專利名稱:電子式電能測量裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種經(jīng)過改進的電子式電能測量裝置，特別是在小電能范圍內(nèi)能精確測量的電子式電能測量裝置。
圖1是已知的電子式電能測量裝置的方框圖。如圖1所示，該已知的測量裝置包括有一個電壓輸入端(1)在電壓輸入端(1)上加有一要測出其電能的被測電路的高電壓。該裝置還有一電流輸入端(2)，被測電路的電流通過該輸入端(2)流入該裝置。一個電壓變換部分(3)，例如是分壓電阻網(wǎng)絡(luò)式變壓器，被連接到電壓輸入端(1)，用于接收被測電路的電壓并發(fā)出與輸入的高電壓相對應(yīng)的低電壓信號。一個電流變換部分，例如變流器，其輸入端與電流輸入端(2)連接，以接收被測電路的電流并發(fā)出一個與輸入到其輸入端的大電流相對應(yīng)的小電流信號。電壓變換部分(3)的輸出端和電流變換部分(4)的輸出端分別與第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)的輸入端連接。第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和第(2)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器都是8畢特的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且分別用于將從電壓變換部分(3)輸出的低壓模擬信號轉(zhuǎn)換成代表該電壓的數(shù)字信號及將電流變換部分(4)輸出的小電流模擬信號轉(zhuǎn)換成代表該電流的數(shù)字信號。第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)通過總線(9)與處理和控制部分(7)連接。該處理和控制部件(7)通過控制線(8)向第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)出控制信號，使第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器按預(yù)定的時間間隔發(fā)出輸出信號，并使處理和控制部分(7)周期性地收到從兩轉(zhuǎn)換器發(fā)出的信號，并在處理和控制部分(7)中通過對第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出的數(shù)據(jù)的相乘，計算出被測電路的電能。從處理和控制部分(7)輸出的輸出數(shù)據(jù)即電能數(shù)據(jù)由輸出線(11)輸出到電能測量裝置的輸出端(10)。
如圖1所示的已知的電子式電能測量裝置的工作過程如下被測電路的電壓和電流通過電壓輸入端(1)和電流輸入端(2)分別輸入到電壓變換部分(3)和電流變換部分(4)，該電壓變換部分(3)發(fā)出與被測電路加在輸入端(1)上的高電壓相對應(yīng)的低壓模擬信號。該電流變換部分(4)發(fā)出與從被測電路通過電流輸入端(2)輸入的大電流相對應(yīng)的小電流模擬信號。電壓變換部分(3)發(fā)出的低壓模擬信號加到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)，電流變換部分發(fā)出的小電流模擬信號到第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)。從第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)出代表被測電路電壓的數(shù)字信號，該數(shù)字信號通過總線(9)被加到處理和控制部分(7)。從第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)出代表被測電路電流的數(shù)字信號，該數(shù)字信號通過總線加到處理和控制部分(7)。處理和控制部分(7)通過控制線(8)向第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)出控制信號以控制它們。所以第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)在控制信號的按制下，周期性的工作，以便向處理和控制部分(7)發(fā)出輸出數(shù)據(jù)。兩種數(shù)字信號即從第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)輸出的電壓數(shù)字信號和從第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)輸出的電流數(shù)字信號在處理和控制部分(7)中相乘并且在每個周期性工作期間對相乘的數(shù)據(jù)進行積分。當(dāng)這積分數(shù)值超過預(yù)定值時，處理和控制部分(7)的輸出端通過輸出線(11)向輸出端(10)發(fā)出一電能脈沖，因此，通過在輸出端(10)用一已知的計數(shù)器或類似裝置計算出輸出脈沖次數(shù)，就能測量被測電路的電能。
然而，上述已知的電子式電能測量裝置在低負荷運行時，存在著測量不準的問題。例如，當(dāng)被測電路中的電流只是電能測量裝置的額定電流的50分之1或100分之1時，電流變換部分(4)的特性曲線是非線性的，因而產(chǎn)生測量誤差。所以電能測量裝置中，即使電流值很小，測量誤差也應(yīng)該小到可以忽略不計;在希望獲得高精度的電能測量時，需要消除絕對誤差，故不希望出現(xiàn)這種不精確的測量方法。
如果要獲得很高的測量精度，在低磁通密度情況下，電流變換部分(4)，例如變流器必須要用導(dǎo)磁率極高的鐵芯，例如坡莫合金鐵芯，而盡管各電子線路部分，例如第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)及處理和控制部分(7)盡可能地做到高精度，但由于該電子式電能測量裝置的測量精度取決于電流變換部分(4)的線性特征，故仍不能有效地改善其測量精度;如果要獲得高精度，則制造成本將是非常高昂的。根據(jù)上述理由，迄今為止，已知的電子式電能測量裝置如果要求成本低，就不能保證在較寬的電流范圍內(nèi)獲得令人滿意的精確特性。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種經(jīng)改進了的并克服了上述不足的電子式電能測量裝置。本發(fā)明通過利用存儲器中的數(shù)據(jù)來修正電流變換部分的非線性誤差以便在電路測量中獲得具有令人滿意精度的絕對誤差，從而保證在較寬的電流范圍內(nèi)的電能測量精度。
依照本發(fā)明該電子式電能測量裝置包括有一個電壓轉(zhuǎn)換部分，用于發(fā)出與所加的高電壓相對應(yīng)的低壓信號;
一個電流變換部分，用于發(fā)出與輸入的大電流相對應(yīng)的小電流信號;
第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將從電壓變換部分輸入的低壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;
第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將從電流變換部分輸入的小電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;
一個存儲有修正數(shù)據(jù)的存儲器，用于修正電流變換部分輸出特性的誤差;
一個處理和控制部分，該裝置通過接收第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號，并根據(jù)存儲器中的修正數(shù)據(jù)使第1和第2轉(zhuǎn)換器的輸出信號相乘;
附圖簡解圖1 是已有的電子式電能測量裝置的方框圖。
圖2 是體現(xiàn)本發(fā)明的電子式電能測量裝置的最佳實施例的方框圖。
圖3 是圖2方框圖中的電流變換部分(4)的誤差特性曲線圖。
圖4 是實施例的處理流程圖。
最佳實施例說明下面結(jié)合圖2和圖3來描述體現(xiàn)本發(fā)明的電子式電能測量裝置的一個最佳實例。圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的電子式電能測量裝置的最佳實施例方框圖。如圖2所示，該實施例的裝置包括有一個電壓輸入端(1)，該電壓輸入端(1)上加有外電路的高電壓〔該外電路以下稱被測電路，其電能待測，并在圖中沒有表示出來〕，該裝置還有一電流輸入端(2)，被測電路的電流通過該電流輸入端(2)流入該裝置。一個電壓變換部分(3)，例如是一個分壓電阻網(wǎng)絡(luò)或變壓器，與電壓輸入端(1)連接，因而，接收輸入被測電路的電壓和發(fā)出一個與輸入的高電壓相對應(yīng)的低壓信號。一個電流變換部分(4)，例如是變流器，其輸入端與電流輸入端(2)連接，以輸入被測電路的電流和發(fā)出與其輸入端輸入的大電流相對應(yīng)的小電流信號。電壓變換部分(3)和電流變換部分(4)的輸出端分別被連接到第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)的輸入端。第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)都是8畢特模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，它們分別用來將電壓變換部分(3)發(fā)出的低壓模擬信號和電流變換部分(4)發(fā)出的小電流模擬信號轉(zhuǎn)變成代表被測電路電壓和電流的數(shù)字信號。第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)通過總線(9)與處理和控制部分(7)及存儲部分(12)連接。存儲部分(12)可以存儲例如8畢特地址的8畢特數(shù)據(jù)。存入的數(shù)據(jù)可記憶電流變換部分(4)的特性所以當(dāng)?shù)?模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)的輸出信號輸入到存儲器(12)時，存儲器(12)讀出修正數(shù)據(jù)以修正由于電流變換部分(4)非線性所產(chǎn)生的誤差，并將該讀出數(shù)據(jù)輸入到處理和控制部分(7)。在最佳實施例中，該處理和控制部分(7)是一微處理機，它通過控制線(8)向第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)出控制信號，使它們周期性地向處理和控制部分(7)輸出信號，并在處理和控制部分(7)中通過將第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)的輸出數(shù)據(jù)相乘，計算出被測電路的電能。處理和控制部分(7)通過輸出線(11)向電子式電能測量裝置的輸出端(10)輸出“輸出數(shù)據(jù)”，即電能數(shù)據(jù)。
如圖2所示的電子式電能測量裝置的工作過程如下被測電路的電壓和被測電路的電流，分別通過電壓輸入端(1)和電流輸入端(2)輸入到電壓變換部分(3)和電流變換部分(4)。該電壓轉(zhuǎn)換部分(3)根據(jù)被測電路加在電壓輸入端(1)上的高電壓發(fā)出低壓模擬信號，該低電壓應(yīng)低到可用半導(dǎo)體電路來處理。該電流變換部分(4)根據(jù)被測電路通過電流輸入端(2)輸入的大電流發(fā)出一小電流模擬信號，該小電流應(yīng)小到可用一半導(dǎo)體電路來處理。電壓變換部分(3)發(fā)出的低壓模擬信號輸入到第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)。電流變換部分(4)發(fā)出的小電流模擬信號輸入到第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)。第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)出代表被測電路電壓的數(shù)字信號并通過總線(9)輸入到處理和控制部分(7)。第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)出代表被測電路電流的數(shù)字信號并通過總線輸入到處理和控制部分(7)。通常，電流變換部分(4)具有如圖(3)所示的誤差特性。圖3中，橫座標的分度取輸入電流和額定電流的百分比，縱座標的分度為誤差的百分數(shù)。誤差特性僅由電流變換部分的設(shè)計確定，即與電氣設(shè)計和使用的材料有關(guān)，且不出現(xiàn)離散。所以，從第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)輸入到處理和控制部分(7)的數(shù)字信號必須是考慮圖3所示的誤差特性加以修正后的信號，以便輸出端(10)輸出精確的電能值，這種修正由存儲部分(12)的數(shù)據(jù)來進行。數(shù)據(jù)處理和控制部分(7)通過控制線(8)向第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)向第1模轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)發(fā)出控制信號去控制它們。所以，第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)在控制信號的控制下周期性的工作和周期性的發(fā)出對應(yīng)于被測電路的電壓和電流的輸出數(shù)據(jù)，并將輸出數(shù)據(jù)輸入到處理和控制部分(7)。
當(dāng)數(shù)據(jù)處理和控制部分(7)收到第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)輸出的輸出數(shù)據(jù)時，處理和控制部分(7)向存儲器(12)發(fā)出地址信號，讀出存儲在存儲器(12)中的修正數(shù)據(jù)，然后將從存儲器(12)讀出的電流修正數(shù)據(jù)送到處理和控制部分(7)，并且在處理和控制(7)中使修正數(shù)據(jù)和第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)的電壓輸出數(shù)據(jù)相乘。
存儲在存儲器(12)中的數(shù)據(jù)可以如表1所示，其中，地印在斜線上方，數(shù)據(jù)印在斜線下方。
表1地址(A) / 數(shù)據(jù)(0)最高位 最低位8畢特 7畢特 6畢特 5畢特 4畢特 3畢特 2畢特 1畢特% % % % % % % %
表1% % % % % 0/1 % 1/0∶ ∶ ∶ ∶ ∶ ∶ ∶ ∶1/1 1/1 1/1 0/1 1/0 1/0 1/0 1/11/1 1/1 1/1 1/1 % % 0/1 0/1然后，在每個周期性的運算中相乘的數(shù)據(jù)在處理和控制部分(7)中進行積分。每當(dāng)積分后的數(shù)據(jù)超過予定值時，處理和控制部分(7)的輸出端便通過輸出線(11)向輸出端(10)發(fā)出一電能脈沖。于是，在輸出端(10)用一已知的計數(shù)器或類似裝置計算輸出脈沖的數(shù)目，由于已根據(jù)電流變換部分(4)的誤差特性作了修正，故能精確地測出被測電路的電能。
圖(4)是處理和控制部分(7)所實行的處理流程圖。
上述實施例的線路接法為，一個被測電路有一個測量電壓的第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器及一個測量電流的第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。但是為能經(jīng)濟地測量多個被測電路，在第1和第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)和(6)的輸入端可設(shè)置一對多路轉(zhuǎn)換裝置，該對多路轉(zhuǎn)換裝置的多個輸入端與被測電路的多個電壓輸出端和多個電流輸出端連接。當(dāng)要用這種線路連接時，利用分時使用單路測量系統(tǒng)，便可進行多路測量。通過設(shè)置多個電壓變換部分和多個電流變換部分，并經(jīng)多路轉(zhuǎn)換裝置加以連接，這種測量裝置便可應(yīng)用于多相多元件的測量。
除上述線路連接外，其中處理和控制部分可以是微處理機，該部分亦可用線連的邏輯電路構(gòu)成。
另外上述實施例中，存儲器(12)存儲有誤差修正數(shù)據(jù)，它也可以用另一種實施例來代替，即存儲器儲存誤差數(shù)據(jù)并使用該誤差數(shù)據(jù)來對第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(6)的輸出進行補償。
如上所述，通過使用存儲在存儲器(12)里的修正數(shù)據(jù)，便能大大地消除由于電流變換部分(4)在小電流范圍內(nèi)的非線性所引起的誤差。因此該測量裝置即使是在小電流范圍內(nèi)，也有極高的精度。另外，由于電流變換部分(4)的誤差可以被消除，所以測量裝置不須使用昂貴材料來制造，將鐵芯或?qū)㈣F芯造的又貴又大并具有特殊的形狀，它可使用由廉價材料制成并且尺寸小，形狀簡單的鐵芯。
權(quán)利要求
1.一種電子式電能測量裝置，其發(fā)明的特征在于，該裝置由下述部分構(gòu)成一個電壓變換部分，用于發(fā)出與所加的高電壓相對應(yīng)的低壓信號；一個電能變換部分，用于發(fā)出與輸入的大電流相對應(yīng)的小電流信號；一個第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將從所述電壓變換部分輸入的所述低壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；一個第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將從所述電流變換部分輸入的所述小電流模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；一個存儲有修正數(shù)據(jù)的存儲器，該修正數(shù)據(jù)用于修正所述電流變換部分輸出特性中的誤差；一個處理和控制部分，通過接收所述第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述輸出和所述第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的所述輸出并根據(jù)存儲在所述存儲器中的所述修正數(shù)據(jù)，使所述第1模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出和所述第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出相乘。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種電子式電能測量裝置，其中，所述電壓變換部分是-電阻式分壓器
3.如權(quán)利要求
1所述的一種電子式電能測量裝置，其中，所述電流變換部分是-變流器。
4.如權(quán)利要求
1所述的一種電子式電能測量裝置，其中，所述處理和控制部分是-微處理機。
5.如權(quán)利要求
1所述的一種電子式電能測量裝置，其中，存儲在所述存儲器中的所述修正數(shù)據(jù)是經(jīng)修正的數(shù)據(jù)并能通過所述第2模-數(shù)轉(zhuǎn)換器含有誤差的輸出地址信號查到。
6.如權(quán)利要求
4所述的一種電子式電能測量裝置，其中，所述微處理機的處理步驟為將輸入的電壓和輸入的電流進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換;將經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入到處理和控制部分;通過以電流變換部分輸出的數(shù)字信號作為地址信號，從存儲部分讀出經(jīng)誤差修正后的數(shù)據(jù);將誤差修正后的數(shù)據(jù)與電壓變換部輸出的數(shù)字信號相乘;將相乘的結(jié)果進行積分;重復(fù)上述步驟直至積分值達到預(yù)定值;向輸出端發(fā)出一個脈沖來代表測量的電能的單位值。
專利摘要
一種電能測量裝置，該裝置包括有一個分壓器(3)，一個變流器(4)，對分壓器(3)和變流器(4)輸出進行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的第1和第2?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器(5)、(6)，一個用于使第1和第2模——數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出相乘的微處理機(7)，該裝置還設(shè)置有一存有修正數(shù)據(jù)的存儲器(12)；借助于該修正數(shù)據(jù)可完全消除變流器(4)在小電流范圍時由于非線性產(chǎn)生的誤差。
文檔編號G01R22/00GK85103429SQ85103429
公開日1986年10月15日 申請日期1985年4月20日
發(fā)明者戶田政義 申請人:三菱電機株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan