专利名称:多功能在线电路检测仪表的制作方法
本发明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(CANADLAN CONTROLS & INSTRUMENTATION 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的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低消被测电流，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，该万用表的电流档均为直流，分3毫安，10毫安，30毫安，和100毫安，300毫安五档。此外，为了能测得交直流电压值，在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。该万用表的电压档分八档，测量范围从0.1伏到300伏。此外电阻档分七档，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，由于艺艺的不完善，二条印刷电路板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(0-10毫安或4-20毫安)。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，至于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，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万用表或其它文献来看，也没有发现具备这种功能。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，本发明的任务就是为了要设计出一种能同时解决上述三方面的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，本发明的目的首先是要使原有的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的测试。
本发明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中增加了独立恒流源和毫伏发生器并对原有的电子线路也作了一些重要的改进。具体地说本发明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，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，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，恒流源数值可由万用表表壳上的电位器调节。同时，再增加一个毫伏发生器开关及可调节毫伏信号数值的电位器，在表壳上还有恒流源或毫伏发生器的指示电表。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漂移放大器，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直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。这部分电路工作原理如附图1所示。
参见图1，使用这种改进了的检测仪，只要表笔〔1〕中的探针〔2、3〕和表笔〔4〕中的探针〔5、6〕接触被测导体的二点A和B，就可以方便地知道流过A和B之间的交流电流值I0，这是因为当电流I0从导体中的A点流到B点时会产生一个电压降，一般为几十微伏到几百微伏，这个电压使运算放大器K1〔7〕输出一个电压，推动双向电流驱动器〔9〕输出一个反馈电流I1，I1和被测电流I0方向相反，大小相同，然后电流I1在电阻R1上形成的电压降经测量放大器K2〔8〕放大后再通过交直流转换开关〔11、12〕和交直流转换器〔10〕变成直流电去推动电表〔13〕显示出被测的交流电流值I0，电阻R1和电表〔13〕的另一端各自接地。所使用的电表〔13〕可以是一个由电阻R和电流表A〔14〕串接构成的电压表。如被测电流是直流电，就将位于表壳上的交直流转换开关放在直流位置，使开关〔11、12〕与触点a和c相连;如果被测电流是交流电，就将开关〔11、12〕放在交流位置，使开关〔11、12〕与触点b和d相连，交直流电流值的读数全部由同一电表〔13〕显示。
第四、因原有Weston公司的电表中线路供电电路是采用交流电供电，然后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因而使用不便。故本发明也可采用电池供电，并在线路中增加一个直流/直流变换器使之间向线路提供所需电压。
本发明的优点是明显的，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为广泛的实际使用。
附图的图面说明图1、交直流电流值的测量电路的电路工作原理图;
图2、恒流源的一个实施例的电路示意图;
图3、检测印刷电路板短路的操作实例示意图;
图4、报警器的第一个实施例的电路示意图;
图5、报警器的第二个实施例的电路示意图;
图6、直流毫伏发生器的一个实施例的电路示意图;
图7、检测自动化设备电气故障的操作实例示意图;
图8、测交直流电流值的在线测试仪表的一个实施例的电路示意图。
以下将结合附图给出本发明中各部分电子线路的具体实例及操作实例，并通过这些实例的描述给出本发明的细节。
