專(zhuān)利名稱(chēng)：工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力用測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的電力用數(shù)字式功率表，具有精度高(優(yōu)于0.05級(jí))、體積小、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，可以用于實(shí)驗(yàn)室作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行校準(zhǔn)，也可以用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，美中不足的是只能測(cè)量平均功率，不能滿足測(cè)量電壓、電流的實(shí)際需要。而具有測(cè)量多種參數(shù)的多功能功率表，電路複雜、成本高、體積大，又不便于攜帶。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種電力用工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x，可以測(cè)量功率、電壓、電流，并具有精度高、成本低、體積小、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的基本構(gòu)思是在現(xiàn)有的數(shù)字式功率表的基礎(chǔ)上，增加了電流／電壓變換器，電壓／電流變換器、直流差分放大器、電壓比較器輸入選擇開(kāi)關(guān)，調(diào)制器輸入選擇開(kāi)關(guān)，三角波發(fā)生器輸入選擇開(kāi)關(guān)，適當(dāng)改變?cè)娐返倪B接關(guān)係，實(shí)現(xiàn)了一表多用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例加以具體說(shuō)明。


圖1為現(xiàn)有的數(shù)字式功率表電路原理方框圖。
圖2為本實(shí)用新型提供的工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x的電路原理方框圖。
圖3為工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x的電流／電壓變換器電路原理圖。
圖4為工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x的電壓／電流變換器電路原理圖。
圖5為工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x的直流差分放大器電路原理圖。
在圖1中，1為電壓輸入端、2為電流輸入端、3為電壓互感器、4為電流互感器、5為電壓比較器、6為調(diào)制器、7為三角波發(fā)生器、8為濾波及阻抗變換器、9為標(biāo)準(zhǔn)參考電壓發(fā)生器、10為模擬／數(shù)字(A／D)變換器、11為數(shù)字顯示器。在測(cè)量功率時(shí)，將電壓U和電流I分別從電壓輸入端1和電流輸入端2輸入，經(jīng)互感器3和4變?yōu)榕cU和I成正比的小信號(hào)U1和I1，分別輸入電壓比較器5和調(diào)制器6。U1和三角波發(fā)生器7產(chǎn)生的三角波U3在電壓比較器5中進(jìn)行比較，輸出脈衝電壓U2，U2的頻率與U3相同，U2的占空比與U1的幅度成正比、與U3的幅度成反比，而U3的幅度與標(biāo)準(zhǔn)參考電壓發(fā)生器9產(chǎn)生的直流參考電壓U4的值成正比，因而U2的占空比與U4的幅度成反比。由于U4是恒定的，因而U2的占空比是由U1的幅度確定的。調(diào)制器6相當(dāng)于一個(gè)電流開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)時(shí)間由U2控制，其輸出的電流脈沖I2的寬度由U2脈沖的占空比調(diào)制，幅度由I1決定。
我們以小寫(xiě)字母i、u代表相對(duì)應(yīng)的電流I、電壓U的瞬時(shí)值，則i2代表了i·u，即所測(cè)電路的瞬時(shí)功率。I2經(jīng)濾波及阻抗變換器8變?yōu)橹绷麟娏鱅3，相當(dāng)于把I2對(duì)時(shí)間T進(jìn)行了平均，因而I3代表了所測(cè)電路的平均功率，I3經(jīng)變換器8的輸出取樣電阻變?yōu)橹绷麟妷篣5，U5也代表了所測(cè)電路的平均功率，經(jīng)A／D變換器10變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送到數(shù)字顯示器11顯示。
