一种继电器触点电压测量调理电路及测量方法

摘要

本发明公开了一种测量调理电路及方法，其中电路一共包括5个通道：通道VCOMOut：COM端信号依次通过COM端保护/滤波电路和放大电路将电压放大，并将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换；通道VNCOut’：NC端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NC保护/滤波电路，最后通过跟随器后送给数据采集模块进行A/D转换；通道VNCOut：NC端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NC保护/滤波电路，最后通过放大电路将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换；通道VNOOut’：NO端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NO保护/滤波电路，最后通过跟随器后送给数据采集模块进行A/D转换；通道VNOOut：NC端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NO保护/滤波电路，最后通过放大电路将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换。并公开了每个通道的校准和测量方法。此电路及方法兼容常开型、常闭型和转换型三种继电器，触点电压测量中选用负载电源的正端作为测量电路的参考端以减小测量的共模电压，通过滤波、放大、衰减、分档测试以及多通道测试以提高触点电压测量的精度。

说明书

技术领域

本发明涉测量及控制领域，尤其是一种继电器触点电压测量调理电路及测量方法。

背景技术

以往的继电器寿命试验都是继电器生产厂家采用台试仪器组合进行测量，或自己开发半自动的测量设备与台式仪器相结合进行测量。由于以往的测量技术落后，测量精度不高。随着科学技术的不断发展，对继电器性能要求越来越高，对测试设备的要求也越来越高，以往的测试手段已远远不能满足高性能继电器的生产，已跟不上科技快速的发展步伐。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有继电器触点电压测量技术落后、测量精度低。本发明提供一种测量精度高、适用于自动化测量、易扩展的继电器触点电压测量调理电路及测量方法。

其中该测量调理电路一共包括5个通道：

通道VCOMOut：COM端信号依次通过COM端保护/滤波电路和放大电路将电压放大，并将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换；

通道VNCOut’：NC端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NC保护/滤波电路，最后通过跟随器后送给数据采集模块进行A/D转换；

通道VNCOut：NC端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NC保护/滤波电路，最后通过放大电路将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换；

通道VNOOut’：NO端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NO保护/滤波电路，最后通过跟随器后送给数据采集模块进行A/D转换；

通道VNOOut：NC端信号首先通过分压，使得电压衰减为1/3，然后通过NO保护/滤波电路，最后通过放大电路将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换。

其中，由Rv1和C1组成的NC端保护/滤波电路；由Rv2和C2组成的COM端保护/滤波电路；由Rv3和C3组成NO端的NO端保护/滤波电路；电阻R1和R2为NC端分压电阻，将NC端的电压衰减为1/3；电阻R3和R4为NO端分压电阻，将NO端的电压衰减为1/3；二极管D1和D2将触点中NC端分压后的电压钳位在参考地电位与测量端负电源之间，保护测量电路；二极管D3和D4将触点中NO端分压后的电压钳位在参考地电位与测量端负电源之间，保护测量电路；运算放大器U1作为跟随器，运算放大器U2作为跟随器，运算放大器U3与外围电阻组成放大电路，运算放大器U4与外围电阻组成放大电路，运算放大器U5与外围电阻组成放大电路。

该测量调理电路包括测量输入接口，用于连接继电器的COM、NC和NO端。

在测量调理电路用于测量前，需要对每个采集通路一一校准，校准采用最小二乘法；在测量范围内选取一定数量的测量点，COM端校准时，加标准直流信号时，标准信号的高端接测量地，低端接COM；NC或NO端校准时，加标准直流信号时，信号的高端接COM端，低端接NC或NO，每个测量点，采集一个测量值；设VNCOut、VNCOut’、VCOMOut、VNOOut、VNOOut’对应采集的ch0～ch4，则通过校准可得到每个通道的参数k和b(k0～k4和b0～b4)，其中每个通道；

$k=\frac{\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i-11\times \underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i{E}_i}{{\left(\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i\right)}^2-11\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E_i}^2}$

$b=\frac{\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i{E}_i\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i-\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E_i}^2}{{\left(\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i\right)}^2-11\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E_i}^2}$

式中：Ei第i个信号点输入的标准值；

Xi第i个信号点上的测量值；

k拟合直线的斜率；

b拟合直线的截距。

设VNCOut、VNCOut’、VCOMOut、VNOOut、VNOOut’的数据分别为Vnc、Vnc’、Vcom、Vno、Vno’，设待测触点电压分别为Vcom、Vc和Vo；计算机依据采集的数据Vnc、Vnc’、Vcom、Vno、Vno’和各个通道的参数k0～k4和b0～b4即可得到待测触点电压：

其中COM端为(Vcom-b2)/k2；

当Vnc’≥200mV时，常闭触点的电压计算使用Vnc’的值，则Vc＝((Vnc’-(Vcom-b2)/k2)-b1)/k1；

当Vnc’＜200mV时，常闭触点的电压计算使用Vnc的值，则Vc＝((Vnc-(Vcom-b2)/k2)-b0)/k0；

当Vno’≥200mV时，常触点的电压计算使用Vno’的值，则Vc＝((Vno’-(Vcom-b2)/k2)-b4)/k4；

当Vno’＜200mV时，常闭触点的电压计算使用Vno的值，则Vc＝((Vnc-(Vcom-b2)/k2)-b3)/k3。

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，由于选择负载电源的正端作为测量的参考地，使测量时的共模电压降低，这样不需要使用复杂的电阻分压网络，有利于消除负载电流太大带来的影响，从而提高测量的精度。

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，钳位二极管和压敏电阻进行前端保护，将继电器切换产生的电压过冲抑制，将测量输入电压钳位在参考地电位与测量端负电源电压之间

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，每组触点COM端电压进行放大再采集，NO或NC端电压由于测量范围宽而分别用两个通道采集，即一个通道采集经过放大后的信号，一个通道采集衰减后的信号，最后通过软件选取合适的通道值减去COM的值，得到常开触点或常闭触点的接触压降或开路电压，每组触点5个通道同时测量。这样采用分档多通道测量，能够大大地提高测量的精度，使用更高精度的采集模块并进行软件修正，将获得更高的测量精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是测量的继电器的示意图；

图2本发明继电器触点电压测量电路框图；

图3是继电器触点电压测量电路一个实施例。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1是测量的三种被测继电器的类型示意图，对于转换型继电器，当线圈施加工作电压，COM与NO接通，产品线圈断电，COM与NC接通；对于常开型继电器，当线圈施加工作电压时，COM与NO端接通，产品线圈断电时，COM与NO端断开；对于常闭型继电器，当线圈施加工作电压时，COM与NC端断开，产品线圈断电时，COM与NC端接通。

图2是继电器触点电压测量原理框图，图中上面部分为被测继电器的试验回路，下面部分为触点电压测量框图。被测继电器支持支持以三个触点(即公共端COM、常开端NO、常闭端NC)为一组的多组触点继电器测试，一个负载电源供电。在图2中，上面部分示出了一个六组触点一个线圈的被测继电器在测试电路中的位置以及测试原理框图，负载电流由负载电源正端经过每组触点的COM端经过接通后的NO端或NC端流向负载电阻箱中的负载电阻，I1、I2、厖I6为负载电流，多组触点依次类推。图2中下面部分为一组触点的3个触点的测量示意图，每组触点提供了3个连接器接线端(即COM端、NO端、NC端)，测量时，采用负载电源的正端为测量系统的参考端，这样减小测量中的共模电压，相对于负载电源的正端，各COM、NC、NO触点的电压值均为负，将负载电源的正端连接到测量电路的供电电源参考地。测量时，将被测触点连接到相应的连接器，其中COM端经由过压保护/滤波模块后，电压放大20倍作为通道VCOMOut。其中NC端经由过压保护/滤波模块后，电压衰减1/3，然后分成两个支路，一条支路通过跟随器后作为通道VNCOut’，另一支路电压放大50倍作为通道VNCOut；其中NO端经由过压保护/滤波模块后，电压衰减1/3，然后分成两个支路，一条支路通过跟随器后作为通道VNCout’，另一支路电压放大50倍作为通道VNCout，整个继电器触点电压测量电路包括VCOMOut、VNCOut’、VNCOut、VNCout’和VNCout共5个通道，5个通道的信号通过采集卡A/D转换后送入计算机进行处理。其中计算机用于对采集的信号进行处理。

图3是本发明具体实施方式之一，画出了一组触点的测量调理电路原理图，图中各器件及电路原理描述如下：P1为测量输入提供接口，用于连接继电器的COM、NC和NO端。其中Rv1、Rv2、Rv3为压敏电阻，起保护作用，可以有效防止继电器动作时的反电动势带来的影响，电容C1、C2、C3的作用是滤掉加到触点两端负载电源中的高频分量。其中Rv1和C1组成的NC端保护/滤波电路。其中Rv2和C2组成的COM端保护/滤波电路。其中Rv3和C3组成NO端的NO端保护/滤波电路。其中电阻R1和R2为NC端分压电阻，将NC端的电压衰减为1/3；其中电阻R3和R4为NO端分压电阻，将NO端的电压衰减为1/3。其中二极管D1和D2将触点中NC端分压后的电压钳位在参考地电位与测量端负电源之间，保护测量电路；其中二极管D3和D4将触点中NO端分压后的电压钳位在参考地电位与测量端负电源之间，保护测量电路。其中运算放大器U1作为跟随器，运算放大器U2作为跟随器，运算放大器U3与外围电阻组成50倍放大电路，运算放大器U4与外围电阻组成20倍放大电路，运算放大器U5与外围电阻组成50倍放大电路。

该电路一共包括5个通道：

通道VCOMOut：COM端信号通过Rv2和C2组成的COM端保护/滤波电路，通过放大电路将电压放大20倍，并将电压放大后送给数据采集模块进行A/D转换，其中COM端的电压测量范围为0～-500mV。

