[发明专利]一种电流测量装置

说明书

技术领域

本发明的一种电流测量装置涉及到电变量测量领域，特别是涉及到电流测量领域。

背景技术

在现有技术中，很多的测量设备具有电流测量能力，比如电流表、万用表，有些示波器和测试系统中也增加有电流测量能力。

其中，最常使用的电流测量电路具有两个电流测量端子1、2，采样电路3、测量电路4、控制电路5，其中电流测量端子1、2分别用于大电流测量和小电流测量，如图1所示，以直流电流测量为例，大电流的测量范围通常是指200mA-10A的范围，小电流的测量范围通常指小于或等于200mA的范围。

当测量大电流时，比如，当电流为200mA-10A时，电流将流经大电流测量端子1，大电流采样端6、然后经由虚线框所示的采样电路3转换为电压信号输出到测量电路4的一个输入端。

测量小电流时，比如，当电流为2mA-200mA时，电流流过小电流测量端子2，二选一开关7，小电流采样端8、然后经由采样电路3转换为电压信号输出到测量电路4的一个输入端。

测量微弱电流时，比如，当电流为小于或等于2毫安时，电流流过小电流测量端子2，二选一开关7，微电流采样端9、然后经由采样电路3转换为电压信号输出到测量电路4的又一个输入端。

测量电路4是一个多功能电路，内部包括用以选择对那一路信号进行测量的多路开关转换电路，用以对测量量程进行细分的程控放大电路，还包括A/D转换电路等。在进行交流测量时，电路中还会包括用于执行交流直流信号转换的处理电路。

在控制电路5的控制下，测量电路4可以对输入的一个电流信号进行测量，并将测量结果输出到控制电路5，用于计算、数据处理、控制或显示。

用于将输入的电流信号转换为电压信号的采样电路3有多种不同的电路结构，最为简单的采样电路3是无源电流电压转换电路，如，由连接在大电流采样端6和公共端10之间的电阻11构成的无源电流电压转换电路，当输入电流流经电阻11时，电流信号即被转换为电压信号，该电阻11上的电压即为转换后的电压信号，输出到测量电路4的一个输入端，用于测量。

多个采样端也可以共用一个无源采样电路，比如小电流采样端8与大电流采样端6，共用一个由电阻12、13串联连接而成的采样电路14，参考图2，其中端点15形成了采样电路14的输出端，该端点15用于连接测量电路4。

为了提高直流的微弱电流测量的准确度，再参考图1，比如小于或等于2mA的直流电流时，在采样电路3中，微电流采样端9可以连接一个有源电流电压转换电路16。

有源电流电压转换电路16有多种电路结构，其最典型的电路是由一个串联在有源电流电压转换电路16的输入端17和输出端18之间的电阻19和一个运算放大器20构成，参考图3，该放大器20的负极性输入端串联连接输入端17，该放大器20的输出端21连接有源电流电压转换电路16的输出端18，放大器20的正极性输入端连接公共端10。这个电路可以将来自输入端17的微弱电流转换为电压信号，并通过输出端18将该电压值输出到测量电路4。

上述的电流测量电路是现有技术中最为常见的电路结构，在很多产品中都得到了应用，比如Fluke 8808A就采用这一电路结构。

现有技术中的电流测量电路存在的最大问题是，大电流测量与小电流测量采用两个不同的导入端1、2，在频繁测量大电流和小电流时，需要不停地更换电流导入端，使用较为麻烦。

为了避免上述的问题，一些测量设备采用了只具有一个输入端的电流测量电路，参考图4。

这些设备，通常具有依次串联连接的一个电流导入端100、保护电路101、由开关102、103构成的开关电路，采样电路104和测量电路105。

设备中，通常还具有一个用于控制开关102、103的控制电路106，，使被测信号接入采样电路104，同时该控制电路106还用于控制测量电路105执行电流测量操作。

电路中的保护电路101通常用于防止过流和过压，有的测试设备还包括过温保护电路。

采样电路104是一个无源电流电压转换电路，该电路由串联在公共端110上的三个电阻107、108、109构成，结合参考图5，三个电阻107、108、109的三个连接点分别构成采样电路104的大电流采样端111、小电流采样端112和微电流采样端113。