参见图2，实施例提供的是一个可调的有指示的恒流源，其电路由稳压管DW1及其限流电阻R2，晶体管Tr1及其限流电阻R3，电位器Rp1及其电流表A〔14〕等构成。上述电位器Rp1的调节旋钮装在该检测仪表的外壳上，电流表A〔14〕也装在外壳上，同时在外壳上还有一个恒流源开关〔15〕及恒流源输出端点e，f的两个接线插孔，然后从插孔引出一对测量表笔〔16、17〕。测量时，需打开恒流源开关，将测量表笔接入被测部件或电路，并通过电流表A〔14〕显示出电流值。需注意的一点是该恒流源电路跟检测仪表中的交直流在线测试电路不相连。
参见图3，利用本发明想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从接线插孔e，f上引出的二支表笔〔16、1〕分别接触二根存在短路的导线〔20、21〕使之通以恒定直流电流，表笔〔16、17〕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〔19〕引出的二支表笔〔1、4〕分别与导线〔20〕上的C、D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C、D二点落在线段EM之间，故本仪表上的电表〔13〕上有电流显示。当表笔〔1、4〕与导线〔20〕上的H，G二点接触时，因线段HG之间无电流通过，故电表〔13〕上无电流显示。据此可以判定二根导线〔20、21〕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，即可迅速准确的找到短路位置为E、F二点。
参见图4，为了能方便地找到短路位置，本发明从在线测试电路中的测量放大器K2〔8〕的输出端接出一个报警器。本报警器的第一个实施例是一个连续式声报电路，即该声报电路是一个输出频率随输入电压增加的电压频率转换电路，其中由晶体三极管Tr2、Tr3，限流电阻R4、R5、R6、R7和二极管D1、D2、D3构成向电容C1的充电电路，当输入电压高时，晶体管Tr2和Tr3导通程度加深，故电容C1的充电电流大，因此由双基极单极管Tr4和电阻R8、R9及电容C1等构成的振荡电路频率增高。将CMOS非门C1接入电阻R8和单极管一个基极之间，以实现电平匹配。非门C1经电阻R10与晶体管Tr5的基极相连，该管的发射极接地，集电极与扬声器组成一个功放电路。在上述电压频率转换电路中，二极管D1、D2、D3和电阻R6的作用是给晶体三极管Tr2的发射报以一定的负偏压，从而当晶体三极管的基极电压为零时，该管也导通，电容C1也有充电电流存在，从而使振荡电路发出低频振荡，扬声器〔22〕可发生低频声。这样在使用图3中介绍的检测短路位置的操作实例时，当电笔〔1、4〕与H、G二点接触时，因线段HG中无电流通过，故晶体三极管Tr2的基极输入电压为零，但扬声器〔22〕仍能发出低频声;当电笔与CD二点接触时，因线段CD中有电流通过，故晶体管Tr2的基极输入电压增大，扬声器发出的声音频率增大。
参见图5，本报警器的第二个实施例是一个声报和/或光报的电路，它由电压比较器Kc〔23〕，报警器件〔24〕和电阻R12、R13、R14及晶体管Tr6等构成。当通过电笔〔1、4〕探测到有在线电流时，测量放大输出电压大，此时Q点的电压超过P点的电压，电压比较器Kc〔23〕输出高电平，晶体三极管Tr6导通，报警器件〔24〕报警。反之，如果测不到在线电流，因电压比较器Kc输出低电平，晶体三极管Tr6截止，报警器件不报警。该报警器件可以是装在本检测仪表表壳内的蜂呜器，也可以是装在表壳上的指示灯泡。
参见图6，该实施例提供的是一个可调的有指示的直流毫伏发生器，其电路是由测量放大器K2〔8〕电位器RP2，电阻R15、R16、R17、R18和电容C2、C3、C4及电表〔13〕等构成。其中放大器K2〔8〕采用5G7650型，接在放大器上的电容是采用这种型号的放大器所需的电容。与供电电源负极相连的电阻R18是一个限流电阻，保护该放大器不易损坏，接地电容C4是一个滤波电容。电阻R16与R17决定放大器K2的放大倍数，与放大器K2的输入端相连的电位器RP2的一端接地。电位器RP2的中心抽头与位于检测仪表的表壳上的测量插孔g相连，另一接线插孔h接地。放大器K2的输出端与电表〔13〕相连。该毫伏发生器电路是一个与测量交直流在线测试电路不相连的独立电路，通过调节位于表壳上的电位器旋钮，得到所需的直流毫伏电压，通过放大器放大后驱动电表〔13〕指示出读数，并通过表壳上的接线插孔引出的测量表笔〔25、26〕连接到被测电路上去。
参见图7，这是一个利用本发明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〔27〕温度传感器〔28〕变送单元〔29〕、比例、微分、积分运算器〔31〕，执行机构〔33〕构成。在检测时，可将毫伏发生器〔30〕的测量表笔〔25、26〕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〔19〕引出的表笔〔1、4〕，接入变送单元的输出端T、V或S、U之间的线路上。通过毫伏发生器的电位器RP2的调节旋钮和电表〔13〕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〔33〕其动作状态由输入电流值的大小决定，故可将恒流源〔32〕的表笔〔16、17〕接入其输入端W、Z，通过恒流源的电位器RP1的调节旋钮和电流A〔14〕给执行机构一个所需的标准电流值以观察执行机构的工作状态是否正常。对于比例，微分、积分运算器也用同样的方法检测。
