專利名稱：袖珍數(shù)字瓦特表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種工業(yè)測(cè)試儀表。
現(xiàn)在常用的測(cè)試儀表為數(shù)字功率電能表，其主要原理如

圖1。它的核心運(yùn)算器件為時(shí)分割乘法器〔1〕，被測(cè)功率的電壓u，電流i取樣后，得Ux，Uy信號(hào)輸入時(shí)分割乘法器〔1〕相乘，經(jīng)低通濾波器〔2〕輸出直流電平E，它的運(yùn)算公式為Ux＝KUUmSinwtUy＝KIImSin(wt＋φ)其中Um被測(cè)功率的交流電壓幅值。
Im被測(cè)功率的交流電流幅值。
φu和i之間的相位角。
KUUx經(jīng)分壓器等變化部份的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
KIi轉(zhuǎn)換成Uy的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
所以V0＝KUxUy＝KpUICosφ－KUICos(2wt＋φ)其中Kp KKUKIU幅值為Um的電壓有效值。
I幅值為Im的電流有效值。
其前項(xiàng)反映交流有功功率，后一項(xiàng)被濾波器〔2〕濾掉。前項(xiàng)為直流電平，經(jīng)濾波器〔2〕后為E輸出，E經(jīng)V／F轉(zhuǎn)換器〔3〕變成頻率脈沖，由電子計(jì)數(shù)器〔4〕根據(jù)時(shí)控器〔6〕信號(hào)在一段時(shí)間計(jì)數(shù)，得到功率和電能。當(dāng)時(shí)控時(shí)間短時(shí)，即顯示功率。當(dāng)時(shí)控時(shí)間長(zhǎng)時(shí)(例100S)，即顯示功率計(jì)算值，即電能。但它雖精度高，功率圍數(shù)測(cè)試范圍大，但測(cè)試頻率低，電子線路復(fù)雜，調(diào)整困難，成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。
其主要應(yīng)用音頻(工頻)交流電的功率測(cè)試。
本實(shí)用新型是為社會(huì)提供一種方便測(cè)試單相用電功率的小型化儀表，并解決非正弦周期交流電和高頻電信號(hào)的功率測(cè)試，通過(guò)適當(dāng)改型應(yīng)用于三相用電器功率測(cè)試。
本實(shí)用新型袖珍數(shù)字瓦特表的主要特征為由被測(cè)功率電壓、電流采集塊〔7〕，周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊〔8〕，A／D轉(zhuǎn)換器〔9〕和顯示器〔10〕組成(圖2)。采用與別人不同的被測(cè)功率電壓，電流采集系統(tǒng)〔7〕(圖3)，如他人一般采用電流互感器(CT)采取電流信號(hào)，用變壓器(PT)采集電壓信號(hào)。
本實(shí)用新型采用被測(cè)電信號(hào)輸入一次接線采集電壓、電流信號(hào)，其是通過(guò)R1、R2組成的分壓器，R4、R5、R6組成的分流器采用被測(cè)功率的電壓、電流信號(hào)，而不象其它瓦特表分別接兩次線采集電壓，電流信號(hào)。采用周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊〔8〕(圖4)用來(lái)測(cè)試周期交流電的功率，它是通過(guò)模擬四象限乘法器集成電路和運(yùn)算放大器組成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它解決了乘法器電路理想化使用問(wèn)題及低通有源濾波器電路。模擬四象限乘法器集成電路(IC2)的(4)(9)腳分別為乘法器電路的x、y的正輸入端。當(dāng)(4)(9)腳輸入、Ux、Uy后，(2)(4)腳乘法器的輸出端)輸出K·Vx·Vy的差模電壓，經(jīng)運(yùn)放IC3后由雙端輸出變?yōu)閱味溯敵?，?jīng)IC1－2組成的有源低通濾波器后，輸出直流電平E，并且該濾波器對(duì)直流無(wú)附加影響。
其主要原理為，被測(cè)功率電壓u電流i信號(hào)通過(guò)采集系統(tǒng)取樣后，得到Ux、Uy輸入功率測(cè)試模塊〔8〕，輸出電壓E。E就反映被測(cè)信號(hào)的有功功率。其原理為Ux＝KUVmSinwtUy＝KIImSin〔wt＋φ〕Um，Im分別為被測(cè)信號(hào)的交流電壓，電流的幅值。
φu和i的相角。
KUUx經(jīng)分壓器等變化的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
KIi被轉(zhuǎn)換成Uy的轉(zhuǎn)換系數(shù)。
V0＝KUxUy＝KpUICosφ－KpUICos(2wt＋φ)Kp KKUKIU幅值為Um的電壓有效值。
I幅值為Im的電流有效值。
V0中的前項(xiàng)為直流分量它反映被測(cè)信號(hào)的功率，后項(xiàng)為交流分量，經(jīng)功率測(cè)試模塊〔7〕中的低通濾波器后被濾掉，所以功率測(cè)試模塊的輸出E為反映被測(cè)信號(hào)功率的直流電平，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器〔9〕送入顯示器〔10〕顯示。
