专利名称：一种宽量程直流标准电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种标准电能表，尤其涉及一种宽量程直流标准电能表。
背景技术：
电能表根据使用场合可分为安装式电能表和标准电能表。安装式电能表用于工业和民用电能计量，常年不间断工作。安装式电能表作为一种计量工具，其准确度等级比标准电能表低。标准电能表是一种量值传递的标准，它的准确度等级较高，一般在实验室使用，用于检定安装式或准确度较低的电能表。安装式电能表和标准电能表的工作原理基本一样，只是在设计时各有所侧重，标准电能表更侧重于准确度，而且设置有校验程序，能够方便、准确地检定被检电能表。目前，市面上大量应用的电能表绝大部分是交流电能表，而校验用的标准电能表基本上也都为交流标准电能表。随着太阳能发电技术、电动汽车充电技术的发展以及直流屏、电解冶金等直流电能计量的需要，直流安装式电能表的应用越来越广泛。由于直流电没有简单易用的电压和电流互感器可使用，因此直流安装式电能表一般采用直接接入式，存在较大的电压跨度和电流跨度，尤其是对于高电压大电流，校验它的直流电能表校验装置及直流标准电能表也必须支持较大的电压跨度和电流跨度，且支持高电压和大电流。而现有的直流标准电能表无法满足以上要求。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种宽量程直流标准电能表，能够支持较大的电压跨度和电流跨度，且支持高电压和大电流输入，能够对各种安装式直流电能表及低等级直流标准表进行校验。本实用新型采用下述技术方案一种宽量程直流标准电能表，包括依次连接的采样模块、A/D转换模块、中央处理模块和电能脉冲模块，中央处理模块分别连接通讯模块和显示模块，还包括电源模块，所述的采样模块包括直流电压采样模块和直流电流采样模块。所述的直流电流采样模块包括依次连接的电流档位切换继电器和直流电流互感器，直流电流互感器的输出端经精密取样电阻连接A/D转换模块的信号输入端，A/D转换模块的信号输出端连接中央处理模块的采样信号输入端，直流电流互感器还通过电流超量程检测报警电路连接旁路保护继电器，电流超量程检测报警电路的输出端还连接中央处理模块输入端，旁路保护继电器分别连接直流电流互感器和电源欠压保护电路，中央处理模块的电流档位切换继电器控制信号输出端连接电流档位切换继电器。所述的直流电流互感器采用零磁通电流比较式直流电流互感器。所述的直流电压采样模块包括依次连接的精密分压电阻串、电压档位切换继电器和高阻抗跟随放大器，高阻抗跟随放大器的输出端分别连接电压超量程检测报警电路和A/D转换模块的信号输入端，A/D转换模块的信号输出端连接中央处理模块的采样信号输入端，电压超量程检测报警电路的输出端连接中央处理模块输入端，电压档位切换继电器和高阻抗跟随放大器之间连接有电压超量程钳位电路，中央处理模块的电压档位切换继电器控制信号输出端连接电流档位切换继电器。所述的A/D转换模块包括A/D转换芯片和电压基准芯片，A/D转换芯片采用16位4路同步采样A/D转换芯片。 所述的通讯模块包括RS232、RS485和/或CAN通讯电路。所述的通讯模块与中央处理模块之间设置有高速光耦进行隔离。所述的电能脉冲模块包括高速光耦和数字驱动芯片。所述的电源模块包括变压器、稳压芯片和超级电容。 本实用新型通过直流电压采样模块对加在电压端子的电压信号进行高速采样并产生电压数字信号，通过零磁通电流比较式直流电流互感器对流过电流端子的电流信号进行高速采样并产生电流数字信号，经中央处理模块对电压数字信号和电流数字信号进行运算，产生标准电能和标准电能脉冲供直流校验台中的误差计算单元使用，能够支持较大的电压跨度和电流跨度，且支持高电压和大电流，能够对各种安装式直流电能表及低等级直流标准表进行校验，结构简单，易于实现。
