专利名称:多功能在线电路检测仪的制作方法
本实用新型属于电计量仪表中电性能和故障的测试设备，具体地说是涉及到一种多功能的在线电路检测仪。
在线测试技术是最近几年发展起来的一种测试技术。以往检测印刷电路板上的元件参数和各种电参数时，需要把元件焊下来以防止并联效应；检测电流时需要割断电路以串联电流表。现在采用在线测试技术可以在印刷电路板上用表笔直接测得元件参数，也可以在印刷电路板上用表笔接触被测电路测得所流过的电流值或其它电参数等。显然，这种测试技术既方便又不易损坏印刷电路板和电气元件，更为自动测试打下了基础。
国外Weston公司制造出一种用于印刷电路板在线测试的万用表，并在《加拿大控制和仪表》杂志中作了介绍(CANADIAN CONTROLS &LNSTRUMENTATION June 1974.P14－15)。该万用表采用电流反馈法，这样就可以在不割断电路的情况下用并联方法测得导体中的直流电流值。该万用表所用的放大器为运算放大器，具有高的放大倍数，高共模抑制比和电流驱动源。测量时，先用表笔Ⅰ和Ⅱ测得电流在导体中的电压降，此时运算放大器输出一个反馈电流用以抵消被测电流，此反馈电流在反馈回路上的电阻R上形成的电压降通过测量放大器放大，并驱动电表显示出电流值。此外，为了能测得交直流电压值，测量放大器后给出一个全波桥式电路，并可通过后面的极性比较器驱动二个发光二极管以显示出所测电压的正负极性。该万用表的表壳上，有一个电表，它可以分别指示出电流值，电压值，电阻值等。表壳上还有电流开关，电压开关，电阻开关，调零开关及一个量程开关。该量程开关中，电流档均为直流，分3毫安，10毫安，30毫安，100毫安和300毫安。其电压档分八挡，测量范围从0.1伏到300伏。此外，电阻挡分七挡，测量范围从1欧姆到106欧姆。
但是，使用Weston公司制造的万用表还不能用在线测试的方法来确定印刷电路板或其它电气装置的短路位置。众所周知，在印刷电路板的蚀刻或焊接过程中，由于工艺的不完善，二条印刷电路的铜箔之间可能会有细丝相连，肉眼很难发现，如果是由于印刷电路板上的元件损坏而导致短路则更难发现，以往采用低阻表检查，效果不好。
其次，在自动化装置之间的讯号传递往往采用直流电流(0－10mA或4－20mA)。例如，从传感器输出的毫伏信号经过DDZ系列变送单元，变成直流电流信号，然后再进行比例，微分，积分运算，其运算结果又以直流电流输入执行机构，使其动作。但是Weston公司的万用表只能对发生故障的部位进行一般的在线测试，不能给发生故障的部件输入一个可变的标准电流或毫伏信号，因此也就无法测出故障部件的实际工作状态，给检测和维修带来不便。
再次，从上面介绍的Weston公司的万用表的文献中所提供的电路原理图中来看，其中的运算放大器为一直流放大器，至於是否具有交流电流的双向驱动能力，文中没作介绍，而且文中所给出的万用表的电流档只有直流档。从文献中介绍的情况来看，该万用表只能测交直流电压值，欧姆值和在线直流电流值，但不能测在线交流电流值。从目前国内外使用的同类仪表或其它文献来看，也没有发现具备这种功能的万用表。但是，在线测试交流电流值在工业和科研中都是需要解决的问题。
因此，本实用新型的任务就是为了要设计出一种能同时解决上述三方面问题的多功能的用于在线电路测试的检测仪表，以克服原有同类仪表的不足。也就是说，本实用新型的目的是首先要使原有的可对印刷电路板进行在线电路测试的万用表可用来检测和判定印刷电路板中的短路位置；其次，可将这类万用表用于测试自动化装置的工作状态及发现故障位置，特别是使其可适用于化工现场，再其次是要使它可用于在线电路中的交流电流值的测试。
本实用新型的任务是通过下述方法实现的，即在Weston公司的万用表中的电子线路上增加了独立的恒流源和毫伏信号发生器并对原有的电子线路还作了一些重要的改进。具体的说本实用新型所提供的多功能在线电路检测仪表较之原万用表增加了以下四个方面的电路和部件。
