述电子开关的通道选择控制端与所述微处理器连接。
2.如权利要求1所述的数字钳型表，其特征在于，所述数字钳型表还包括用于当所述被测电阻的阻值小于预设电阻值时发出报警声音的报警装置；所述报警装置与所述微处理器连接。
3.如权利要求1所述的数字钳型表，其特征在于，所述恒流源电路包括工作电压输入端、参考电压输入端、第一运算放大器、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第七电阻；其中，
所述第一运算放大器的电源端与所述工作电压输入端连接，所述第一运算放大器的地端接地；所述第一运算放大器的第一同相输入端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第二端连接，所述第三电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第三端连接，所述第四电阻的第二端与所述电子开关的第一组输入端的第四端连接；所述电子开关的公共端、地端、使能端及NC端均接地，所述电子开关的电源端与所述工作电压输入端连接；所述电子开关的通道选择控制端与所述微处理器的控制输出端连接；所述第一运算放大器的第一反相输入端分别与所述第五电阻的第一端及所述第六电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端接地；所述第六电阻的第二端与所述参考电压输入端连接；所述第一运算放大器的第一输出端分别与所述NMOS管的栅极及所述第七电阻的第一端连接；所述第七电阻的第二端接地；所述NMOS管的漏极与所述高压保护电路连接，所述NMOS管的源极与所述第一运算放大器的第一同相输入端连接。
4.如权利要求3所述的数字钳型表，其特征在于，所述高压保护电路包括第一二极管、压敏电阻及所述NMOS管自身所带的二极管；其中，
所述第一二极管的阴极与所述NMOS管自身所带的二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极分别与所述压敏电阻的第一端及所述电压信号处理电路连接；所述压敏电阻的第二端接地。
5.如权利要求4所述的数字钳型表，其特征在于，所述电压信号处理电路包括第二运算放大器、第八电阻、第九电阻、第十电阻及第十一电阻；其中，
所述第八电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第八电阻的第二端与所述电压/电阻输入端连接；所述第九电阻的第一端与所述电压/电阻输入端连接，所述第九电阻的第二端经所述第十电阻与所述第二运算放大器的第一反相输入端连接；所述第二运算放大器的第一同相输入端分别与所述第二运算放大器的第一输出端及所述第十一电阻的第一端连接；所述第二运算放大器的第一输出端还与所述微处理器的信号输入端连接；所述第十一电阻的第二端接地；所述第二运算放大器的电源端与所述工作电压输入端连接，所述第二运算放大器的地端接地。
6.如权利要求5所述的数字钳型表，其特征在于，所述电压检测电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、所述第九电阻、所述第十电阻、所述第十一电阻、所述第二运算放大器及所述电子开关；其中，
所述第九电阻的第一端与所述电压/电阻输入端连接，所述第九电阻的第二端经所述第十电阻与所述第二运算放大器的第一反相输入端连接；所述第二运算放大器的第一同相输入端分别与所述第二运算放大器的第一输出端及所述第十一电阻的第一端连接；所述第二运算放大器的第一输出端还与所述微处理器的信号输入端连接；所述第十一电阻的第二端接地；
所述第十二电阻的第一端、第十三电阻的第一端及第十四电阻的第一端均与所述第二运算放大器的第一反相输入端连接；所述第十二电阻的第二端与所述电子开关的第二组输入端的第一端连接；所述第十三电阻的第二端与所述电子开关的第二组输入端的第二端连接；所述第十四电阻的第二端与所述电子开关的第二组输入端的第三端连接；
所述第二运算放大器的第二同相输入端接地，所述第二运算放大器的第二反相输入端经所述第十五电阻与所述第二运算放大器的第一输出端连接，所述第二运算放大器的第二反相输入端还经所述第十六电阻与所述第二运算放大器的第二输出端连接，所述第二运算放大器的第二输出端还经所述第十七电阻与所述微处理器的信号输入端连接。
