数位仪表设计-HY12P65简化可携式电量测量设计

2024-07-04 04:37:16

　　江南体育官网在可携式电量测量设备中，常见有数位式复用电表(DigitalMultimeters)及夹式电流表(ClampMeter)。这些设备可用来测量出电量中的电压及电流，电量讯号又可分成直流及交流，而交流部分再分为平均值及方均根(rootmeansquare,RMS)转换量测。平均值转换的电量测量设备并非真正测量方均根值，而是以正弦波交流信号，做信号平均值测量，校正所得到的量值。对于非正弦波而言，可能会有相当程度的误差。因此很多可携式电量测量製造厂，会在产品打着TrueRMS字样，强调真正能够量测各种波形方均根测量的重要性，而非只能量测正弦波交流信号的方均根。

　　本文将採用纮康科技(HYCON)的HY12P65系列DMM专用晶片，达到简化可携式电量测量的产品设计，此晶片为混合讯号积体电路(mixed-signalIC)，是结合了类比与数位电路的积体电路，并内建数位式方均根转换，对电量信号测量做转换。

　　通常类比数位转换器输入满刻度约在数百毫伏特之间，但待测电压可能是数百伏特，电压相差千倍，必须先衰减后，再至下一级电路(类比数位转换器或交流转直流)。

　　线圈感应式-此量测方式与比流器相同，电流流经导线或导体产生电磁场，利用线圈感应电流;如下图，而流经导线或导体的电流与线圈感应的电流成正比，线圈感应的电流无法由类比数位转换器直接转换成数值，故在线圈的输出加一电阻，将电流转换成电压，再输入到交流转直流电路(平均值电路和均方根电路)，最后类比数位转换器将直流电压转换成数值。

　　霍尔元件感应式-这类属交直流夹式电流表，此量测方式也是量流经导线或导体电流所产生的电磁场，只不过是用积体电路元件感应，将电流所产生电磁强度转换成电压，由于此信号太小通常会加放大电路，而信号会输入到交流转直流电路，或是直接输入类比数位转换器将直流电压转换成数值。常用的钩部导磁材质有硅钢、镍钢，而钩部导磁材质会影响直流夹式电流表的线性及频率响应。另一个会影响夹式电流表的线性及频率响应则是霍尔感测器，而量测小电流时的霍尔感测器採用Insb材质，量测大电流时的霍尔感测器採用GaAs材质。

　　无论是电压或电流都会有交流信号部分，而以往在量测交流信号电路依精準度不同，有表(一)中的几种量测方式。由表(一)、表(二)分析表可知方均根在交流信号测量是较精确，但成本较高。在HY12P65内建数位式方均根转换机制，已帮设计者解决在交流信号测量问题，可以不需均方根转换专用元件及数位信号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP)高阶晶片。

　　只有在测量正旋波之电量信号是正确。在量测高C.F.(也就是CrestFactor较大)时量测读值比实际方均根值还小，而会误导使用者，造成电击事故。

　　精确度较高、可测量非正旋波电量信号。由表(二)可得知平均值电路和均方根电路的误差。通常有均方根转直流的类比积体电路元件。

　　将取样之数值经过平方、平均、开根号计算，可精确量测到交流方均根值，并从取样之数值得知信号之峰对峰值，可量测较大C.F.的信号。甚至进行信号分析。

　　在有些机电应用中需要量测波峰值，则需用波峰检测电路(PeakHold)将电压锁住，类比数位转换器在进行电压转换，但是这种电路中锁住电压的电容容易受外在环境而有所变化。HY12P65具有数位式波峰检测，将类比数位转换结果进行比较，使数值较为正确。

　　近几年Fluke提出涌浪电流(In-RushCurrent)量测，指在一个叁相电机，浪涌电流一般持续75~150mS之间具有500%和1200%之间的电流尖峰。虽然短暂，激增会带来一些问题。HY12P65具有快速交流信号转换。

　　电阻量测方法有很多种，常用有桥式、比率式及定电流式。此例採用定电流式。由欧姆定律(R=V/I)可得知当固定电流加在待测电阻上，电阻两端电压与它的阻值成正比。定电流式除了可以量测电阻，还可以量测二极体、电容。

　　可携式电量测量设备，有时除在电能及元件测量外，增加温度量测。最常见的温度感测器有四种：热电偶(Thermocouple)、电阻式温度感测器(ResistanceTemperatureDetectors;RTD)、热敏电阻(Thermistor)及积体电路式。而在此类设备多採用热电偶量测结构，其塬理是两金属相接会产生席贝克效应(Seebeckeffect)的电压，但在待测温度与环境温度相同时电压为零，所以必须做环境温度冷接点补偿(Cold-JunctionCompensation)。此例採用HY12P65系列内建TemperatureSensor达成。

　　可携式电量测量设备需要轻小，但在电源部分都是使用乾电池，此例是使用两个1.5V乾电池，为使系统电源更稳定，HY12P65具有倍压(ChargePumps)及稳压(Regulator)功能。

　　l纮康科技(HYCONTechnology)专注于温度、压力、重量、电压、电流、功率等类比讯号的量测及监视。主要提供在电池管理、仪器仪表(包含医疗、计量、温度)，及工业控制等领域的相关晶片开发。