以上結(jié)論可用數(shù)學(xué)式表達(dá)如下所測(cè)電路的平均功率RαU5，即U5＝K· 1/(T) STOi·u·dt(1)，(K為比例係數(shù))，而Kα 1/(U4) 、uαu1、iα i1，U4為一個(gè)常數(shù)，所以(1)式可變換為U5＝K1· 1/(U4) · 1/(T) STOu1·i1dt(2)(K1為比例係數(shù))。
在圖2中，1－11與圖1相同，增加了輸入與電流互感器4輸出連接的電流／電壓變數(shù)器12，輸入與電壓互感器3輸出連接的電壓／電流變換器13，輸入與濾波及阻抗變換器8輸出連接的直流差分放大器14。電壓比較器5的一個(gè)輸入端連接電壓比較器5的輸入選擇開(kāi)關(guān)K1的常接點(diǎn)K1－1，電壓互感器3的輸出連接K1的選擇接點(diǎn)K1－2，變換器12的輸出連接K1的選擇接點(diǎn)K1－3。調(diào)制器6的一個(gè)輸入端連接調(diào)制器6的輸入選擇開(kāi)關(guān)K2的常接點(diǎn)K2－1，變換器13的輸出連接K2的選擇接點(diǎn)K2－2，電流互感器4的輸出連接K2的選擇接點(diǎn)K2－3。三角波發(fā)生器7的輸入端連接三角波發(fā)生器7的輸入選擇開(kāi)關(guān)K3的常接點(diǎn)K3－1，標(biāo)準(zhǔn)參考電壓發(fā)器9的輸出連接K3的選擇接點(diǎn)K3－2，直流差分放大器14的輸出連接K3的選擇接點(diǎn)K3－3。
在測(cè)量功率時(shí)，將K1－1與K1－2接通，K2－1與K2－3接通，K3－1與K3－2接通，這與數(shù)字式功率表電原理(圖1)完全相同。
在測(cè)量電流時(shí)，將K1－1與K1－3接通，K2－1與K2－3接通，K3－1與K3－3接通，待測(cè)電流I從電流輸入端2輸入。與圖1(測(cè)功率時(shí))相比，只是以變換器12的輸出電壓U7代換了U1，以直流放大器14的輸出電壓U6代換了U4，電壓輸入端1變?yōu)殚_(kāi)路，且U6 U5、U7 I1，所以可以用U5取代U4，I1取代U1代入(2)式，將比例係數(shù)K1相應(yīng)調(diào)整改為K2，得到U5＝K2· 1/(T) · 1/(U5) STOi1·i1dt，經(jīng)過(guò)整理可得U5＝K2·1TSOTil2·dt]]>，即U5αI1且代表了I1的有效值，而I1 I，所以U5也代表了I的有效值。
在測(cè)量電壓時(shí)，將K1－1與K1－2接通，K2－1與K2－2接通，K3－1與K3－3接通，待測(cè)電壓U從電壓輸入端1輸入。與圖1(測(cè)功率時(shí))相比，只是以變換器13輸出電流I4代換了I1，以直流放大器I4的輸出電壓U6代換了U4，電流輸入端2開(kāi)路，且U6αU5，I4αU1，所以可用U5取代U4，U1取代I1，代入(2)式，將比例係數(shù)K1換為K3得到U5＝K3· 1/(T) · 1/(U5) STOu1·u1dt，經(jīng)過(guò)整理，U5＝K3·1TSOTil12·dt]]>，即U5αU1，且代表了U1的有效值，而U1αU，所以U5也代表了U的有效值。
在圖3中，電流／電壓變換器12由運(yùn)算放大器IC1，IC2組成的跟隨器、比例放大器IC3、比例調(diào)整電阻R2、R3、R4、R5構(gòu)成。待測(cè)電流I經(jīng)電流互感器4輸出電流I1，經(jīng)取樣電阻R1送到選擇接點(diǎn)K2－3，在測(cè)量電流和功率時(shí)與常接點(diǎn)K2－1接通送到調(diào)制器6的輸入端。R1兩端分別連接IC1和IC2的正輸入端，IC1和IC2的輸出端分別連接各自的負(fù)輸入端，并分別經(jīng)R2、R3接到IC3的正、負(fù)輸入端。IC3的輸出端經(jīng)R4連接IC3的正輸入端，并連接選擇接點(diǎn)K1－3，在測(cè)量電流時(shí)和常接點(diǎn)K1－1接通，IC3輸出電壓U7送到電壓比較器5的輸入端。IC3負(fù)輸入端經(jīng)R5接地。
待測(cè)電流I經(jīng)電流互感器4變?yōu)镮1，I1流經(jīng)R1取出的交流電壓信號(hào)，經(jīng)跟隨器IC1、IC2，按照R2與R4、R3與R5確定的比例送入IC3進(jìn)行比例放大，實(shí)現(xiàn)I1到U7的變換。IC1、IC2可採(cǎi)用運(yùn)算放大器LM301，IC3可用OP07，R2和R3可取1K，R4和R5可取7K，K1和K3可選用模擬開(kāi)關(guān)CD4053。
在圖4中，限流電阻R6，取樣電阻R7，電流互感器N、跟隨器IC4組成電壓互感器3。電壓／電流變換器13由變換開(kāi)關(guān)K4構(gòu)成，待測(cè)電壓U經(jīng)R6加于電流互感器N的初級(jí)，經(jīng)互感器N變換在R7上變?yōu)殡妷篣1，經(jīng)跟隨器IC4輸出到選擇接點(diǎn)K1－2，在測(cè)量功率和電壓時(shí)，與常接點(diǎn)K1－1接通送到電壓比較器5的輸入端。U1經(jīng)R7形成電流I4送到選擇接點(diǎn)K4－3和K2－2，K4和K2開(kāi)關(guān)保持同步。在測(cè)量電壓時(shí)，K2－2與常接點(diǎn)K2－1接通，K4－2與常接點(diǎn)K4－1接通，U1、I4經(jīng)R7、K4、K2、調(diào)制器6與互感器N的次級(jí)構(gòu)成回路，I4送到調(diào)制器6的輸入端。在測(cè)量電流和功率時(shí)，常接點(diǎn)K2－1與選擇接點(diǎn)K2－2斷開(kāi)，與K2－3接通，常接點(diǎn)K4－1與選擇接點(diǎn)K4－2斷開(kāi)，與K4－3接通，U1、I4經(jīng)R7、K4與互感器N的次級(jí)構(gòu)成回路，I4不再輸入調(diào)制器6。K4－2為空接點(diǎn)，K4－1與互感器N的次級(jí)一端及調(diào)制器6連接，K4－3與K2－2連接，并經(jīng)R7與互感器N的次級(jí)另一端連接，R7兩端與IC4兩輸入端連接。K4可選用模擬開(kāi)關(guān)CD4053。
在圖5中，直流差分放大器14由運(yùn)算放大器IC5、IC6、IC7，比例調(diào)整電阻R9、R10、R11、R12組成；從濾波及阻抗變換器8的輸出電阻R8兩端取出的直流電壓U5，輸入跟隨器IC5、IC6的正輸入端，IC5、IC6的輸出端分別連接各自的負(fù)輸入端，并分別經(jīng)R9、R10接到IC7的正、負(fù)輸入端，IC7的輸出端經(jīng)R11與IC7的正輸入端連接，并連接選擇接點(diǎn)K3－3。在測(cè)量電壓和電壓時(shí)，選擇接點(diǎn)K3－3與常接點(diǎn)K3－1接通，IC7的輸出電壓U6經(jīng)K3輸入三角波發(fā)生器7；IC7的負(fù)輸入端經(jīng)R12接地。
放大器14的放大倍數(shù)由R9和R11、R10和R12的比值決定，是根據(jù)變換器12和13的係數(shù)設(shè)計(jì)的，本例中R9和R10取1K，R11和R12取6.2K，IC5、IC6、IC7可用運(yùn)算放大器OP07或LM308，K3可選用模擬開(kāi)關(guān)CD4053。
本實(shí)用新型提供的工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x具有以下優(yōu)點(diǎn)1、具有測(cè)量工頻電壓、電流、功率的多種功能，實(shí)現(xiàn)一表多用。
2、精度高(可達(dá)0.05級(jí))，成本低，性能價(jià)格比高。
3、體積小，攜帶方便。
可以單獨(dú)制成工頻電壓表、工頻電流表使用。
權(quán)利要求1.一種工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x，由交流電壓輸入端1、交流電流輸入端2、電壓互感器3、電流互感器4、電壓比較器5、調(diào)制器6、三角波發(fā)生器7、濾波及阻抗變換器8、標(biāo)準(zhǔn)參考電壓發(fā)生器9、模擬/數(shù)字(A/D)變換器10、數(shù)字顯示器11組成，其特征在于，具有輸入與電流互感器4輸出連接的電流/電壓變換器12，輸入與電壓互感器3輸出連接的電壓/電流變換器13，輸入與濾波及阻抗變換器8輸出連接的直流差分放大器14，電壓比較器5的輸入選擇開(kāi)關(guān)K1，調(diào)制器6的輸入選擇開(kāi)關(guān)K2，三角波發(fā)生器7的輸入選擇開(kāi)關(guān)K3；電壓比較器5的一個(gè)輸入端連接K1的常接點(diǎn)K1-1，電壓互感器3的輸出連接選擇接點(diǎn)K1-2，變換器12的輸出連接選擇接點(diǎn)K1-3；調(diào)制器6的一個(gè)輸入端連接K2的常接點(diǎn)K2-1，變換器13的輸出連接選擇接點(diǎn)K2-2，電流互感器4的輸出連接選擇接點(diǎn)K2-3；三角波發(fā)生器的輸入端連接K3的常接點(diǎn)K3-1，參考電壓發(fā)生器9的輸出連接選擇接點(diǎn)K3-2，直流差分放大器14的輸出連接選擇接點(diǎn)K3-3。
