一种工频电流的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种工频电流的测量装置。
【背景技术】
[0002] 准确、及时地在最大的范围内测量每一个周波的电流量值是电力测量设备的首要 任务。现有应用于电气测量领域的仪器仪表基本上是采用逐次逼近型、斜坡型、双积分型以 及压频变换型V/F的模/数转换器等等，按照转换原理转换器还可分为直接A/D转换器和间 接A/D转换器。这些转换器作为基本器件构成了众多的测量仪器仪表，但这些仪器仪表都存 在量程窄、转换速度慢的缺点，有些仪器仪表测量档位的变换还需要人工手动换挡，已不适 应现时代的技术要求。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工频电流的测量装置。
[0004] 本实用新型采用的技术方案是：
[0005] -种工频电流的测量装置，该测量装置的输入信号为测量用电流互感器的二次电 流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成 比例的正弦波形信号，也称被测正弦电流波形信号，该测量装置包括一个前置的电压跟随 器;一个正弦波形信号过零时产生时间计数启动脉冲的时间启动模块，其输出时间启动脉 冲;一个正弦波形信号到达比较电压值I bj时产生时间截获脉冲的时间截获模块，其输出时 间截获脉冲；以及一个受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制的、用来获取被测正弦电流波 形信号过零后到达比较电压值时的采样时间t值并把该采样时间t值作为与该模块连接的 存储器的地址直接读取该存储器相应地址中的存储数据的时间数据应用模块；
[0006] 其中，前置的电压跟随器由一个运放构成，其输出的被测正弦电流波形信号分成 六路，分别输出到第一、四、五、六、七、八电路单元的同相输入端；
[0007] 时间启动模块包括第一、二、三电路单元；
[0008] 第一电路单元是由一个运放构成具有开环增益的电压比较电路并后接TTL电平转 换接口电路再把高电平的矩形波微分且输出的电路单元，其有两个输出端，该电路单元中 的第二个有施密特触发器的与非门的输出端是第一个输出端，其输出的时间计数启动脉冲 是高电平的矩形波脉冲，其和第二十、二十一电路单元的C7?端相连接;该电路单元中的最 后一个二极管的输出端是第二个输出端，其把高电平的矩形波微分后和第三电路单元中运 放的同相输入端相连接；
[0009] 第二电路单元是一个零点电压调整电路单元，该电路中的电压跟随器的输出端作 为电路单元输出端，其和第一电路单元中运放的反相输入端相连接；
[0010] 第三电路单元是把第一电路单元的第二个输出端、即通过二极管输出的信号再进 行调整、输出的电路，该电路单元输出端是一个反相器的输出端，输出信号是低电平的尖脉 冲，其输出到第二十四电路单元的第一个四S-R锁存器中的四个及端和第二个四S-R锁存器 中的一个及端；
[0011]时间截获模块包括第四、五、六、七、八、九、十、^ 、十二、十三、十四、十五、十六 电路单元；
[0012] 第四、五、六、七、八电路单元是电路结构、所使用的元器件型号、参数完全一样的 五个电压比较电路单元，分别由运放构成具有开环增益的电压比较电路并后接TTL电平转 换接口电路再把高电平的矩形波微分且输出的电路单元，并且五个电路单元的每一个电路 单元都有两个输出端，电路单元的第一个输出端分别是所在电路单元中的第一个有施密特 触发器的与非门的输出端，其输出的低电平矩形波脉冲分成两路，一路用作确定小数点位 置的信号，被分别连接到第二十四电路单元中的两个四S-R锁存器中的对应的五个及端，另 一路连接到下一个与非门的两个输入端；电路单元的第二个输出端分别是所在电路单元中 最后一个二极管的输出端，其输出的是高电平的时间截获尖脉冲，且都和第十六电路单元 中运放的同相输入端相连接；
[0013] 第九、十、十一、十二、十三电路单元分别是由分压电阻和电压跟随器构成的比较 电压的输出电路，它们分别输出第一、二、三、四、五比较电压到第四、五、六、七、八电路单元 中运放的反相输入端；
[0014] 第十四电路单元是一个电压基准集成电路，其输出的电压分成两路，分别通过电 压跟随器输入到第三、十六电路单元中运放的反相输入端；
[0015] 第十五电路单元是一个精密的电压基准集成电路，其输出稳定的10v基准电压到 第九、十、十一、十二、十三电路单元；
[0016] 第十六电路单元是把第四、五、六、七、八电路单元的第二个输出端输出的信号再 进行调整、输出的电路，该电路单元输出的是高电平的更尖、窄的时间截获脉冲，该电路单 元的输出端和第二十一电路单元的CP端相连接；
[0017] 时间数据应用模块，它受时间启动脉冲和时间截获脉冲控制、用来获取被测的正 弦电流波形信号过零后到达比较电压时的采样时间t值并把该采样时间t值作为存储器地 址直接读取与该应用模块相连接的存储器相应地址中的存储数据进行显示、参与相关电气 量的计算、传输等应用，其包括第十七、十八、十九、二十、二十一、二十二、二十三、二十四、 二十五电路单元；
[0018] 第十七电路单元是第一保持脉冲电路，由一个与门构成，其一个输入端与第二十 电路单元输出的16位二进制数中的第11位相连接，另一个输入端与16位二进制数中的第13 位相连接，其输出端在时间计数电路启动计数后的第5120us时产生并输出第一保持脉冲， 其输出分成两路，一路输入到第二十二电路单元的CP端，另一路输入到第十八电路单元的 一个输入端；
[0019] 第十八电路单元是第二保持脉冲电路，由一个与门构成，其一个输入端和第十七 电路单元的输出端相连接，另一个输入端和第二十电路单元输出的16位二进制数中的第8 位相连接，其输出端在时间计数电路启动计数后的第5248us时产生并输出第二保持脉冲， 第二保持脉冲输入到第二十四电路单元中的两个4位双向移位寄存器的CP端；
[0020] 第十九电路单元是10MHZ脉冲产生及十分频电路，其输出的1MHZ脉冲输入到第二 十电路单元四个计数器的CP端；
[0021] 第二十电路单元是四个四位二进制同步计数器依次连接成的时间脉冲计数电路， 其四个计数器的￡1端和时间启动模块的第一电路单元的第一个输出端相连接，其四个计 数器共16个数据输出端和第二十一电路单元的16个数据输入端一一对应相连接，其输出一 个由零开始、每次递增1 us的16位二进制数；
[0022] 第二十一电路单元是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接 成的时间数据暂存电路，四个寄存器的茂端和时间启动模块的第一电路单元的第一个输 出端相连接，四个寄存器的CP端和时间截获模块的第十六电路单元的输出端相连接，四个 寄存器共16个数据输出端和第二十二电路单元的16个数据输入端一一对应相连接；
[0023] 第二十二电路单元是四个以并入-并出方式工作的4位双向移位寄存器依次连接 成的时间数据保持电路，四个寄存器的斤端通过电阻连接+5V电源，四个寄存器的CP端和 第十七电路单元的输出端相连接，四个寄存器的16个数据输出端中的前十三个依序和第二 十三电路单元的13条地址线端脚一一对应相连接；
[0024] 第二十三电路单元是设置成只读工作方式的两个并联的电擦除可编程只读存储 器EEPR0M，两个存储器的地址线并联且和第二十二电路单元的13个数据输出端依序一一对 应相连接，存储器存储单元中已存入转换表中的H个U直；
[0025] 第二十四电路单元是小数点自动转换电路单元，包括：（1)时间数据判断电路，其 在第二十二电路单元、即时间数据保持电路输出并保持的时间数据大于或等于319us时输 出低电平；（2)小数点位置确定电路；（3)8线-3线优先编码输出电路；（4)3线-8线译码输出 电路；（5)小数点保持及输出驱动电路；
[0026] 第二十四电路单元的具体接线为：（1)时间数据判断电路，其在第二十二电路单 元、即时间数据保持电路输出并保持的时间数据大于或等于319us时输出低电平，其电路 由第一个四2输入或门集成电路U52、第一个四2输入与门集成电路U67、第二个四2输入与门 集成电路U68、第二个四2输入或门集成电路U 69和一个反相器U7Q构成，把第二十二电路单元 第一个寄存器u53的15、14、13、12脚，即对应于存储器的地址端脚4〇) 1^2^3依次与第一个 四2输入与门集成电路U67的1、2、4、5脚相连接，第二个寄存器U 54的15、14、13、12脚，即对应 于存储器的地址端脚A4、A5、A6、A7依次与第一个四2输入与门集成电路U67的12、13脚和第一 个四2输入或门集成电路U 52的1、2脚相连接，第三个寄存器U55的15、14、13、12脚，即对应于 存储器的地址端脚A8、A9、Alt)、All依次与第二个四2输入与门集成电路U68的1脚、第一个四2输 入或门集成电路U 52的4、5、12脚相连接，第四个寄存器U56的15脚，即对应于存储器的地址端 脚A 12以及U56的14脚依次与第一个四2输入或门集成电路U52的13脚、第二个四2输入或门集 成电路U 69的10脚相连接，第一个四2输入或门集成电路U52的3脚与第二个四2输入或门集成 电路U 69的1脚相连接，第一个四2输入或门集成电路U52的6脚与9脚相连接，10脚与11脚相连 接，第一个四2输入或门集成电路U 52的8脚与第二个四2输入或门集成电路U69的5脚相连接， 第一个四2输入与门集成电路U 67的3脚与10脚相连接，6脚与9脚相连接，第一个四2输入与门 集成电路U67的8、11脚依次与第二个四2输入与门集成电路U 68的5、4脚相连接，第二个四2输 入与门集成电路U68的2、3、6脚依次与第二个四2输入或门集成电路U 69的3、4、2脚相连接，第 二个四2输入或门集成电路U69的6脚与9脚相连接，第二个四2输入或门集成电路U 69的8脚与 反相器U7Q的输入端相连接，反相器U7Q的输出端作为时间数据判断电路的输出端分别与小 数点位置判断电路中的第一与门U37、第二与门U 38、第三与门U39和第四与门U9Q的一个输入端 相连接，反相器U 7Q的输出端在时间数据保持电路单元的数据输出端输出并保持的时间数据 大于或等于319us时输出低电平，或换言之，当时间数据小于319us时反相器U7Q的输出端输 出高电平;构成本时间数据判断电路的二输入与门以及二输入或门可以用三输入、四输入 与门以及三输入、四输入或门灵活代替；
[0027] (2)小数点位置确定电路是由第一反相器U3Q、第二反相器U31、第三反相器U 32、第四 反相器U33、第五反相器U91、第一或门U34、第二或门U35、第三或门U36、第四或门U92、第一与门 U37、第二与门U38、第三与门U39、第四与门U9Q和第一个四S-R锁存器U40和第二个四S-R锁存器 U93构成的，其电路的具体接法是，把U22的输出端与U4Q的2、3脚相连接，把U2Q的输出端与U40 的6脚相连接，把U18的输出端与U40的15脚相连接，把U16的输出端与U40的11、12脚相连接，把 Ul02的输出端与U93的2、3脚相连接，反相器U27的输出端与U4Q的1、5、10、14脚和U93的1脚相连 接，U7Q的输出端分别与第一与门U37、第二与门U38、第三与门U39和第四与门U9Q的一个输入 端相连接，U4Q的4脚与U3Q的输入端和U37的另一个输入端相连接，U3Q的输出端和U71的11脚相 连接，U37的输出端和U34的一个输入端相连接，U4Q的7脚与U34的另一个输入端和U38的另一个 输入端相连接，U34的输出端与U 31的输入端相连接，U31的输出端与1]71的12脚相连接，U38的输 出端和U35的一个输入端相连接，U4Q的13脚与U35的另一个输入端和U39的另一个输入端相连 接，U35的输出端与U32的输入端相连接，U32的输出端与U71的13脚相连接，U39的输出端与U36的 一个输入端相连接，U4Q的9脚与U36的另一个输入端和U9Q的另一个输入端相连接，U36的输出 端与U33的输入端相连接，U33的输出端与U71的1脚相连接，U9Q的输出端与U92的一个输入端相 连接，U93的4脚与U92的另一个输入端相连接，U92的输出端与U91的输入端相连接，U91的输出 端与Un的2脚相连接；
[0028] (3)8线-3线优先编码输出电路是由74LS148优先编码器u71、反相器U72、U73和U74构 成的，其接法是，U71的11、12、13、1、2脚依次与1] 3〇、1]31、1]32、1]33、1]91的输出端相连接，其5、10脚 接数字地，其6、7、9脚依次连接U72、U73和U74的输入端，U72、U73和U74的输出端依次连接U75的3、 2、1脚；
[0029] (4)3线-8线译码输出电路是由74LS138译码器U75构成的，其接法是，其5、4脚连接 数字地，6脚通过电阻R 57连接+5V电源，其14、13、12、11脚分别连接1]76的3、4、5、6脚，其10脚 连接U95的3脚；
[0030] (5)小数点保持及输出驱动电路是由两个4位双向移位寄存器74LS194、即U76、U95 以及74LS07缓冲/驱动门电路U77、U78、U79、U8Q和U94构成的，其接法是，U76、U 95的1、9、10脚通过 电阻抱7连接+5￥电源，1]76、1]95的11脚与1] 51的6脚相连接，1]76的15、14、13、12脚分别对应的与 缓冲/驱动门电路仏9、1]8()、1]78、1]77的输入端相连接，1]79、1]8()、1]78、1]77的输出端分别通过电阻 R65、R47、R48、R49和依次表示个、十、百、千位的LED七段显示器中的小数点显示位dp相连接， u95的15脚与缓冲/驱动门电路U94的输入端相连接，U94的输出端通过电阻R 5Q与显示万位小数 点的D16相连接，D16是发光二极管LED;U 51的6脚在时间计数电路启动计数后的第5248个US时 会输出一个脉冲，该脉冲的上升沿会把经过Un、U75处理后得到的唯一的一个小数点信号送 出显示。
[0031] 第二十五电路单元是数码显示电路，用于即时显示被测电流的值，其包括四个 B⑶-七段译码/驱动器74LS47、限流电阻以及四个LED七段数码显示器和一个LED发光二极 管;其与第二十三电路单元的两个地址线并联的存储器的数据口线I/O进行连接。
[0032] 所述第二十五电路单元采用LED七段数码显示器或者液晶显示器。在以下的实施 例中，显示器1]63、1]64、1]65、1]66是采用1^七段数码显示器，显示器中的小数点显示位(^依次 用来表示个位、十位、百位、千位的小数点，即U63中的dp表示个位小数点，U64中的dp表示十 位小数点，U65中的dp表示百位小数点，U66中的dp表示千位小数点，发光二极管Dl6用来表示 万位小数点；四个LED七段数码显示器和显示器中的dp以及D 16共同组成的数码显示电路可 以用来即时显示大范围的被测电流值。
[0033] 该测量装置涉及一种工频电流的测量方法，应用于所述测量装置，且该测量装置 的输入信号为测量用电流互感器的二次电流经过电阻转换成的、且经过电子线路的滤除谐 波干扰等处理、其波形幅值与一次电流成比例的正弦波形信号，也称被测正弦电流波形信 号，所述测量方法包括一个电流测量公式、通过该公式计算得到数据、以及对这些数据的应 用方法，其包括以下步骤：
[0034] (1)由正弦电流的数学表达式推导得到一个测量公式：
[0036]式中，Im是被测的正弦电流波形信号幅值，Ibj是比较电压值，t是被测的正弦电流 波形信号过零后到达比较电压Ibj时的时间值，其单位为us，f是电力系统的额定频率;依据 该公式，只要知道电力系统频率f、比较电压值I bj并获得被测的正弦电流波形信号过零后到 达比较电压k时的时间值，即获得采样时间t值时，即可求得被测电流U勺值；
[0037] (2)额定频率的正弦电流波形信号在一个半波内由过零点开始到达其幅值所需的 时间为Hus，
，其中H取正整数，f是电力系统的额定频率，并且设定Ibj = lmv，把时 间t值由lus开始、按每次递增lus、一直到Hus为止，分别一一代入测量公式中的t计算得到H 个Im的值，把得到的U直数据依照时间t值的由小到大的顺序编制成表格、即附表，称为"时 间t值与正弦波形幅值U直转换表"，简称"转换表"；
[0038] (3)把以16位二进制数表示的时间t值从lus起到Hus为止，依次作为存储器的地址 并一一对应地把转换表中的Hflm的值采用四位二-十进制的BCD码存入存储器的存储单元 中，存储器采用电擦除可编程只读存储器EEPR0M，存储器地址容量应大于5K，一个存储器的 每一个存储单元为一个字节，可以存放2个四位二-十进制BCD码也就是2个十进制数，二个 字节的存储单元存放4个十进制数，即用二个8K X 8存储器，依顺序，第一个存储器存放一个 十进制4位数中的前两位，第二个存储器存放一个十进制4位数中的后两位。
[0039]本实用新型采用以上技术方案，利用测量用电流互感器的二次电流经过电阻转换 成的