图I为本实用新型的原理框图；图2为直流电流采样模块的原理框图；图3为直流电压采样模块的原理框图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型包括依次连接的采样模块、A/D转换模块、中央处理模块和电能脉冲模块，中央处理模块分别连接通讯模块和显示模块，还包括电源模块，所述的采样模块包括直流电压采样模块和直流电流采样模块。如图2所示，直流电流采样模块包括依次连接的电流档位切换继电器和直流电流互感器，直流电流互感器的输出端经精密取样电阻连接A/D转换模块的信号输入端，A/D转换模块的信号输出端连接中央处理模块的采样信号输入端，直流电流互感器还通过电流超量程检测报警电路连接旁路保护继电器，电流超量程检测报警电路的输出端还连接中央处理模块输入端，旁路保护继电器分别连接直流电流互感器和电源欠压保护电路，中央处理模块的电流档位切换继电器控制信号输出端连接电流档位切换继电器。直流电流互感器采用零磁通电流比较式直流电流互感器。在进行电流采样时，输入的电流信号经电流档位切换继电器选择零磁通电流比较式直流电流互感器原边匝数后，在零磁通电流比较式直流电流互感器的副边产生与原边电流成正比的二次电流，二次电流经精密取样电阻转换成电压信号后送入A/D转换电路，完成采样过程。零磁通电流比较式直流电流互感器通过检测原边线圈电流和副边线圈电流产生的磁场差来驱动副边线圈电流，当输入电流超量程或副边供电缺失时原边线圈将在磁芯中产生较强剩磁，从而影响测量精度，当磁场较强时也容易损坏磁场检测元件。电流超量程检测报警电路可检测零磁通电流比较式直流电流互感器的比较输出，当比较输出超过限定值时发送信号给中央处理模块，并接通旁路保护继电器，将直流电流互感器原边旁路，进而保护零磁通电流比较式直流电流互感器及其检磁元件。当中央处理模块接收到电流超量程检测报警电路发出的比较输出超过限定值的信号后，控制电流档位切换继电器换挡，直至电流超量程检测报警电路不再向中央处理模块发送信号为止，此时说明电流档位切换继电器已选择合适的继电器档位，保证测量准确度。电源欠压保护电路用于检测电源模块，当电源模块欠压或供电缺失时驱动旁路保护继电器，将直流电流互感器原边旁路。如图3所示，直流电压采样模块包括依次连接的精密分压电阻串、电压档位切换继电器和高阻抗跟随放大器，高阻抗跟随放大器的输出端分别连接电压超量程检测报警电路和A/D转换模块的信号输入端，A/D转换模块的信号输出端连接中央处理模块的采样信号输入端，电压超量程检测报警电路的输出端连接中央 处理模块输入端，电压档位切换继电器和高阻抗跟随放大器之间连接有电压超量程钳位电路，中央处理模块的电压档位切换继电器控制信号输出端连接电流档位切换继电器。在进行电压采样时，输入的电压信号经精密分压电阻串，通过电压档位切换继电器选择合适分压比后将输入的电压信号分压，而后送入高阻抗跟随放大器将分压得到的高阻抗信号转换成低阻抗信号，电压超量程钳位电路将超过设定量程的电压信号进行钳位以保护跟随放大器和A/D转换电路。电压信号首先通过预设的继电器档位输入，电压超量程检测报警电路可对电压信号进行检测，如果电压信号属于超量程电压信号则发送信号至中央处理模块，中央处理模块通过电压档位切换继电器进行挡位切换处理，直至电压超量程检测报警电路不再向中央处理模块发送超量程电压信号，表示此时已选择到合适的继电器档位，高阻抗跟随放大器再将信号送入A/D转换电路，完成电压采样过程。A/D转换模块包括A/D转换芯片和电压基准芯片。A/D转换芯片采用专门为电能计量设计的16位4路同步采样A/D转换芯片，此A/D转换芯片可将直流电压采样模块采集的电压信号、直流电流采样模块采集的电流信号转换成两路16位的数字信号送入中央处理模块，电压基准芯片为A/D转换芯片提供转换基准，完成采样过程。中央处理模块用于接收A/D转换芯片转换来的电压数字信号和电流数字信号，并进行实时相乘后得到瞬时功率，然后将瞬时功率对时间进行积分后得到计量电能，再由计量电能分割产生高频电能脉冲，高频电能脉冲经软件分频得到低频电能脉冲，同时中央处理模块将电压数字信号进行平滑处理得到电压数字量，将电流数字信号平滑处理后得到电流数字量，将功率信号进行平滑处理后得到功率数字量，这些数字量可通过通讯模块供上位机读取。通讯模块包括与上位机通讯的RS232、RS485和/或CAN通讯电路，各通讯模块与中央处理模块之间设置有高速光耦进行隔离。电能脉冲模块包括高速光耦和数字驱动芯片，可将中央处理模块产生的电能脉冲送至直流校验台。电源模块包括变压器、稳压芯片和超级电容，变压器可将220V交流市电转换成需要的低压交流电，经整流稳压后送各模块使用；超级电容储存的电能在220V电源断电后，驱动旁路保护继电器将零磁通电流比较式直流电流互感器原边线圈旁路，以保护零磁通电流比较式直流电流互感器。[0030]使用时，本实用新型所述宽量程直流标准电能表输出的标准电能脉冲和被校直流电能表的电能脉冲同时送给直流校验台中的误差计算单元，误差计算单元对两路脉冲进行计数比较，从而计算出被校直流电能表误差。走字试验时上位机从本实用新型所述宽量程直流标准电能表中读出标准电能，与从被校直流电能表中读出的电能进行比较，从而计算出被校直流电能表的走字误差。本实用新型中所述的A/D转换芯片、电压基准芯片、高速光耦、数字驱动芯片、稳压芯片和超级电容均属于成熟的现有技术，在此不再赘述。本实用新型通过对宽量程的高电压、大电流直流电的高精度采样及运算，实现对 直流电能的高精度计量，并设置了标准电能表所需要的高低频电能脉冲输出，为直流电能表的校验提供了传递标准。本实用新型所述宽量程直流标准电能表电压量程为24V-1200V，电流量程为lmA-720A，准确度等级为0. 05%。
