专利名称：智能电度表的传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电度、电功率测量仪表的配件，特别指利用霍尔效应的传感器。
在现有技术中，近代发展起来的多功能智能电度表是一项新发展的技术，它对功率的感受通常采用两种感受方法，一种是用电压传感器和电流传感器分别采集来电压值和电流值，然后通过乘法器相乘，再通过A/D转换器转换为数字量；另一种是采用老式电度表作为传感器，测其转速得到电度值。第一种方法存在线路复杂，成本高的问题，第二种方法又存在传感器笨重、精度差的问题。
本实用新型的目的是克服现有智能电度表的缺点，提供一种成本低、体积小巧的模拟块化的智能电度表用的传感器。
本实用新型实施方案的技术原理是利用霍尔四端元件对输入电流和所处磁场具有的乘法特性，省略了乘法器和模拟转换等诸多高成本的复杂环节，得到直接的有功电度输出。市电电压分压取样后经一运算放大器组成的电压跟随器作为霍尔元件的输入，则霍尔元件的输入电流Ic＝K1Vs，K1为常数，Vs为市电电压的瞬时值；市电电流通过一环绕导线的磁环将电流产生的磁场加至霍尔元件，则磁场强度B＝K2Is，K2为常数，Is为市电电流瞬时值。因为霍尔元件的乘法特性，则其输出VH＝K3·Ic·B＝KIsVs＝KPs，其中K3、K为常数，Ps为功率瞬时值，因市电为交流，所以Ps值有交流成份和直流成份，其中直流成份为有功功率。对Ps进行放大、积分，并将积分值转化为脉冲，则脉冲数N就正比于有功功率乘时间，即有功电度，同时因市电为交流，霍尔元件本身所固有的偏移电阻Rp产生的误差可以被清除，在Vs正负交变时Rp产生的误差大小相等，符号相反，经积分后为零。这样以霍尔元件及运算放大器为中心组成的电度传感器即可保证基本精度。
本实用新型的具体技术实施方案是智能电度表的传感器采用传感头、功率频率转换器和隔离输出器三部分组成，传感头是将R1与P1串联接于火线和零线之间，零线作模拟地，其中间接点接入运算放大器L1A的同相端，L1A的反相端与输出端短接，构成电压跟随器，L1A的输出接至四端霍尔元件的一个输入脚，霍尔元件H1的另一输入脚接模拟地，两个输出脚分别接至运算放大器L1B的同相端和反相端，霍耳元件H1安装于一导磁环的夹缝中，火线从导磁环中穿过，电阻R3接在L1B的同相端与模拟地线之间，电阻R2接在L1B的反相端及输出端之间，L1B的输出端通过R4接至传感头的输出，功率频率转换器输入接运算放大器L1C的反相端，L1C的反相端与输出端之间接有一电容C1，L1C的同相端通过R5接至模拟地，L1C的输出端又接至L1D的反相输入端，L1D的同相端串联两个背靠背齐纳二极管Z1、Z2后接至模拟地，L1D同相端与输出端之间还接有电阻R6。L1D的输出端又通过电阻R7与三极管N1的基极相连，N1的发射极通过稳压管Z3接至-10V电源，N1的集电极接至L1C的反相端，功率频率转换器的输出端从L1D的输出端接出，隔离输出器的输入信号，通过电阻R8接至光电耦合器L2的正输入脚，L2的负输入脚接至模拟地，L2的集电极输出脚接至隔离输出器的输出端2脚；其发射极输出脚接至隔离输出器的输出端3脚，整个传感器通过隔离输出器的2、3脚输出。
本实用新型的优点是使智能电度表可以省去乘法器和A/D转换电路等直接显示电度数，使整个智能电度表体积小巧玲珑，使用方便，成本低，大大有利于智能电度表的推广普及。
附
图1为本实用新型实施技术方案的原理框图。
附图2为实施例1的传感头线路图。
附图3为实施例1的霍尔元件安装示意图。
附图4为实施例1的功率频率转换器的线路图。
附图5为实施例1的隔离输出器线路图。
附图6为实施例2的隔离输出器线路图。
附图7为实施例3的传感头线路图。
附图8为实施例4的传感头线路图。
附图9为实施例5的传感头线路图。
实施例1本智能电度表的传感器如图1所示，是由传感头、功率频率转换器和隔离输出器三部分组成，电力线接入传感头，传感头的输出接至功率频率转换器的输入；功率频率转换器的输出接至隔离输出器的输入。整个传感器通过隔离输出器的第2、3脚输出。传感头的线路结构如图2所示，它是将R1与P1串联接于火线和零线之间，零线作模拟地，其中间接点接入运算放大器L1A的同相端，L1A的反相端与输出端短接，构成电压跟随器，L1A的输出接至四端霍尔元件的一个输入脚，霍尔元件H1的另一输入脚接模拟地，两个输出脚分别接至运算放大器L1B的同相端和反相端，霍耳元件H1如图3所示，安装于一导磁环的夹缝中，火线从导磁环中穿过，电阻R3接在L1B的同相端与模拟地线之间，电阻R2接在L1B的反相端及输出端之间，L1B的输出端通过R4接至传感头的输出。功率频率转换器的线路结构如图4所示，功率频率转换器的输入接运算放大器L1C的反相端，L1C的反相端与输出端之间接有一电器C1，L1C的同相端通过R5接至模拟地，L1C的输出端又接至L1D的反相输入端，L1D的同相端串联两个背靠背齐纳二极管Z1、Z2后接至模拟地，L1D同相端与输出端之间还接有电阻R6。L1D的输出端又通过电阻R7与三极管N1的基极相连，N1的发射极通过稳压管Z3接至-10V电源，N1的集电极接至L1C的反相端，功率频率转换器的输出端从L1D的输出端接出。隔离输出器的线路结构如图5所示，隔离输出器的输入信号，通过电阻R8接至光电耦合器L2的正输入脚，L2的负输入脚接至模拟地，L2的集电极输出脚接至隔离输出器的输出端2脚；其发射极输出脚接至隔离输出器的输出端3脚，整个传感器通过隔离输出器的2、3脚输出。
实施例2为了使智能电度表显示出平均功率，在实施例1的基础上对隔离输出器的线路结构进行如图6所示的改进，隔离输出器的输入信号通过R8接至光电耦合器L2的正输入脚，L2的负输入脚接至模拟地，L2的发射极输出接地，L2的集电极输出接至技术器L5的Cp端，L5的Cp端通过一个上拉电阻R19接至+5V，L5为一四位二进制计数器，其A、B、C、D四个输出端接至八D锁存器L7的前四个输入端，其中D输出端还接另一计数器L6的Cp端，L6的A、B、C、D四输出端接至L7的后四个输入端，L7的八个输出端作为转换器的八位二进制的输出，计数器L5、L6的清除端Cr与锁存器L7的时钟端Cp接在一起，从振荡器L4的输出端3脚引出，振荡器L4的1脚接数字地，4、8脚接电源+5V，5脚通过电容C3接数字地，2脚、6脚短接后通过电容C2接数字地，电源+5V与7脚之间接一电阻R17，7脚与2脚之间接一电阻R18，以此组成振荡器。
实施例3为了能提供更精密的智能电度表，在实施例1的基础上对传感头的线路结构按图7所示的改进，传感头的电阻R1与电位器P1串联接于火线和零线之间，零线作为传感头模拟地，R1和P1的接点又接至L3A的同相端，L3A的反相端与输出端分别接至霍尔元件H1的两个输入脚，电阻R9接在模拟地和L3A的反相端之间，霍尔元件H1位于一导磁环的夹缝中，火线从导磁环中穿过，H1的输出分别接至两个运算放大器L3B、L3C的同相端，L3B和L3C的反相端通过一个电阻R12相连，同时这两个运算放大器的反相端和输出端之间各接有一电阻R10与R11，L3B与L3C的输出端分别通过电阻R13和R14接至运算放大器L3D的同相端与反相端，L3D的反相端与输出端之间接有电阻R16，L3D的同相端通过R15接至模拟地，L3D的输出通过R4接至传感头的输出。
实施例4为了能使智能电度表可以用于显示三相用电的功率，在实施例1的基础上对传感头的线路结构按图8所示进行改进，传感头的输入电力线为A、B、C三相，以B作为模拟地，在A与模拟地和C与模拟地之间分别接入一对R1和P1的串联，两个中间接点各接入两个L1A的同相端，两个L1A的反相端分别接至两个H1的一个输入脚，两个H1的另一输入脚都接模拟地，两个H1分别安装在两个磁环的磁隙中，电力线A从一个磁环中穿过，C从另一磁环中穿过，两个L1B的同相端都通过R3接模拟地，反相端都通过R2接各自的输出端，各自的输出端又都通过R4接至传感头的输出。
实施例5为了能使智能电度表可以精密地显示三相用电的功率，在实施例1的基础上对传感头的线路结构按图9所示进行改进，传感头的输入电力线为A、B、C三相，以B作为模拟地，在A与模拟地和C与模拟地之间分别接入一对R1和P1的串联，两个中间接点分别接至两个L3A的同相端，两个L3A的反相端和输出端分别接至两个H1的输入脚，两个L3A的同相端都通过R9接地，两个H1分别位于两个导磁环的磁隙中，A相线与C相线各穿过一导磁环，一个H1的两个输出各接L3B与L3C的同相端，L3B与L3C的反相端通过R12相接，另一个H1的两路输出各接另一对运算放大器L3B与L3C的同相端，L3C与L3B的反相端通过R12相接，同时两个L3B的反相端各通过R10接至各自输出端，两个L3C的反相端各通过R11接至各自输出端，两个L3B输出端各通过R13接两个L3D同相端，两个L3C输出端各通过R14接两个L3D的反相端，两个L3D的反相端各通过R16接其输出端，两个L3D同相端各通过R15接模拟地，两个L3D输出端各通过R4接至传感头输出。
本实用新型各实施例所用元件选用的参数如下电阻R1 1MΩ～10MΩ，R210KΩ～100KΩ，R3 10KΩ～100KΩ， R4100KΩ～1MΩ，R5 100KΩ～1MΩ， R61KΩ～50KΩ，
R7 100Ω～10KΩ， R8 100Ω～2KΩ，R9 100Ω～1KΩ，R10 1KΩ～100KΩ，R11 1KΩ～100KΩ， R12 100Ω～7KΩ，R13 1KΩ～10KΩ，R14 1KΩ～10KΩ，R15 10KΩ～100KΩ， R16 10KΩ～100KΩ，R17 5KΩ～50KΩ，R18 1KΩ～10KΩ，R19 10KΩ～200KΩ。电容C10.2～1μf，C20.1μf～0.5μf，C30.01μf。电位器P1100KΩ-400ΩK。稳压管Z13V～6V，Z23V～6V，Z33V～6V。三极管N1小功率NPN管，如3DG6，9013等。集成电路L1四运算放大器，如LM324等，L2光电耦合器，如4N29，4N26等，L3精密四运算放大器，如OP11等，L4555振荡器，L5计数器，如74163，74LS163等，L6计数器，如74163，74LS163等，L7八D锁存器，如74377，74LS377等，霍尔元件H1四端霍尔元件，如THS103A，OH001等。
权利要求1.一种智能电度表的传感器，其特征在于它是由传感头、功率频率转换器和隔离输出器三部分组成，传感头是将R1与P1串联接于火线和零线之间，零线作模拟地，其中间接点接入运算放大器L1A的同相端，L1A的反相端与输出端短接，构成电压跟随器，L1A的输出接至四端霍尔元件的一个输入脚，霍尔元件H1的另一输入脚接模拟地，两个输出脚分别接至运算放大器L1B的同相端和反相端，霍耳元件H1安装于一导磁环的夹缝中，火线从导磁环中穿过，电阻R3接在L1B的同相端与模拟地线之间，电阻R2接在L1B的反相端及输出端之间，L1B的输出端通过R4接至传感头的输出，功率频率转换器输入接运算放大器L1C的反相端，L1C的反相端与输出端之间接有一电器C1，L1C的同相端通过R5接至模拟地，L1C的输出端又接至L1D的反相输入端，L1D的同相端串联两个背靠背齐纳二极管Z1、Z2后接至模拟地，L1D同相端与输出端之间还接有电阻R6。L1D的输出端又通过电阻R7与三极管N1的基极相连，N1的发射极通过稳压管Z3接至-10V电源，N1的集电极接至L1C的反相端，功率频率转换器的输出端从L1D的输出端接出，隔离输出器的输入信号，通过电阻R8接至光电耦合器L2的正输入脚，L2的负输入脚接至模拟地，L2的集电极输出脚接至隔离输出器的输出端2脚；其发射极输出脚接至隔离输出器的输出端3脚，整个传感器通过隔离输出器的2、3脚输出。