参见图8，本检测仪表测交直流在线电流值的电子线路的一个具体实施例是这样设计的它有表笔Ⅰ〔1〕和表笔Ⅱ〔4〕，表笔Ⅰ有一对探针〔2、3〕表笔Ⅱ有一对探针〔5、6〕，探针〔3〕和〔6〕分别与一个频带较宽宽的低漂移运算极大器(XFC-78型)相连，该放大器的电容C7为防振电容，RP3为调零电位器，R19供给运算放大器K1所需的偏流。在运算放大器后接双向电流驱动器，它由一对射极跟随器构成，每个射极跟随器有二个三极管(Tr7和Tr8，或Tr9和Tr10)，二个二极管D4和D5，或D6和D7，二个电阻(R20和R22或R21和R23)。此外表笔Ⅱ中的探针〔5〕与电阻R1和测量放大器K2〔8〕相连，电阻R16，R17决定测量放大器的放大倍数。C2和C3是使用5G7650这种型号的放大器所需接的电容，电阻R18是一限流电阻，保护K2不易损坏，电容C4是电源滤波电容。测量放大器K2输出的交流电经过交直流转换开关〔11、12〕和交直流转换器相连，该转换器中的电容C5和二极管D8构成检波器，二极管D8的一端接地，电阻R27和电容C6为低通滤波器，通过转换器变成直流信号再经过转换开关的端点a到达电表〔13〕，上述测量放大器电路与毫伏发生器中的测量放大器电路实际是同一电路。
如果所测的电路是直流电，则可以将转换开关放在直流位置，这样从测量放大器K2输出的讯号值可以直接从电表〔13〕中显示出来。
最后，应当说明的是，上述各实施例中提供的电子线路和操作实例中提供的步骤和方法，仅仅是说明本发明的目的和实现方式及使其优点更加明显，无论如何不是打算限止本发明。对那些在本技术领域：
中训练有素的人员应当明白的是它可以作出各种各样的变体和改进，而不偏离本发明的精神实质。
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设备。该仪表包括一个运算放大器K1[7]，及与其输入端相连的一对表笔[14]，表笔Ⅰ[1]同时与运算放大器K1的输出端相连，表笔Ⅱ[4]与测量放大器K2[8]的输入端相连，该表笔Ⅱ[4]同时与电阻R1相连，R1接地；测量放大器K2的输出端串接一个电表[13]，本发明的特征在于，该仪表内还带有一个独立的恒流源电路，表壳上装有一个恒流源开关[15]。
2.根据权利要求
1所述的仪表，其进一步的特征在于，上述恒流源电路由一个晶体三极管Tr1，一个稳压管DW1和二个限流R2R2和R3及一个电流表A〔14〕构成。
3.根据权利要求
1或2所述的仪表，其进一步的特征在于，在上述恒流源电路中增加一个电位Rp1，并在表壳上装有一个电位器调节旋钮。
4.根据权利要求
1或2中所述的仪表，其进一步的特征在于，在测量放大器K2〔8〕之后接入一个报警器电路。
5.根据权利要求
3中所述的仪表，其进一步的特征在于，在上述测量放大器K2〔8〕之后接一个报警器电路。
6.根据权利要求
4或5中所述的仪表，其进一步的特征在于，上述报警电路是由二个晶体三极管Tr2和Tr3，一组二极管D1、D2、D3，一个电容C1及一个双基极单极管Tr4构成一个电压频率转换电路，该电路输出的振荡信号接到CMOS门电路G1上实现电平转换，然后再输送到晶体三极管Tr5实现功率放大，驱动扬声器〔22〕。
7.据权利要求
4或5中所述的仪表，其进一步的特征在于，上述报警电路包括一个电压比较器〔23〕，二个接在其输入端的分压电阻R12及R13及一个接在其输出端的晶体管Tr6和一个发光或发声元件〔24〕。
8.据权利要求
1或2所述的仪表，其进一步的特征在于，该仪表还带有一个可调节的有指示的毫伏发生器电路。
9.据权利要求
3，所述的仪表，其进一步的特征在于，该仪表还带有一个可调节的有指示的毫伏发生器电路。
10.据权利要求
4所述的仪表，其进一步的特征在于，该仪表还带有一个可调节的有指示的毫伏发生器电路。
11.据权利要求
5所述的仪表，其进一步的特征在于，该仪表还带有一个可调节的有指示的毫伏发生器电路。
12.据权利要求
8所述的仪表，其进一步的特征在于，上述毫伏发生器电路是由测量放大器K2〔8〕，电位器Rp2，电阻R15，R16，R17，R18和电容C2，C3，C4及电表〔13〕构成，并在表壳上装有电位器Rp2的调节旋钮。
13.据权利要求
9或10或11所述的仪表，其进一步的特征在于，上述毫伏发生器的电路是由测量放大器K2〔8〕，电位器Rp2，电阻R15，R16，R17，R18和电容C2，C3，C4及电表〔13〕构成，并在表壳上装有电位器Rp2的调节旋钮。
14.据权利要求
1或2或12所述的仪表，其进一步的特征在于，在上述运算放大器K1〔7〕与表笔Ⅰ〔1〕之间再串接一个双向电流驱动器〔9〕，在测量放大器输出端与电表〔13〕之间同时串接一个交直流转换器，并在表壳上安装一个交直流转换开关〔11、12〕。
15.据权利要求
13所述的仪表，其进一步的特征在于，在上述运算放大器K1〔7〕与表笔Ⅰ〔1〕之间再串接一个双向电流驱动器〔9〕，在测量放大器输出端与电表〔13〕之间同时串接一个交直流转换器，并在表壳上安装一个交直流转换开关〔11、12〕。
16.据权利要求
14所述的仪表，其进一步的特征在于，该仪表用电池供电。
17.据权利要求
1或15所述的仪表，其进一步的特征在于，该仪表采用电池供电。
18.一种在线电路检测仪表，属於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K1〔7〕及与其输入端相连的一对表笔〔1，4〕，表笔Ⅰ〔1〕同时与运算放大器K1的输出端相连，表笔Ⅱ〔4〕与测量放大器K2〔8〕的输入端相连，该表笔Ⅱ〔4〕同时与电阻R1相连，R1接地;测量放大器K2的输出端串接一个电表〔13〕，本发明的特征在于，在上述运算放大器K1〔7〕与表笔Ⅰ〔1〕之间再串接一个双向电流驱动器〔9〕，在测量放大器输出端与电表〔13〕之间，同时串接一个交直流转换器，并在表壳上安装一个交直流转换开关〔11、12〕。
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K
文档编号G01R31/02GK85103431SQ85103431
公开日1986年3月10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