專利名稱：一種標(biāo)準(zhǔn)電能表及其采樣信號(hào)的修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有采樣信號(hào)修正能力的標(biāo)準(zhǔn)電能表及采樣信號(hào)修正方法。 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)電能表的功能和性能得到了很大的提高，但高等 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電能表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性一直是待解決的難題。目前標(biāo)準(zhǔn)電能表多采用A/D采樣、數(shù)字 乘法的原理。
如圖1所示為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電能表的電路框圖，其工作原理為包括電壓取樣電路和
電流取樣電路，被測(cè)信號(hào)經(jīng)電壓取樣電路、緩沖運(yùn)放，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供處
理器進(jìn)行計(jì)算和判斷；被測(cè)信號(hào)經(jīng)電流取樣電路中電流互感器得到采集的電流信號(hào)，該信
號(hào)經(jīng)電流取樣電路中電阻取樣轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)緩沖運(yùn)放后由A/D轉(zhuǎn)
換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入微處理器，在處理器內(nèi)對(duì)該采集通路的電壓信號(hào)進(jìn)行電流值的轉(zhuǎn)
化后，供處理器進(jìn)行計(jì)算和判斷；微處理器根據(jù)公式計(jì)算出功率和電能值。
計(jì)算公式為 式中U為電壓工作信號(hào)有效值，N為每周期采用點(diǎn)數(shù)，Ui為電流信號(hào)采樣值； 式中I為電流工作信號(hào)有效值，N為每周期采用點(diǎn)數(shù)，Ii為電流信號(hào)采樣值； 1 w 戶=_2",( 式中P為有功功率，Ui為電壓信號(hào)采樣值，Ii為電流信號(hào)采樣值，N為每周期采樣 點(diǎn)數(shù)。 為了改善標(biāo)準(zhǔn)電能表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，現(xiàn)有的產(chǎn)品中A/D轉(zhuǎn)換器的前級(jí)電路，如電 阻分壓、電流互感器取樣、緩沖運(yùn)放等都可通過購買性能較好的器件，并通過工藝控制措 施，使其長(zhǎng)期穩(wěn)定性得到改善；基準(zhǔn)電路也可通過相同的措施控制在一定的水平。然而整個(gè) 測(cè)量通路中，A/D轉(zhuǎn)換器由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜無法通過的簡(jiǎn)單的手段進(jìn)行測(cè)試控制，但它又是整 個(gè)測(cè)量通路中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其指標(biāo)的飄移對(duì)整個(gè)儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性將產(chǎn)生重要的影響， 因此，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的采樣信號(hào)的修正是保證是提高標(biāo)準(zhǔn)電能表長(zhǎng)期穩(wěn)定性的必要手段。 本發(fā)明的目的是提供一種標(biāo)準(zhǔn)電能表及其采樣信號(hào)的修正方法，可以有效提高標(biāo) 準(zhǔn)電能表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種標(biāo)準(zhǔn)電能表， 一種標(biāo)準(zhǔn)電能表，包括電壓取樣電 路和電流取樣電路，兩取樣電路輸出分別通過對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器連接于微處理器，在電壓
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容取樣電路與其對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置第一選擇開關(guān)，并設(shè)置第一電壓基準(zhǔn)電路，第一
電壓基準(zhǔn)電路輸出與電壓取樣電路輸出分別連接于第二選擇開關(guān)的兩個(gè)輸入端，第一選擇
開關(guān)的輸出端和控制端分別連接于電壓取樣電路對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器；在電流取
樣電路與其對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置第二選擇開關(guān)，并設(shè)置第二電壓基準(zhǔn)電路，第二電
壓基準(zhǔn)電路輸出與電流取樣電路輸出分別連接于第二選擇開關(guān)的兩個(gè)輸入端，第二選擇開
關(guān)的輸出端和控制端分別連接于電流取樣電路對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器。 兩個(gè)電壓基準(zhǔn)電路分別為該電能表工作電源的轉(zhuǎn)換電路和/或獨(dú)立電源電路，對(duì)
應(yīng)輸出固定的電壓。 所述的第一 電壓基準(zhǔn)電路和第二電壓基準(zhǔn)電路為同一個(gè)電壓基準(zhǔn)電路。 本發(fā)明還提供了一種標(biāo)準(zhǔn)電能表采樣信號(hào)的修正方法，該方法包括以下步驟 (1)依據(jù)香農(nóng)采樣定理設(shè)定被測(cè)信號(hào)的采樣頻率，并設(shè)定計(jì)算周期； (2)在初次校準(zhǔn)時(shí)，分別計(jì)算第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值lu和第二