通道VNCOut’：NC端信号首先通过R1和R2分压，使得电压衰减为1/3，然后通过Rv1和C1组成的NC保护/滤波电路，最后通过跟随器后送给数据采集模块进行A/D转换，此通道测量范围为-600mV～-30V。

通道VNCOut：NC端信号首先通过R1和R2分压，使得电压衰减为1/3，然后通过Rv1和C1组成的NC保护/滤波电路，最后通过放大电路将电压放大50倍后送给数据采集模块进行A/D转换，此通道测量范围为0～-600mV。

通道VNOOut’：NO端信号首先通过R3和R4分压，使得电压衰减为1/3，然后通过Rv3和C3组成的NO保护/滤波电路，最后通过跟随器后送给数据采集模块进行A/D转换，此通道测量范围为-600mV～-30V。

通道VNOOut：NC端信号首先通过R3和R4分压，使得电压衰减为1/3，然后通过Rv3和C3组成的NO保护/滤波电路，最后通过放大电路将电压放大50倍后送给数据采集模块进行A/D转换，此通道测量范围为0～-600mV。

其中计算机完成数据处理，数据处理包括通道校准和处理计算。在正式测量之前，对每个采集通路一一校准，校准采用最小二乘法，在测量范围内选取一定数量的测量点，比如11个测量点。COM端校准时，加标准直流信号时，标准信号的高端接测量地，低端接COM；NC或NO端校准时，加标准直流信号时，信号的高端接COM端，低端接NC或NO，每个测量点，采集一个测量值。设VNCOut、VNCOut’、VCOMOut、VNOOut、VNOOut’对应采集的ch0～ch4，则通过校准可得到每个通道的参数k和b(k0～k4和b0～b4)。其中k0～k4和b0～b4与ch0～ch4依次对应。其中校准采用最小二乘法。

$k=\frac{\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i-11\times \underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i{E}_i}{{\left(\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i\right)}^2-11\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E_i}^2}$厖厖厖厖厖(式1)

$b=\frac{\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i{E}_i\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i-\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{x}_i\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E_i}^2}{{\left(\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E}_i\right)}^2-11\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{E_i}^2}$厖厖厖厖？式2)

式中：Ei第i个信号点输入的标准值；

Xi第i个信号点上的测量值；

k拟合直线的斜率；

b拟合直线的截距。

如校准一个COM通道，对应的输入量程0～-500mV，在该范围内选取11个点，按上述方法进行校准，从而得到参数k2和b2。通过对每个通道的校准，从而获得k0～k4和b0～b4。

在测量时，设VNCOut、VNCOut’、VCOMOut、VNOOut、VNOOut’的数据分别为Vnc、Vnc’、Vcom、Vno、Vno’，设待测触点电压分别为Vcom、Vc和Vo。计算机依据采集的数据Vnc、Vnc’、Vcom、Vno、Vno’和各个通道的参数k0～k4和b0～b4即可得到待测触点电压。

其中COM端为(Vcom-b2)/k2；

由于NC和NO端采用分档测量，在得到测量数据后，按如下进行计算：

当Vnc’≥200mV时，常闭触点的电压计算使用Vnc’的值，则Vc＝((Vnc’-(Vcom-b2)/k2)-b1)/k1；

当Vnc’＜200mV时，常闭触点的电压计算使用Vnc的值，则Vc＝((Vnc-(Vcom-b2)/k2)-b0)/k0。

当Vno’≥200mV时，常触点的电压计算使用Vno’的值，则Vc＝((Vno’-(Vcom-b2)/k2)-b4)/k4；

当Vno’＜200mV时，常闭触点的电压计算使用Vno的值，则Vc＝((

Vnc-(Vcom-b2)/k2)-b3)/k3。

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，可以兼容三种类型的继电器寿命试验，不同的类型只需连接相应的接线柱，对于转换型继电器，连接时COM端连接到COM端连接器，NO端连接到NO端连接器，NC端连接到NC端连接器；对于常开型继电器，连接时COM端连接到COM端连接器，NO端连接到NO端连接器，NC端连接器就不连接；对于常闭型继电器，连接时COM端连接到COM端连接器，NC端连接到NC端连接器，NO端连接器就不连接。同时，并在使用时测量系统的软件中选择相应的通道设置即可。

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，由于选择负载电源的正端作为测量的参考地，使测量时的共模电压降低，这样不需要使用复杂的电阻分压网络，有利于消除负载电流太大带来的影响，从而提高测量的精度。

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，钳位二极管和压敏电阻进行前端保护，将继电器切换产生的电压过冲抑制，将测量输入电压钳位在参考地电位与测量端负电源电压之间

在应用该继电器触点电压电路进行测量时，每组触点COM端电压进行放大再采集，NO或NC端电压由于测量范围宽而分别用两个通道采集，即一个通道采集经过放大后的信号，一个通道采集衰减后的信号，最后通过软件选取合适的通道值减去COM的值，得到常开触点或常闭触点的接触压降或开路电压，每组触点5个通道同时测量。这样采用分档多通道测量，能够大大地提高测量的精度，使用更高精度的采集模块并进行软件修正，将获得更高的测量精度。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。