2.如權(quán)利要求1所述的工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，電流／電壓變換器12由運(yùn)算放大器IC1、IC2組成的跟隨器、比例放大器IC3、比例調(diào)整電阻R2、R3、R4、R5構(gòu)成；待測(cè)電流I經(jīng)電流互感器4輸出電流I1，經(jīng)取樣電阻R1送到選擇接點(diǎn)K2－3，在測(cè)量電流和功率時(shí)與常接點(diǎn)K2－1接通送到調(diào)制器6的輸入端；R1兩端分別連接IC1和IC2的正輸入端，IC1和IC2的輸出端分別連接各自的負(fù)輸入端，并分別經(jīng)R2、R3接IC3的正、負(fù)輸入端；IC3的輸出端經(jīng)R4連接IC3的正輸入端，并連接選擇接點(diǎn)K1－3，在測(cè)量電流時(shí)與常接點(diǎn)K1－1接通，IC3輸出電壓U7送到電壓比較器5的輸入端；IC3負(fù)輸入端經(jīng)R5接地。
3.如權(quán)利要求1所述的工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，電壓／電流變換器13由變換開(kāi)關(guān)K4組成，常接點(diǎn)K4－1與電壓互感器3的電流互感器N的次級(jí)一端及調(diào)制器6連接，K4－3與K2－2連接，并經(jīng)取樣電阻R7與互感器N的次級(jí)另一端連接，R7兩端與IC4兩輸入端連接；待測(cè)電壓經(jīng)電壓互感器3變?yōu)殡妷篣1，U1經(jīng)取樣電阻R7形成電流I4送到選擇接點(diǎn)K4－3和K2－2，K4和K2開(kāi)關(guān)保持同步；在測(cè)量電壓時(shí)，K2－2與常接點(diǎn)K2－1接通，K4－2與常接點(diǎn)K4－1接通，U1、I4經(jīng)R7、K4、K2、調(diào)制器6與電壓互感器3的電流互感器N的次級(jí)構(gòu)成回路，I4送到調(diào)制器6輸入端；在測(cè)量功率和電流時(shí)，常接點(diǎn)K2－1與選擇接點(diǎn)K2－2斷開(kāi)，與K2－3接通，常接點(diǎn)K4－1與選擇接點(diǎn)K4－2斷開(kāi)，與K4－3接通，U1、I4經(jīng)R7、K4與電流互感器N的次級(jí)構(gòu)成回路，I4不再輸入調(diào)制器6。
4.如權(quán)利要求1所述的工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，直流差分放大器14由運(yùn)算放大器IC5、IC6、IC7、比例調(diào)整電阻R9、R10、R11、R12組成；從濾波及阻抗變換器8的輸出電阻R8兩端取出的直流電壓U5，輸入跟隨器IC5、IC6的正輸入端，IC5、IC6的輸出端分別連接各自的負(fù)輸入端，并分別經(jīng)R9、R10接到IC7的正、負(fù)輸入端，IC7的輸出端經(jīng)R11與IC7的正輸入端連接，并連接選擇接點(diǎn)K3－3；在測(cè)量電流和電壓時(shí)，選擇接點(diǎn)K3－3與常接點(diǎn)K3－1接通，IC7的輸出電壓U6經(jīng)K3輸入三角波發(fā)生器7；IC7的負(fù)輸入端經(jīng)R12接地。
專(zhuān)利摘要一種電力用工頻參數(shù)測(cè)量?jī)x，是在現(xiàn)有的數(shù)字式功率表的基礎(chǔ)上，增加了電流/電壓變換器、電壓/電流變換器、直流差分放大器及幾個(gè)輸入選擇開(kāi)關(guān)構(gòu)成的，可以測(cè)量電壓、電流和功率，一表多用，具有精度高、成本低、體積小、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R21/06GK2107023SQ9122952
公開(kāi)日1992年6月10日 申請(qǐng)日期1991年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月2日
發(fā)明者劉述蓮 申請(qǐng)人:北京無(wú)線電技術(shù)研究所