電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值lu，并保存于微處理器的非易失性存儲(chǔ)器中； (3)微處理器依據(jù)設(shè)定采樣頻率采集被檢測(cè)電壓信號(hào)Uk，及第一電壓基準(zhǔn)電路輸
出信號(hào)Xuk，并保存； (4)微處理器依據(jù)設(shè)定采樣頻率采集被檢測(cè)電流信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換值U^及第二電 壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)xik，并保存； (5)若完成一個(gè)計(jì)算周期的信號(hào)采集則執(zhí)行(6)，否則執(zhí)行(3); (6)依據(jù)保存的Xuk和Xik分別計(jì)算該計(jì)算周期內(nèi)的第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)
量值的有效值Xu和第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值& ; (7)計(jì)算Xu與l的差值為第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值變化量AXu，計(jì)算Xi 與l的差值為第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值變化量; (8)依據(jù)保存的Uk和Uik分別計(jì)算該采集周期內(nèi)的被檢測(cè)電壓信號(hào)的有效值U和 被檢測(cè)電流信號(hào)的有效值I ; (9)計(jì)算U與AXu的差值為被檢測(cè)電壓信號(hào)修正值D，計(jì)算I與AXi的差值為被 檢測(cè)電壓信號(hào)修正值了； (10)依據(jù)D和了計(jì)算有效功率P，并執(zhí)行(3)。 所述的第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值文u、第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào) 的原始測(cè)量值l、第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值Xu、第二電壓基準(zhǔn)電路輸出 信號(hào)測(cè)量值的有效值Xi的計(jì)算方法均為 式中X對(duì)應(yīng)為文u、文i、 Xu、 Xi ; A對(duì)應(yīng)為文u、 1、 Xu、 Xi計(jì)算中采樣周期的個(gè)數(shù)； N對(duì)應(yīng)為文u、^、Xu、Xi計(jì)算中每個(gè)采樣周期的采集點(diǎn)數(shù)； Xk對(duì)應(yīng)為l計(jì)算中第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始采樣值、文i計(jì)算中第二電壓 基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始采樣值、Xu第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的檢測(cè)采樣值Xuk、 &第二 電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的檢測(cè)采樣值的信號(hào)采樣值xik。
所述的采樣周期為交流電的正弦周期。
采樣周期個(gè)數(shù)A為8 12。 每個(gè)采樣周期的采集點(diǎn)數(shù)N為200 300。 上述本發(fā)明中在標(biāo)準(zhǔn)電能表電路中增加第一電壓基準(zhǔn)電路和第二電壓基準(zhǔn)電路 輸出基準(zhǔn)電壓信號(hào)，并利用該信號(hào)對(duì)相應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)飄移所引起的測(cè)量誤差進(jìn)行修 正，提高標(biāo)準(zhǔn)電能表的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。


圖1是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電能表的電路原理圖； 圖2是具有采樣信號(hào)修正功能的標(biāo)準(zhǔn)電能表電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1 ，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電能表包括電壓取樣電路1和電流取樣電路2，以及對(duì)取樣 信號(hào)采集處理的微處理器3，電壓取樣電路1由電阻分壓電路、電壓緩沖運(yùn)放11組成，被測(cè) 電壓信號(hào)SI經(jīng)電阻R構(gòu)成的電阻分壓電路分壓后依次經(jīng)緩沖運(yùn)放電路11 、電壓A/D轉(zhuǎn)換器 4，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入微處理器3，電流取樣電路2由電流互感器21、取樣電阻R3、電流緩 沖運(yùn)放21組成，被測(cè)電流信號(hào)S2經(jīng)電流互感器21、取樣電阻R后依次經(jīng)電流緩沖運(yùn)放21、 電流A/D轉(zhuǎn)換器5，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入微處理器3。 如圖2所示，本實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)電能表在電壓取樣電路1與電壓A/D轉(zhuǎn)換器4之間 設(shè)置電壓選擇開關(guān)6，并設(shè)置第一電壓基準(zhǔn)電路8，第一電壓基準(zhǔn)電路8的輸出與電壓取樣 電路1的輸出分別連接于電壓擇開關(guān)6的兩個(gè)輸入端，第一選擇開關(guān)的輸出端和控制端分 別連接于電壓A/D轉(zhuǎn)換器4和微處理器3 ;在電流取樣電路2與電流A/D轉(zhuǎn)換器5之間設(shè) 置第二選擇開關(guān)7，并設(shè)置第二電壓基準(zhǔn)電路9，第二電壓基準(zhǔn)電路9的輸出與電流取樣電 路2的輸出分別連接于第二選擇開關(guān)7的兩個(gè)輸入端，第二選擇開關(guān)的輸出端和控制端分 別連接于電流A/D轉(zhuǎn)換器5和微處理器3。