第一，在Weston公司的万用表中增加一个与原电路不相连的独立恒流源电路，在万用表表壳上增加一个恒流源开关。通过该恒流源和原万用表中的在线测试电路相结合的方法来判断印刷电路板的短路位置，即在被测的印刷电路板的二条电路之间接入恒流源，然后测量这二条电路之间的在线电流，如果能测试出在线电流，说明二者之间存在短路。反之，就不存在短路。
此外在原有电路中还增设了一个报警电路，并在表壳内增加了一个发声器件或在表壳上增加了一个发光器件，以便当出现短路状态时，可及时提醒检测人员。
第二，将上述恒流源做成一个可调节的有指示的恒流源，同时再增加一个与原电路无关的可调节的有指示的毫伏发生器电路，恒流源和毫伏发生器的数值可分别由万用表表壳上增设的电位器调节旋扭调节。同时，再增加一个毫伏发生器开关。恒流源或毫伏发生器的指示电表采用表壳上原有的电表。这样，在自动化装置发生故障时，就可利用本检测仪，在执行机构前的控制线路中接入一个可调节的有指示的恒流源以观察执行机构是否受控；或在变送单元前的输入线路中接入一个可调的有指示的毫伏发生器以观察变送单元工作是否正常；也可通过对运算器的输出线路的在线测试以观察其输出电流值是否正常；此外本检测仪表采用电池供电。这样就解决了对自动化设备，尤其是对化工现场的各个自动化装置进行校准和排除电气故障的问题。
第三，将上述Weston公司的万用表中的运算放大器改为宽频带低源移放大器，并在运算放大器输出端后串接一个双向电流驱动器，在测量放大器输出端与直流电表之间再串接一个交流转换开关和交直流转换器。该交直流转换开关装在万用表的表壳上。
第四，因在原有Weston公司的万用表中线路的供电电路是采用交流电供电，然后再通过其中的整流电路变为直流电。但如将原来的万用表使用到化工现场时，因为化工现场往往没有交流电插座而使用不便，故本实用新型也可采用电池供电，并在线路中增加了一个直流／直流变换器使之可向线路提供所需电压值。
本实用新型的优点是明显的，通过对原有Weston公司的万用表和同类仪表的改进，克服了一些不足之处，增加了新的功能，使其在用于确定印刷电路板的短路位置时，方便、迅速、准确；在用于检测自动化装置的电气故障时，可以迅速寻出故障的位置，特别是适用于化工现场测试，同时本检测仪表弥补了原有同类仪表不能进行在线电路中交流电流值测量的缺陷。总之，通过本检测仪表可以使在线测试技术在工农业和科研中得到更广泛的实际使用。
附图的图面说明图1，本实用新型的电路工作原理示意图；图2，本实用新型的电池供电电路示意图；图3，本实用新型的一个实施例的表壳平面结构示意图；图4，检测印刷电路板短路的一个操作实例示意图；图5，检测自动化设备电气故障的一个操作实例示意图；以下将结合附图给出本实用新型的电路工作原理和具体实施例中的表壳平面结构及其操作实例，并通过这些描述给出本实用新型的细节。
在开始叙述电路工作原理之前需要说明的是，关于其中所涉及到的电子线路的细节本发明人已在与该实用新型同时提交的发明书和附图中作了充分公开可供公众参考。况且关于这部分内容的介绍已超出了本实用新型的范围。
参见图1，下述本实用新型的电路工作原理图是一个将原有Weston公司的万用表中的电子线路和部件与新增加的电子线路和部件相结合的一个电路原理图。其中在线电路的测量原理是这样的当测量直流电流时，先用接在电流插孔〔1、2〕上的表笔Ⅰ〔3〕和Ⅱ〔4〕测得电流在被测部件中的电压降，此时，运算放大器〔5〕输出一个反馈电流用以抵消被测电流，反馈电流在反馈回路上的电阻R2上形成电压降；闭合电流开关〔6a〕、该电压降由测量放大器〔7〕放大，再经过电流开关〔6b〕、〔6c〕使放大后的电流驱动由R1和电表〔8〕组成的电压表显示出直流电流值读数。