专利名称：高精度多功能智能电度表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量电变量的物理仪器，进一步是指一种采用全电子方法测量电功率的时间积分的高精度多功能智能电度表。
现有的电度表一般为磁电感应式，其测量原理陈旧，功能单一，精度不高，由于机械磨损大和电磁非线性损耗大而能耗较高，而且制造时要耗费大量的铜、铝有色金属。若要将其测量精度提高一个等级，需采取许多措施，但成本大大增加，故目前安装在发电站、变电站的安装式三相电度表均为1级精度。
本实用新型的目的，是提供一种全电子式的电度表，使得其精度高、功能多，并且实现智能化。
这种新型电度表的解决方案是这样实现的，参见
图1本实用新型电原理方框图，其电路部分由电压与电流互感器(1)、变送器(2)、A／D转换器(3)、单片计算机(4)、数据存贮器(5)、程序存贮器(6)、时钟系统(7)、接口电路(8)、至(11)、键盘(12)、LED数字显示器(13)、打印机(14)以及通讯口(15)组成，电路的连接关系及信号流向是电压与电流互感器(1)将电网中的电压、电流、周波、相位等信号送给变送器(2)进行变换后，由变送器(2)给A／D转换器(3)输送适合于它兼容的电平信号，经A／D转换器(3)进行计算处理，计算所得的各项测量信号，除通过总线存贮在数据存贮器(5)中外，还通过总线分别经接口电路(9)和(11)送LED数字显示器(13)显示和打印机(14)打印输出，单片计算机(4)外部通过总线配接有存贮运行程序的程序存贮器(6)，时钟系统(7)通过总线与单片计算机(4)相连，键盘(12)通过接口电路(8)对单片计算机(4)进行人工预置，除对LED数字显示器(13)和打印机(14)进行控制外，还由单片计算机(4)通过接口电路(10)向本装置外部提供限制用电量、限制负荷量、高峰用电时间、低谷用电时间等预置的控制信号，单片计算机(4)还通过其输出口与通讯口(15)相接，以便与外部计算机系统通讯，实现联网遥测及控制。由于本实用新型具有上述电路连接关系，所以用户可通过键盘(12)经接口电路(8)进入单片计算机(4)，要求显示所测量的信号值，还可通过键盘(12)预置各种参数，送入单片计算机(4)以供处理。单片计算机(4)在软件的配合下，通过对A／D转换器(3)输入的数字信号和键盘(12)输入的各种参数进行运算和处理后，在LED数字显示器(13)上显示，从而可进行下述测量电压测量；电流测量；有功电度计量；无功电度计量；有功电度分时计量(峰时、谷时、平时)；无功电度分时计量(峰时、谷时、平时)；有功功率测量；无功功率测量；频率测量；相位测量。
还可从接口电路(10)输出限制用电量(如90％时预警)、限制负荷量(如5分钟延时)、高峰用电时间以及低谷用电时间等预置的控制信号，供外部电路接用，以实现对外电力系统的控制并作出相应的报警指示。
本实用新型与现有磁电感应式电度表相比较，具有如下优点①精度高。由于采用了全新的测量原理，硬件装置全电子化，无任何机械装置，并用单片微机进行计算和管理，使得测量精度达到0.5级以上。②功能多。一表多用，功能多达十几种，非常规电度表所及。③智能化。由于计算机可以计算、存贮、输入及输出数据与信息，因此本实用新型电度表可在安装现场随时读取和打印出各种测量数据，也可进行人工预置和修改；电度可分时计量，并对用户用电量和功率负荷进行限制；还可与电网和计算机联网通讯，实现电网统一调度管理计算机化。④性能价格比优异。该电度表用不着耗费大量的铜、铝有色金属，而且由于采用超大规模集成电路芯片，不但降低了能耗，而且工作可靠，造价低廉。
以下结合附图和实施例对本实用新型加以进一步说明。
图1为本实用新型电原理方框图；图2和图3组合起来为图1方框图的一种具体电路的原理图。
参见图2，电压与电流互感器(1)由两套电压互感器PT和电流互感器CT组成。参见图2与图3，变送器(2)包括两套由运算放大器IC1、二极管D1至D4、电阻R1至R5及电容C1与C2组成的电压变送电路，由运算放大器IC2、二极管D5至D8、电阻R6至R11及电容C3与C4组成的电流变送电路、由运算放大器IC3与IC4、D触发器IC5与IC6、稳压管D9与D10、电阻R14至R21及电容C5与C6组成的相位与频率变送电路，以及还包括双四路模拟开关IC7。其中IC1和IC2应采用开环增益高达100db的集成运放，如采用LN308，IC3和IC4则可采用LN339，电阻R3、R5、R6、R10、R12及R13均应选取高稳定度精密电阻(0.1％)，这样便可保证变送器(2)具有输入阻抗高、带负载能力强和精度高(在0.2级以上)的特点。根据变送器的工作原理，图2中的uA(uC)、IA(Ic)、fA(fC)、ψA(ψC)端输出值分别可作为测量A(C)相电源的电压值、电流值、频率值和相位值，将它们送到IC7的输入端，并经计算机处理和作相应的显示。在得到这四个基本测量值后，在进行有功功率测量时，只需按P＝UIcosψ的公式由计算机进行计算就行了，三相功率测量可由计算机按公式P＝UAB·IABcosψA＋UCB·cosψc求得。无功功率测量与有功功率测量所不同的，只是将cosψ变为sinψ即可。电能是功率对时间的积分，计算机只需将所测得的有功功率(或无功功率)对时间积分的值累加起来，即可得到电能消耗量，即电度数。
参见图3，A／D转换器(3)由模数转换块IC8、或非门IC16－1与IC16－2、电阻R22至R25、电位器W1及电容C7至C12组成，IC8可采用ICL7109，该A／D转换采用12位双斜积分式。单片计算机(4)由单片机IC22、3－8线译码器／分配器IC19与八D锁存器IC20、晶体振荡器JA2、电阻R39及电容C16、C17与C20组成。IC22采用NCS8031，它有四个并行I／O接口，其主要功能是P0口，三态双向口，数据口，带锁存器兼作扩展内存的低8位地址；P1口，P10、P11用做模数转换输入选择器控制线，P12至P14分别接A／D转换及高、低位数据保持，P15、P16为打印机选通信号，P17为IC23及IC17的选择信号；P2口，用做扩展内存高8位地址线及片选信号；P3口，用做中断输入及IC28与IC29通讯接口，输入经IC29、输出经IC28与外部计算机相连接。数据存贮器(5)为IC17，可采用6264，8位8K字节的静态RAM，为保证停电时RAN的数据不丢失，使用由电池E、电阻R26、电容C13及二极管D11组成的后备电源做掉电保护。程序存贮器(6)为IC18，可采用2764，8位8K字节EPROM。时钟系统(7)由实时时钟器IC21、晶体振荡器JA3、电容C14与C15、常开按钮AN及或非门IC16－3与IC16－4组成，IC21可采用NSM 5832。接口电路(8)与(9)由键盘与显示接口IC13、4－16线译码器／分配器IC12、6缓冲／驱动器IC9至IC11、6缓冲／驱动器IC15、非门IC14、开关K及电阻R27至R34组成。IC13可采用专用接口8279，其键盘输入部分有去抖动功能，并能锁存缓冲键值；显示输出部分有自动扫描功能，最多能负载16个LED数字显示器，IC9至IC12以及IC15接在IC13与键盘(12)和LED数字显示器(13)之间。IC12可采用74LS154，IC15与IC9至IC11可采用7407。接口电路(10)与(11)包括并行I／O扩展接口IC23，由四2输入正与门IC26和电阻R38组成的中断控制源，由14位二进制串行计数器／分频器IC27、晶体振荡器JA1和电容C18与C19组成的秒中断信号源，由运算放大器IC24与IC25、稳压管D12和电阻R35至R37组成的掉电中断检测电路。其中IC23可采用8155，它有A、B两个8位并行口，1个6位C并行口，其功能是A口，8位基本输入输出状态，其中A0至A3供IC21用，A4向外部提供过负荷预警信号，A5向外部提供过负荷掉闸输出信号，A6向外部提供过电量预警信号，A7向外部提供过电量掉闸输出信号；B口，8位基本输入输出状态，供打印机(14)用；C口，6位基本输入状态，C0与C1为打印机握手信号用，C2至C5供中断查询用，其中C2为IC8中断，C3为IC13中断，C4为掉电中断，C5为秒中断。IC26可采用7409，供断电、IC8、秒中断及IC13的四个中断源用。秒中断的IC27可采用CD4060，它自己以32.768KHZ晶振形成振荡及分频，其输出256HZ信号送入IC23的内部定时器，再将256HZ分频得到秒中断信号源。掉电中断检测电路采用高输入阻抗运放TL082作为IC24和IC25，形成两级串联，以提高输出陡度。通讯口(15)由四线驱动器IC28与四线接收器IC29组成，IC28可采用1488，IC29可采用1489。
权利要求1.一种采用全电子方法测量电功率的时间积分的高精度多功能智能电度表，其特征在于，电路部分由电压与电流互感器(1)、变送器(2)、A/D转换器(3)、单片计算机(4)、数据存贮器(5)、程序存贮器(6)、时钟系统(7)、接口电路(8)至(11)、键盘(12)、LED数字显示器(13)、打印机(14)以及通讯口(15)组成，电压与电流互感器(1)将电网中的信号送给变送器(2)进行变换后，由变送器(2)给A/D转换器(3)输送适合于它兼容的电平信号，经A/D转换器(3)转换成数字信号供单片计算机(4)进行计算处理，计算所得的各项测量信号，除通过总线存贮在数据存贮器(5)中外，还通过总线分别经接口电路(9)和(11)送LED数字显示器(13)显示和打印机(14)打印输出，单片计算机(4)外部通过总线配接有程序存贮器(6)，时钟系统(7)通过总线与单片计算机(4)相连，键盘(12)通过接口电路(8)对单片计算机(4)进行人工预置，除对LED数字显示器(13)和打印机(14)进行控制外，还由单片计算机(4)通过接口电路(10)向本装置外部提供限制用电量、限制负荷量、高峰用电时间、低谷用电时间等预置的控制信号，单片计算机(4)还通过其输出口与通讯口(15)相接。
2.如权利要求1所述的电度表，其特征在于，电压与电流互感器(1)由两套电压互感器PT和电流互感器CT组成，变送器(2)包括两套由运算放大器IC1、二极管D1至D4、电阻R1至R5及电容C1与C2组成的电压变送电路，由运算放大器IC2、二极管D5至D8、电阻R6至R11及电容C3与C4组成的电流变送电路、由运算放大器IC3与IC4、D触发器IC5与IC6、稳压管D9与D10、电阻R14至R21及电容C5与C6组成的相位与频率变送电路，以及还包括双四路模拟开关IC7。
3.如权利要求1所述的电度表，其特征在于，接口电路(8)与(9)由键盘与显示接口IC13、4－16线译码器／分配器IC12、6缓冲／驱动器IC9至IC11、6缓冲／驱动器IC15、非门IC14、开关K及电阻R27至R34组成。
4.如权利要求1所述的电度表，其特征在于，接口电路(10)与(11)包括并行I／D扩展接口IC23，由四2输入正与门IC26和电阻R38组成的中断控制源，由14位二进制串行计数器／分频器IC27、晶体振荡器JA1和电容C18与C19组成的秒中断信号源，由运算放大器IC24与IC25、稳压管D12和电阻R35至R37组成的掉电中断检测电路。
5.如权利要求1所述的电度表，其特征在于，通讯口(15)由四线驱动器IC28与四线接收器IC29组成。
专利摘要本实用新型是一种全电子式的电度表，由电压与电流互感器(1)、变送器(2)、A/D转换器(3)、单片计算机(4)、数据存贮器(5)、程序存贮器(6)、时钟系统(7)、接口电路(8)至(11)、键盘(12)、LEO数字显示器(13)、打印机(14)以及通讯口(15)组成，能对三相电网进行电压、电流、频率、相位、功率及电能的测量和对负荷与用电量进行限制，还可与电网的计算机进行联网通讯。与现有磁电感应式电度表相比较，本装置具有精度高、功能多、智能化和性能价格比优异的特点。
文档编号G01R15/00GK2083756SQ9121242
公开日1991年8月28日 申请日期1991年3月29日 优先权日1991年3月29日
发明者马雷, 王进, 刘生仁 申请人:刘生仁, 王进, 马雷