权利要求1.一种宽量程直流标准电能表，其特征在于包括依次连接的采样模块、A/D转换模块、中央处理模块和电能脉冲模块，中央处理模块分别连接通讯模块和显示模块，还包括电源模块，所述的采样模块包括直流电压采样模块和直流电流采样模块。
2.根据权利要求I所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的直流电流采样模块包括依次连接的电流档位切换继电器和直流电流互感器，直流电流互感器的输出端经精密取样电阻连接A/D转换模块的信号输入端，A/D转换模块的信号输出端连接中央处理模块的采样信号输入端，直流电流互感器还通过电流超量程检测报警电路连接旁路保护继电器，电流超量程检测报警电路的输出端还连接中央处理模块输入端，旁路保护继电器分别连接直流电流互感器和电源欠压保护电路，中央处理模块的电流档位切换继电器控制信号输出端连接电流档位切换继电器。
3.根据权利要求2所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的直流电流互感器采用零磁通电流比较式直流电流互感器。
4.根据权利要求3所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的直流电压采样模块包括依次连接的精密分压电阻串、电压档位切换继电器和高阻抗跟随放大器，高阻抗跟随放大器的输出端分别连接电压超量程检测报警电路和A/D转换模块的信号输入端，A/D转换模块的信号输出端连接中央处理模块的采样信号输入端，电压超量程检测报警电路的输出端连接中央处理模块输入端，电压档位切换继电器和高阻抗跟随放大器之间连接有电压超量程钳位电路，中央处理模块的电压档位切换继电器控制信号输出端连接电流档位切换继电器。
5.根据权利要求4所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的A/D转换模块包括A/D转换芯片和电压基准芯片，A/D转换芯片采用16位4路同步采样A/D转换芯片。
6.根据权利要求5所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的通讯模块包括RS232、RS485和/或CAN通讯电路。
7.根据权利要求6所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的通讯模块与中央处理模块之间设置有高速光耦进行隔离。
8.根据权利要求7所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的电能脉冲模块包括高速光耦和数字驱动芯片。
9.根据权利要求8所述的宽量程直流标准电能表，其特征在于所述的电源模块包括变压器、稳压芯片和超级电容。
专利摘要本实用新型公开了一种宽量程直流标准电能表，包括依次连接的采样模块、A/D转换模块、中央处理模块和电能脉冲模块，中央处理模块分别连接通讯模块和显示模块，还包括电源模块，所述的采样模块包括直流电压采样模块和直流电流采样模块。本实用新型通过直流电压采样模块对加在电压端子的电压信号进行高速采样并产生电压数字信号，通过零磁通电流比较式直流电流互感器对流过电流端子的电流信号进行高速采样并产生电流数字信号，经中央处理模块运算，产生标准电能和标准电能脉冲供直流校验台中的误差计算单元使用，能够支持较大的电压跨度和电流跨度，且支持高电压和大电流，能够对各种安装式直流电能表及低等级直流标准表进行校验。
文档编号G01R35/04GK202794334SQ201220483250
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者余义宙, 李长宣, 黄晓明, 曹磊, 袁强明, 周晓辉 申请人:郑州三晖电气股份有限公司