当测量交直流电压时，利用电压接插孔〔9、10〕将被测部件的电压接入，闭合电压开关〔11a〕，输入的电压通过衰减器〔12〕，其衰减系数由量程开关(图中未画出)决定，该电压经过测量放大器〔7〕后再通过交直流转换开关〔13〕(交流时接通交流档，直流时接通直流档)闭合电压开关〔11b〕以、〔11c〕，使放大后的电压驱动由R1和电表〔8〕组成的电压表显示出电压值读数。当测量电阻时，利用电阻插孔〔14、15〕将被测部件的电阻接入，闭合电阻开关〔16a〕，接入的电阻通过电阻转换器〔17〕变成直流电压加至测量放大器〔7〕，其输出的电压经过交直流转换开关〔13〕的直流档后，再闭合电阻开关〔16b〕、〔16c〕，使该放大后的电压推动由R1和电表〔8〕组成的电压表显示出欧姆值读数。
如果要测被测部件的交流电流值，因为在上述测量直流电流值的线路中的运算放大器〔5〕后增加了一个双向电流驱动器〔18〕，并在测量放大器〔7〕的输出后通过交直流转换开关〔13〕将该输出电流接入交直流转换电路〔19〕，使之转换为直流电流后，再由电阻R1和电表〔8〕组成的电压表显示出直流值读数。
在上述运算放大器〔5〕中有一个调零开关〔20〕和调零电位器Rp1，可以使运算放大器的失调电压为零。
为了要利用在线测试的方法来确定印刷电路板或其它电气装置的短路位置，该检测仪中增加了一个独立的恒流源电路〔21〕和恒流源开关〔22〕，并通过恒流源插孔〔23、24〕将恒流源接到被测部件上，为了使恒流源可调节和有指示，通过接在恒流源电路上的电位器Rp3调节后，输出电流时经过电阻R3和恒流源开关〔22〕接入电表〔8〕后可显示出恒流值读数。
为了使出现短路时能提醒操作人员，在测量放大器〔7〕后，通过闭合报警开关〔25〕将经过测量放大器放大后的电流讯号接入报警电路〔26〕并通过发声和／或发光器件〔27〕发出指示，该报警电路是一个连续式的声报电路，也可以是一个声报和／或光报电路。
当要用在线测试的方法来确定自动化仪表中的电气故障时，该检测仪中增加了一个独立毫伏发生器电路〔28〕和毫伏发生器开关〔29〕，并通过毫伏发生器插孔〔30、31〕将毫伏信号接到被测部件上。为了使毫伏发生器电路上可调和有指示，通过接在毫伏发生器电路上的电位器Rp2调节后，闭合毫伏发生器开关〔29a〕使毫伏信号经过测量放大器〔7〕和交直流转换开关〔13〕的直流档后，再闭合毫伏发生器开关〔29b〕、〔29c〕，使放大后的毫伏信号由电阻R1和表〔8〕组成的电压表显示出毫伏读数。
参见图2，本实用新型可采用交流直流电路或电池供电。电池供电的原理为在本表的表壳内装有一组电池〔32〕，该电池可以采用干电池或太阳能电池，或者采用一组蓄电池。电池的电压值为6V，电池通过DC／DC变换器〔33〕变成一组正负电源和另一组正电源。这二组电源彼此绝缘。正负电源的电压值变为12V，其接着A点为正极，B点接地，C点为负极。该正负电源供测在线交直流值；电压值，电阻值和毫伏发生器的电路使用。另一组正电源的电压为27V，其接着D点为正极，E点接地；该正电源供恒流源电路使用。需注意的是B点和E点的接地点相互绝缘。由于采用电池供电，使本仪表携带方便，适用于化工现场的测试。
参见图3，本实用新型的表壳结构的一个实施例的平面结构是这样的它在原有Weston公司的万用表的及其同类仪表的外壳上增加了一些新的功能部件。原有仪表的表壳上一般包括下述部件一对与在线电流值测量电路相连的电流插孔〔1、2〕和一对和该插孔相连的测量表笔〔3、4〕，如果每支测量表笔同时采用二个在线路上互相不相连的探针〔3a、3b〕和〔3a、4b〕，测量效果更佳，一个用于控制在线电流测量电路的电流开关〔6〕；一对与交直流电压值测量电路相连的电压插孔〔9、10〕和一个用于控制交直流电压值测量电路的电压开关〔11〕；一对与电阻值测量电路相连的电阻插孔〔14、15〕和一个用于控制电阻值测量电路的电阻开关〔16〕；一对用于控制电流值、电压值、电阻值测量范围的量程开关〔34〕；一个用于调节运算放大器的调零开关〔20〕和一个调零电位器旋扭〔35〕；一个用于显示所测电流值、电压值、电阻值的电表〔8〕。