本實(shí)施例中兩個(gè)電壓基準(zhǔn)電路為獨(dú)立的電壓源。 本實(shí)施例中第一電壓基準(zhǔn)電路和第二電壓基準(zhǔn)電路的輸出相同，做為優(yōu)化采用同
一個(gè)電壓基準(zhǔn)電路實(shí)現(xiàn)第一電壓基準(zhǔn)電路和第二電壓基準(zhǔn)電路的功能。 本實(shí)施例中采用獨(dú)立的電壓源來設(shè)計(jì)兩個(gè)電壓基準(zhǔn)電路，當(dāng)然也可以采用其他方
法，例如利用電能表的供電系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換。 基于上述標(biāo)準(zhǔn)電能表的采樣信號(hào)的修正方法包括以下步驟 (1)依據(jù)香農(nóng)采樣定理設(shè)定被測(cè)信號(hào)的采樣頻率，并設(shè)定采樣周期； (2)在初次校準(zhǔn)時(shí)，分別計(jì)算第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值l和第二
電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值l，并保存于微處理器的非易失性存儲(chǔ)器中； (3)微處理器依據(jù)設(shè)定采樣頻率采集被檢測(cè)電壓信號(hào)Uk，及第一電壓基準(zhǔn)電路輸
出信號(hào)Xuk，并保存； (4)微處理器依據(jù)設(shè)定采樣頻率采集被檢測(cè)電流信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換值Uik，及第二電 壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)xik，并保存； (5)若完成一個(gè)采樣周期的信號(hào)采集則執(zhí)行(6)，否則執(zhí)行(3); (6)依據(jù)保存的Xuk和Xik分別計(jì)算該采集周期內(nèi)的第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值Xu和第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值& ; (7)計(jì)算Xu與l的差值為第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值變化量AXu，計(jì)算Xi 與l的差值為第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值變化量; (8)依據(jù)保存的Uk和Uik分別計(jì)算該采集周期內(nèi)的被檢測(cè)電壓信號(hào)的有效值U和 被檢測(cè)電流信號(hào)的有效值I ; (9)計(jì)算U與AXu的差值為被檢測(cè)電壓信號(hào)修正值D，計(jì)算I與AXi的差值為被 檢測(cè)電壓信號(hào)修正值了； (10)依據(jù)D和了計(jì)算有效功率P，并執(zhí)行(3)。 所述的第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值文u、第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào) 的原始測(cè)量值l、第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值Xu、第二電壓基準(zhǔn)電路輸出 信號(hào)測(cè)量值的有效值Xi的計(jì)算方法均為 式中X對(duì)應(yīng)為文u、文i、Xu、Xi ; A對(duì)應(yīng)為文u、 1、 Xu、 Xi計(jì)算中采樣周期的個(gè)數(shù)； N對(duì)應(yīng)為文u、 1、 Xu、 Xi計(jì)算中每個(gè)采樣周期的采集點(diǎn)數(shù)； Xk對(duì)應(yīng)為l計(jì)算中第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始采樣值、文i計(jì)算中第二電壓 基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始采樣值、Xu第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的檢測(cè)采樣值Xuk、 &第二 電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的檢測(cè)采樣值的信號(hào)采樣值xik。 為了優(yōu)化該校正方法，采樣周期為交流電的正弦周期，采樣周期個(gè)數(shù)A的取值為 8 12，每個(gè)采樣周期的采集點(diǎn)數(shù)N的取值為20(T300，此處A的取值為10， N的取信為250。
權(quán)利要求
一種標(biāo)準(zhǔn)電能表，包括電壓取樣電路和電流取樣電路，兩取樣電路輸出分別通過對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器連接于微處理器，其特征在于，在電壓取樣電路與其對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置第一選擇開關(guān)，并設(shè)置第一電壓基準(zhǔn)電路，第一電壓基準(zhǔn)電路輸出與電壓取樣電路輸出分別連接于第二選擇開關(guān)的兩個(gè)輸入端，第一選擇開關(guān)的輸出端和控制端分別連接于電壓取樣電路對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器；在電流取樣電路與其對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置第二選擇開關(guān)，并設(shè)置第二電壓基準(zhǔn)電路，第二電壓基準(zhǔn)電路輸出與電流取樣電路輸出分別連接于第二選擇開關(guān)的兩個(gè)輸入端，第二選擇開關(guān)的輸出端和控制端分別連接于電流取樣電路對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器。
2. 如權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)電能表，其特征在于，所述兩個(gè)電壓基準(zhǔn)電路分別為該電 能表工作電源的轉(zhuǎn)換電路和/或獨(dú)立電源電路，對(duì)應(yīng)輸出固定的電壓。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的標(biāo)準(zhǔn)電能表，其特征在于，所述第一電壓基準(zhǔn)電路和第二電 壓基準(zhǔn)電路為同 一個(gè)電壓基準(zhǔn)電路。
4. 一種基于權(quán)利要求1所述裝置的采樣信號(hào)的修正方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟(1) 依據(jù)香農(nóng)采樣定理設(shè)定被測(cè)信號(hào)的采樣頻率，并設(shè)定計(jì)算周期；_(2) 在初次校準(zhǔn)時(shí)，分別計(jì)算第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值lu和第二電壓 基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值lu，并保存于微處理器的非易失性存儲(chǔ)器中；(3) 微處理器依據(jù)設(shè)定采樣頻率采集被檢測(cè)電壓信號(hào)Uk，及第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)Xuk，并保存；(4) 微處理器依據(jù)設(shè)定采樣頻率采集被檢測(cè)電流信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換值Uik，及第二電壓基 準(zhǔn)電路輸出信號(hào)Xik，并保存；(5) 若完成一個(gè)計(jì)算周期的信號(hào)采集則執(zhí)行(6)，否則執(zhí)行(3);(6) 依據(jù)保存的x^和Xik分別計(jì)算該計(jì)算周期內(nèi)的第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值 的有效值Xu和第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值& ;(7) 計(jì)算Xu與l的差值為第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值變化量AXu，計(jì)算Xi與l 的差值為第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值變化量;(8) 依據(jù)保存的Uk和Uik分別計(jì)算該采集周期內(nèi)的被檢測(cè)電壓信號(hào)的有效值U和被檢 測(cè)電流信號(hào)的有效值I;(9) 計(jì)算U與AXU的差值為被檢測(cè)電壓信號(hào)修正值D，計(jì)算I與A &的差值為被檢測(cè) 電壓信號(hào)修正值了；(10) 依據(jù)D和了計(jì)算有效功率P，并執(zhí)行(3)。
5. 如權(quán)利要求4所述的采樣信號(hào)的修正方法，其特征在于，所述的第一電壓基準(zhǔn)電路 輸出信號(hào)的原始測(cè)量值文u、第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始測(cè)量值文i、第一電壓基準(zhǔn)電 路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值Xu、第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)測(cè)量值的有效值Xi的計(jì)算方法均為<formula>formula see original document page 2</formula>式中X對(duì)應(yīng)為文u、文i、Xu、Xi ;A對(duì)應(yīng)為文u、 1、 Xu、 &計(jì)算中采樣周期的個(gè)數(shù)；N對(duì)應(yīng)為1、 1、 Xu、 &計(jì)算中每個(gè)采樣周期的采集點(diǎn)數(shù)；Xk對(duì)應(yīng)為l計(jì)算中第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始采樣值、文i計(jì)算中第二電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的原始采樣值、xu第一電壓基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的檢測(cè)采樣值Xuk、 Xi第二電壓 基準(zhǔn)電路輸出信號(hào)的檢測(cè)采樣值的信號(hào)采樣值xik。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的采樣信號(hào)的修正方法，其特征在于，所述的采樣周期為交流 電的正弦周期。
7. 如權(quán)利要求6所述的采樣信號(hào)的修正方法，其特征在于，采樣周期個(gè)數(shù)A為8 12。
8. 如權(quán)利要求7所述的采樣信號(hào)的修正方法，其特征在于，每個(gè)采樣周期的采集點(diǎn)數(shù)N 為200 300。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種標(biāo)準(zhǔn)電能表及其采樣信號(hào)的修正方法，該發(fā)明在標(biāo)準(zhǔn)電能表中增加基準(zhǔn)電壓電路，并通過對(duì)應(yīng)選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)每個(gè)取樣信號(hào)采集完成后進(jìn)行一次基準(zhǔn)信號(hào)的采樣，并利用該基準(zhǔn)信號(hào)的采樣值與保存的原始測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，得出誤差補(bǔ)償量，進(jìn)而對(duì)取樣信號(hào)的采集量進(jìn)行誤差補(bǔ)償，有效提高了標(biāo)準(zhǔn)電能表長(zhǎng)期使用后的設(shè)備穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01R22/10GK101738593SQ20091022733
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者左敏柱, 樊顏偉, 王新亞, 趙靜濤, 韓有華 申請(qǐng)人:河南思達(dá)高科技股份有限公司