7.如权利要求1所述的数字钳型表，其特征在于，所述交流电流检测电路包括第三运算放大器、双二极管、NPN三极管、PNP三极管、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十七电阻、第二十八电阻、第二十九电阻、第三十电阻、第一电容及第二电容；其中，
所述第十八电阻的第一端、第十九电阻的第一端、第二十电阻的第一端、第二十一电阻的第一端、第二十二电阻的第一端及第二十三电阻的第一端均与所述电流互感器的次边线圈的同名端连接，所述电流互感器的次边线圈的异名端接地；所述第十八电阻的第二端及第十九电阻的第二端均与所述PNP三极管的发射极连接；所述PNP三极管的基极及所述NPN三极管的基极均与所述微处理器的控制输出端连接；所述PNP三极管的集电极与所述NPN三极管的集电极连接；所述NPN三极管的发射极接地；所述第二十电阻的第二端、第二十一电阻的第二端及第二十二电阻的第二端均接地；所述第二十三电阻的第二端分别与第二十四电阻的第一端及第三运算放大器的第一同相输入端连接；所述第三运算放大器的第一反相输入端接地，其第一输出端与第二十四电阻的第二端连接，其第一输出端还经第二十五电阻与所述微处理器的信号输入端连接，其电源端与所述工作电压输入端连接，其地端接地，其第二同相输入端接地，其第二反相输入端分别与第二十六电阻的第一端、第二十七电阻的第一端及第二十八电阻的第一端连接；所述第二十六电阻的第二端与第二十二电阻的第一端连接；第二十七电阻的第二端与双二极管的正极输入端连接；第二十八电阻的第二端分别与双二极管的负极输入端及第二十九电阻的第一端连接；双二极管的输出端与第三运算放大器的第二输出端连接；第二十九电阻的第二端与所述微处理器的信号输入端连接，第二十九电阻的第二端还经第三十电阻接地；第一电容与第二十八电阻并联；第二电容与第三十电阻并联。
8.一种数字钳型表的自动测量方法，适用于权利要求1至7项中任意一项所述的数字钳型表，其特征在于，所述数字钳型表的自动测量方法包括交流电流测量步骤和电压/电阻测量步骤，其中：
所述交流电流测量步骤包括：
所述微处理器控制所述交流电流检测电路对所述电流互感器的次边线圈所产生的感应电流进行信号检测处理，由所述交流电流检测电路将所产生的感应交流电压转变成被测交流电流的频率信号及被测交流电流所对应的第一直流电压信号；以及
所述微处理器接收所述被测交流电流的频率信号及被测交流电流所对应的第一直流电压信号，当所述第一直流电压信号的电压值超过第一阈值电压时，所述微处理器通过检测该频率信号及该第一直流电压信号判别被测交流电流的频率值及电流值，并将所述被测交流电流的频率值及电流值输出至所述显示器进行显示；
所述电压/电阻测量步骤包括：
所述微处理器控制所述电压/电阻检测电路对输入的被测电压或被测电阻进行信号检测处理后输出电压信号；
所述微处理器接收所述电压/电阻检测电路输出的电压信号，判断所述电压信号的电压值是否超过预设的第二阈值电压；
当所述电压信号的电压值超过预设的第二阈值电压时，所述微处理器判断所述电压信号代表被测电压，通过对所述电压信号进行高速采样来判断所述被测电压为交流电压信号还是为直流电压信号，若高速采样电压信号得到的电压值超过预设的第三阈值电压，则判断所述被测电压为交流电压信号，若高速采样电压信号得到的电压值未超过预设的第三阈值电压，则判断所述被测电压为直流电压信号，其中所述第三阈值电压大于所述第二阈值电压；
当判断所述被测电压为直流电压信号时，所述微处理器根据所述电压信号计算出对应的直流电压值，并将所述直流电压值输出至所述显示器进行显示；当判断所述被测电压为交流电压信号时，所述微处理器通过对所述被测电压的频率信号分析计算出对交流电压信号最优的采样速率，按照该最优的采样速率对交流电压信号进行采样以计算出交流电压值，并将所述交流电压值输出至所述显示器进行显示；以及
当所述电压信号未超过预设的第二阈值电压时，所述微处理器判断输入为被测电阻，所述微处理器根据所述电压信号计算出对应的电阻值。
9.如权利要求8所述的数字钳型表的自动测量方法，其特征在于，所述微处理器根据所述电压信号计算出对应的电阻值的步骤之后进一步包括步骤：
所述微处理器判断所述电阻值是否小于预设阻值；
当所述电阻值不小于所述预设阻值时，所述微处理器将所述电阻值输出至所述显示器进行显示；当所述电阻值小于所述预设阻值时，所述微处理器控制报警装置进行报警。
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