該電路與他人不同之處模擬四象限乘法器電路被理想化使用及采用特殊有源低通濾波器使其對(duì)直流電平的附加影響減至最小。
乘法器電路的(8)(14)腳為，x－，y－的輸入端，通常乘法器電路使用時(shí)，將(8)(14)接調(diào)零網(wǎng)絡(luò)，從而消去Uxos，Uyos對(duì)乘法器的影響。其工作原理U0＝K(Ux±Uxos)(Uy±Uyos)±Zos±f(Ux·Uy)＝KUxUy±KUxUyos±KUyUyos±KUxosUyos±Zos±f(UxUy)其中KUxUyosx饋通誤差。
KUxUxosy饋通誤差。
KUxosUyos±Zos輸出失調(diào)誤差。
f(Ux·Uy)非線性誤差。
通過(guò)調(diào)整(8)(12)腳的電壓，使Uxos、Uyos對(duì)V0的影響消去。
U0＝KUxUy±f(Ux·Uy)忽略f(Ux·Uy)對(duì)U0的影響。
所以U0＝KUxUy本實(shí)用新型是將模擬四象限乘法器集成電路的x－、y－的輸入端(8)(12)腳直接接地，因?yàn)?，?dāng)Ux、Uy輸入交流周期電信號(hào)時(shí)，x、y饋通誤差均為交流分量被低通濾波器濾掉。輸出失調(diào)誤差為直流分量通過(guò)(W2)電位器調(diào)整掉，這樣線路調(diào)整大為簡(jiǎn)化。
由于模擬四象限乘法器用在高頻情況下工作，從而解決了時(shí)分割乘法器組成的瓦特表所不能勝任的工作。由此可得以下結(jié)論由模擬四象限乘法器制成的瓦特表，在周期交流電(正弦、非正弦)功率測(cè)試的問(wèn)題，也就解決了。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試精度高，功率因數(shù)測(cè)試范圍大(任何φ角都能測(cè))，電子線路簡(jiǎn)單，測(cè)試頻率高，且能應(yīng)用于非正弦周期交流電功率測(cè)試及音頻(工頻)至高頻的功率測(cè)試。該儀表成本低，可靠性高，調(diào)整簡(jiǎn)單，使用方便。
本實(shí)用新型附圖為圖1，數(shù)字功率電能表結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2，袖珍數(shù)字瓦特表結(jié)構(gòu)方框圖。
圖3，被測(cè)功率電壓、電流采集系統(tǒng)線路圖。
圖4，周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊線路圖。
其中1－時(shí)分割乘法器，2－低通濾波器，3－V／F轉(zhuǎn)換器，4－電子計(jì)數(shù)器，5－功率、電能顯示器，6－時(shí)控器，7－被測(cè)功率電壓電流采集系數(shù)，8－周期交流電功率測(cè)試模塊，9－A／D轉(zhuǎn)換器，10－顯示器。
MC1595，R、C，等為標(biāo)準(zhǔn)集成電路塊，電阻，電容等。
權(quán)利要求1.一種袖珍數(shù)字瓦特表，其特征在于由被測(cè)功率電壓、電流塊[7]，周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊[8]，A/D轉(zhuǎn)換器[9]和顯示器[10]組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的袖珍數(shù)字瓦特表，其特征在于被測(cè)功率電壓電流塊〔7〕，通過(guò)R1、R2組成分壓器，R3、R4、R5組成分流器，采用被測(cè)功率信號(hào)輸入一次接線采集電壓電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的袖珍數(shù)字瓦特表，其特征在于周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊〔8〕通過(guò)模擬四象限乘法器集成電路、低通有源濾波器連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1或3所述的袖珍數(shù)字瓦特表其特征在于周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊〔8〕中的模擬四象限乘法器集成電路被理想應(yīng)用。即x－，y－輸入腳直接接地。
專利摘要本實(shí)用新型袖珍瓦特表是一種工業(yè)用測(cè)試儀表，它由被測(cè)功率電壓，電流采集塊[7]，周期交流電信號(hào)功率測(cè)試模塊[8]，A/D轉(zhuǎn)換器[9]，顯示器[10]組成，采用被測(cè)電信號(hào)輸入一次接線采集電壓、電流信號(hào)，通過(guò)周期電信號(hào)功率測(cè)試電路模塊測(cè)得功率。它具有測(cè)試精度高，功率因數(shù)測(cè)試范圍大，電子線路簡(jiǎn)單，測(cè)試頻率高的優(yōu)點(diǎn)。且能測(cè)試非正弦周期交流電功率及音頻(工頻)和高頻交流電功率。該儀表成本低、可靠性高，體積小，調(diào)整簡(jiǎn)單，使用方便。
文檔編號(hào)G01R21/00GK2031103SQ8721284
公開(kāi)日1989年1月18日 申請(qǐng)日期1987年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月14日
發(fā)明者王強(qiáng), 劉家棟 申請(qǐng)人:濟(jì)南市半導(dǎo)體元件實(shí)驗(yàn)所