本实用新型表壳上增加的部件包括一个与独立恒流源电路相连的恒流源插孔〔23、24〕和一个用于控制恒流源电路的恒流源开关〔22〕。该恒流源和上述原有仪表中的电子线路不相连，由于本实施例中的恒流源也可以做成一个可调节的有指示的恒流源，所以在该恒流源电路中可以增加一个电位器，并在表壳上增加一个恒流源调节旋钮〔36〕，并通过原有电表〔8〕显示出输出的恒流值。在对线路和部件作出了上述调整后就可以利用本仪表测印刷电路板或其它电笔装置中的短路位置。为了当发生短路时可以提醒操作人员，在表壳增加了一个与增加的报警电路相连的发声和／或发光器件，该发声器件还可以是一个扬声器〔37〕，也可以是一个灯泡或发光二极管〔38〕，在表壳上还增加了一个用于控制报警电路的开关〔25〕。
为了能使本表能测试自动化装置中的电气故障，在表壳中又增加了一对与仪表内部增加的毫伏发生器电路相连的毫伏发生器插孔〔30、31〕；由于该毫伏发生器电路是可以调节和有指示的毫伏发生器，所以表壳上还增加了一个用于调节电路中的电位器的毫伏发生器调节旋扭〔39〕，另外增加一个毫伏开关〔29〕，并通过原有电表〔8〕显示输出的毫伏值。
为了使本仪表可同时用交流电或直流电供电，在表壳上还增加了一个电源交流直流开关〔40〕。
为了使本仪表也可以同时用于测量在线交流电流值，在原有的仪表内部的电子线路中增加一个双向驱动器和交直流转换器，并在表壳上增加一个与交直流转换器相连的(电流值测量选择)开关〔13〕。
在本实施例中所提及的量程开关，一般采用旋钮式，其它各类开关可以采用推键式或旋钮式或移动式，上述各个部件表面位置的分配可以根据制造者和使用者的需要作各种调整，各个部件和内部电路的具体连接已在图1和图2中述及。
参见图4，利用本实用新型提供的带有独立恒流源的在线电路检测仪表检测印刷电路板或其它电气装置短路位置的操作实例步骤如下用恒流线插孔〔23、24〕上引出的二支表笔〔41、42〕分别接触二根存在短路的导线〔43、44〕使之通过恒定直流电流，表笔〔41、42〕与导线的接触位置为M、N二点，再将从本仪表的在线测试部分〔45〕引出的二支表笔〔3、4〕，分别与导线〔43、44〕上的J、K二点接触。如果二根导线之间的短路位置处于E、F二点，这样线段MEFN之间有电流通过，因J、K二点落在线段EM之间，故本仪表电表〔8〕上有电流显示。当表笔〔3、4〕与导线〔43、44〕上的H、G二点接触时，因线段H、G之间无电流通过，故电表〔8〕上无电流显示，据此可以判定二根导线〔43、44〕之间的短路位置处于M、N二点的左侧而不是右侧，以此方法类推，即可以迅速准确的找到短路位置为E、F二点。
参见图5，这是一个利用实用新型提供的带有独立恒流源和毫伏发生器的在线电路检测仪表检查自动化装置中的电气故障位置的操作实例该装置是由反应塔〔46〕，温度传感器〔47〕，变送单元〔48〕，比例、微分、积分运算器〔49〕，执行机构〔50〕构成。在检测时，可将毫伏发生器〔28〕的测量表笔〔51、52〕，接入变送单元的输入端L、R二点，同时将温度传感器输出断开，再将本仪表的在线电流测检部分〔45〕引出的表笔〔3、4〕，接入变送单元的输出端后TV或SU之间的线路上。通过毫伏发生器的电位器Rp2的调节旋扭〔39〕和电表〔8〕给变送单元输入一个所需的标准电压值，观察变送单元输出的电流值以判定其工作状态是否正常。对于执行机构〔50〕其动作状态由输入电流值的大小决定，故可将恒流源〔21〕的表笔〔41、42〕接入其输入端W、Z，通过恒流源的电位器Rp3的调节旋钮〔36〕和电表〔8〕给执行机构一个所需的标准电流值以察执行机构的工作状态是否正常。对于比例、微分、积分运算也用同样的方法检测。
最后，应当说明的是，上述各实施例中提供的电子线路和表壳上的各个部件及操作实例中提供的步骤和方法仅仅是说明但无论如何不是打算限制本实用新型。对那些在本技术领域：
中训练有素的人员应当明白的是他可以作出各种各样的变体和改进，而不偏离实用新型的精神实质。
权利要求
1.一种在线电路检测仪表，属于电计量仪表中电性能和故障的测试备备。该仪表包括一个运算放大器[5]及与其输入端相连的一对表笔Ⅰ[3]和Ⅱ[4]，表笔Ⅰ[3]同时与运算放大器[5]的输出端相连，表笔Ⅱ[4]与测量放大器[7]的输入端相连，该表笔Ⅱ[4]与电阻R2相连，R2接地，测量放大器[7]的输出端与电表[8]相关连，本实用新型的特征在于，该仪表中还带有一个独立的恒流源电路[21]，表壳上装有一个恒流源开关[15]。
2.据权利要求
1所述的仪表，其特征在于，在上述恒流源电路〔21〕中增加一个电位器RP3，并在表壳上装有一个恒流源调节旋扭〔36〕。
3.据权利要求
1或2中所述的仪表，其特征在于，在上述测量放大器〔7〕之后接一个报警电路〔26〕及与该电路相连的发声和或发光器件〔27〕，并在表壳上装有一个控制报警电路的开关〔25〕。
4.据权利要求
3中所述的仪表，其特征在于，其中增加一个可调节的有指示的毫伏发生器电路〔28〕，并在表壳上再增加一个用于控制毫伏发生器电路的开关〔29〕和一个用于调节该电路中的电位器的毫伏发生器调节旋钮〔29〕。
5.据权利要求
1或2或4中所述的仪表，其特征在于， 上述运算放大器〔5〕和电笔Ⅰ〔3〕之间再串接一个双向电流驱动器〔18〕，在测量放大器〔7〕输出端与电表〔8〕之间同时串接一个交直流转换器〔19〕，并在表壳上安装一个在线交直流电流值测量光电开关〔13〕。
6.据权利要求
3中所述的仪表， 其特征在于，上述运算放大器〔5〕和电笔I〔3〕之间再串接一个双向电流驱动器〔18〕，在测量放大器〔7〕输出端与电表〔8〕之间同时串接一个交直流转换器〔19〕，并在表壳上安装一个在线交直流电流值测量选择开关〔13〕。
7.据权利要求
1或2或4或6中所述的仪表，其特征在于，其中再增设了一个直流／直流变换器〔33〕，采用电池供电，并在表壳上增设一个电源交直流开关〔40〕。
8.据权利要求
3中所述的仪表，其特征在于，其中再增设了一个直流／直流变换器〔33〕，采用电池供电，并在表壳上增设一个电源交直流开关〔40〕。
9.据权利要求
5中所述的仪表，其进一步的特征在于，其中再增设了一个直流／直流变换器〔33〕，采用电池供电，并在表壳上增设一个电源交直流开关〔40〕。
10.一种在线电路检测仪表，属于电计量仪表中电性能和故障的测试设备，该仪表包括一个运算放大器〔5〕及与其输入端相连的一对表笔Ⅰ〔3〕和Ⅱ〔4〕，表笔Ⅰ〔3〕同时与运算放大器〔5〕的输出端相连，表笔Ⅱ〔4〕与电阻R2相连，R2接地，测量放大器〔7〕的输出端与电表〔8〕相关连，本实用新型的特征在于，在上述仪表内的运算放大器〔5〕和电笔Ⅰ〔3〕之间再串接一个双向电流驱动器〔18〕，在测量放大器〔7〕输出端与电表〔8〕之间同时串接一个交直流转换器〔19〕，并在表壳上安装一个在线交直流电流值测量选择开关〔13〕。
专利摘要
一种多功能的在线电路检测仪，它通过在国外Weston公司的万用表中的运算放大器[5]后串接一个双向电流驱动器[18]，在测量放大器[7]后串接一个交直流转换器[19]，在表壳上增加一个交直流转换开关[13]，使之可以测在线交流电流值。此外通过增加可调节的有指示的独立恒流源毫伏发生器和报警电路及其在表壳上相应的开关，调节旋钮等部件使之可以检测印刷电路板及自动化装置中的电气故障位置。
文档编号G01R31/28GK85201419SQ85201419
公开日1986年6月4日 申请日期1985年4月21日
发明者胡诞康 申请人:上海市轻工业研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan