[发明专利]一种基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表

说明书

本发明公开了一种基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表的系统构成及工作机理，属于微电子机械系统领域。其结构特征在于高精度电压表由多元薄膜热电变换器(1)、滤波电路1(2)和2(3)、线性化电路1(4)和2(5)、差分放大电路(6)、PI校正电路(7)、直流电压表(8)组成。多元薄膜热电变换器(1)由材料和结构相同的加热电阻1(9)、2(10)和热电堆1(11)、2(12)组成。当有交流信号输入到加热电阻1(9)上时，形成温差电动势，通过闭环反馈电路改变加载在加热电阻2(10)上的反馈电压，直到差分放大电路(6)输出信号为0，此时直流电压表测量的反馈信号就是输入交流信号的有效值。这种高精度电压表采用热电变换的方法测量交流信号，适合测量各种波形交流电压信号，并具有很高的准确度和工作频率范围。

技术领域

本发明涉及一种电压表，特别是一种基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表的系统构成及工作机理，属于微电子机械系统(MEMS)领域。

背景技术

电压是电路和系统中最基本、最重要的参数，电压测量在电子测量中占有重要的地位。电压表和包括电压测量功能的万用表是从初级技工到高级科技人员普遍使用的电子测量仪器。在电子电路或系统出现故障的情况下，往往凭借对电路中电压信号的检测来判断故障的位置和原因。在自动测试系统、生产线和设备维修等部门，电压表更是不可或缺的仪表。在传感领域，绝大多数非电量也是通过转换成电压信号来测量的。各种信号发生器、发射机、接收机等电子仪器和设备的主要性能参数是通过测量电压来确定。在电子计量中，场强、衰减、脉冲、调幅系数、波形非线性失真系数等参量都是电压和电流的导出量。

交流电压的有效值能够反映被测信号能量大小，交流电器铭牌上的额定电压是指有效值，交流电压表指示的电压值也是有效值。在电子测量领域中，一般指针式或数字式电压表可以用于精确测量1kHz以下的电压信号。如果测量高频电压信号，则因仪表高频特性的限制引入较大的误差。目前市场上的磁电系、电动系、静电系、平均值检波电压表和真有效值测量芯片的工作频率范围比较窄，峰值检波电子式电压表虽然测量频率范围较宽，但测量精度差，且不能测量微弱交流电压信号的有效值。

随着科技的发展和社会不断进步，对仪表测量精度、频带、量程方面的要求越来越高，因此设计和制作高精度宽带交流电压表是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是发明一种基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表，准确测量宽带交流电压信号的有效值。

为实现上述目的，本发明所提出的基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表的基本结构是；所述的基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表由多元薄膜热电变换器、滤波电路1和2、线性化电路1和2、差分放大电路、PI校正电路、直流电压表组成。多元薄膜热电变换器由材料和结构相同的加热电阻1、2和热电堆1、2组成。热电堆1、2的热端分别靠近加热电阻1、2。热电堆1测量加热电阻1的温度，其输出的温差电动势信号不受加热电阻2的温度影响；热电堆2测量加热电阻2的温度，其输出的温差电动势信号不受加热电阻1的温度影响。

本发明所涉及的基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表的检测机理；当有交流电压信号输入时，施加在加热电阻1上，加热电阻1温度升高后其热量经对流、辐射或热传导等途径引起热电堆1输出温差电动势。滤波电路1滤除温差电动势中的工频和高频信号，通过线性化电路1使热电堆1输出的温差电动势信号线性化。经过差分放大电路、PI校正电路反馈到加热电阻2上，改变热电堆2输出的温差电动势信号。差分放大电路重新计算电压差值，经过PI校正电路反馈到加热电阻2上，直到差分放大电路输出信号为0，此时PI校正电路的输出电压就是输入交流电压信号的有效值，该电压由直流电压表测量。

本发明所涉及的基于多元薄膜热电变换器的高精度电压表的优点在于：除了能测量正弦电压的有效值外，还适合测量失真正弦波及非正弦的电压，如噪声、脉冲波、三角波、锯齿波的有效值，并且具有很高的准确度。

附图说明