[其他]无触点自动量程转换系统

说明书

本系统适用于任何用指针式表头的测量仪器的量程转换，以代替手动开关或继电器式的机械触点式量程转换。

现有技术中，用Mos模拟开关作为运算放大器的增益控制为常见。它以接入不同的反馈电阻来改变放大器的增益，但它不能用于电压较高的场合。此处有一类使用继电器的自动量程转换系统，这种技术属于有触点转换系统，成本高，可靠性低，应用不广。

为提高测量的仪器的可靠性、稳定性，使用方便及提高产品的竞争力，设计了本系统。

本系统由衰减器（1）、衰减器（2）、幅度鉴别器及一套逻辑控制系统组成，见图1。

输入电压u经衰减器（1）后输出为u₁送至前置放大器。前置放大的输出u₂送至衰减器（2）。衰减器（2）的输出u₃送到主放大器。主放大器的输出一路可以直接输出（如果需要的话），另一路经检波器检波、滤波器加以平滑后送到表头电路即u₄，推动表头偏转。

检波器、滤波器的输出U₄除送往表头电路外，还送到一个幅度鉴别器。这是一个窗孔式比较器。它对处于上、下限之间（即窗孔内）的U₄值以输出低（或高）电平的方式作出响应。这个电平的变化用来控制一个可逆计数器：当U₄落在窗孔之内时，计数器不计数，这时计数器的状态经译码后使对应的量程指示器（LED）点亮。由此时所指示的量程和表头的示值，即可读出被测值。若U₄超出上限，则幅度鉴别器控制计数器作加法计数，译码器的输出驱动高一位LED，同时它使电子控制衰减器（1）或（2）衰减一档，即：使u₁或u₃衰减一档，从而使U₄落入窗孔中，使表头示值不超越满刻度线。对于U₄小于窗口下限时，整个调节过程相同，只不过方向相反。

若经一次调整后U₄仍不在窗孔内，则上述过程会继续自动进行，直至U₄落在窗孔内为止。再由量程指示器和表头示值读出被测值。

窗孔的上下限是根据如下的原则设置的：它的上限就是使表头满刻偏转的U₄值，下限为 1/(K) U₄。其中K为相邻二个量程的倍率。

如果K＝10，则各量程间互相衔接，表盘只要一条刻度即可，若K≠10，则要二条刻度。

若衰减器（1）有n档，衰减器（2）有m档，则互相配合的结果使总的量程数目Z＝n×m档。它可以比波段开关档位多得多，从而分档可以更细，读数也更准确。

图2是衰减器（1）原理图。由于它位于输入端，可能受到高压的冲击。同时测量高电压的场合也要求衰减器中的电子器件不受损坏。所以采取了特殊的设计：它不象通常的衰减器那样改变抽头的位置来使输出得到衰减，而是用改变分压器下边电阻值的方法，即不同的量程改变依靠用开关元件切换下电阻R₂来实现。同时输出端用非线性元件（如二极管等）限压，这样即使输入端加上数千伏电压，管子也不会受到冲击。

令K′＝u／u₁，K′为衰减器（1）相邻二档间的倍率。则有：

K′＝mk        k——系统相邻二档的倍率

则衰减器（1）的计算如下：

R₂＝ (R₁)/(K′-1) －r r——开关元件的内阻

·

·

·

R_2n＝ (R₁)/((K′)ⁿ-1) －r

值得注意的是由于开关元件的内阻r与R₂串联。所以要求r小且稳定。否则会引入误差。由于国内已批量生产r＜5欧的Mos开关管，只要选择R₂远大于r，再据R₂值确定R₁，则管子内阻r的温度变化引入的误差是微不足道的，完全可以合乎指针式表头的精度要求。衰减器（1）的开关元件选择：如要求交直流两用则只能用Mos开关管，如仅用于交流的测量，则还可用双极型管，只要C－e反接，导通电阻也很小。R₁引入的衰减可用提高放大器增益来弥补。

若测量的电压频率较高时，衰减器应有补偿措施。可在每个电阻上并联电容来使交流阻抗的分压关系仍为K′。电容的计算如下：