2.如权利要求1所述的智能电度表的传感器，其特征在于所述的隔离输出器的输入信号通过R8接至光电耦合器L2的正输入脚，L2的负输入脚接至模拟地，L2的发射极输出接地，L2的集电极输出接至计数器L5的Cp端，L5的Cp端通过一个上拉电阻R19接至+5V，L5为一四位二进制计数器，其A、B、C、D四个输出端接至八D锁存器L7的前四个输入端，其中D输出端还接另一计数器L6的Cp端，L6的A、B、C、D四输出端接至L7的后四个输入端，L7的八个输出端作为转换器的八位二进制的输出，计数器L5、L6的清除端Cr与锁存器L7的时钟端Cp接在一起，从振荡器L4的输出端3脚引出，振荡器L4的1脚接数字地，4、8脚接电源+5V，5脚通过电容C3接数字地，2脚、6脚短接后通过电容C2接数字地，电源+5V与7脚之间接一电阻R17，7脚与2脚之间接一电阻R18，以此组成振荡器。
3.如权利要求1或2所述的智能电度表的传感器，其特征在于所述的传感头的电阻R1与电位器P1串联接于火线和零线之间，零线作为传感头模拟地，R1和P1的接点又接至L3A的同相端，L3A的反相端与输出端分别接至霍尔元件H1的两个输入脚，电阻R9接在模拟地和L3A的反相端之间，霍尔元件H1位于一导磁环的夹缝中，火线从导磁环中穿过，H1的输出分别接至两个运算放大器L3B、L3C的同相端，L3B和L3C的反相端通过一个电阻R12相连，同时这两个运算放大器的反相端和输出端之间各接有一电阻R10与R11，L3B与L3C的输出端分别通过电阻R13和R14接至运算放大器L3D的同相端与反相端，L3D的反相端与输出端之间接有电阻R16，L3D的同相端通过R15接至模拟地，L3D的输出通过R4接至传感头的输出。
4.如权利要求1或2所述的智能电度表的传感器，其特征在于所述的传感头的输入电力线为A、B、C三相，以B作为模拟地，在A与模拟地和C与模拟地之间分别接入一对R1和P1的串联，两个中间接点各接入两个L1A的同相端，两个L1A的反相端分别接至两个H1的一个输入脚，两个H1的另一输入脚都接模拟地，两个H1分别安装在两个磁环的磁隙中，电力线A从一个磁环中穿过，C从另一磁环中穿过，两个L1B的同相端都通过R3接模拟地，反相端都通过R2接各自的输出端，各自的输出端又都通过R4接至传感头的输出。
5.如权利要求1或2所述的智能电度表的传感器，其特征在于所述的传感头的输入电力线为A、B、C三相，以B作为模拟地，在A与模拟地和C与模拟地之间分别接入一对R1和P1的串联，两个中间接点分别接至两个L3A的同相端，两个L3A的反相端和输出端分别接至两个H1的输入脚，两个L3A的同相端都通过R9接地，两个H1分别位于两个导磁环的磁隙中，A相线与C相线各穿过一导磁环，一个H1的两个输出各接L3B与L3C的同相端，L3B与L3C的反相端通过R12相接，另一个H1的两路输出各接另一对运算放大器L3B与L3C的同相端，L3C与L3B的反相端通过R12相接，同时两个L3B的反相端各通过R10接至各自输出端，两个L3C的反相端各通过R11接至各自输出端，两个L3B输出端各通过R13接两个L3D同相端，两个L3C输出端各通过R14接两个L3D的反相端，两个L3D的反相端各通过R16接其输出端，两个L3D同相端各通过R15接模拟地，两个L3D输出端各通过R4接至传感头输出。
专利摘要本实用新型属于一种电度、电功率测量仪表的配件，特别指利用霍尔效应的传感器，本智能电度表的传感器采用传感头、功率频率转换器和隔离输出器三部分组成，对隔离输出器进行改进后可显示平均功率，对传感头作出不同改变可提供更精密的智能电度表和三相智能电度表，它比现用的智能电度表省去了乘法器和A/D转换电路等，因此体积小巧玲珑，使用方便，成本低，大大有利于智能电表的推广普及。
文档编号G01R22/00GK2264916SQ96235689
公开日1997年10月15日 申请日期1996年5月30日 优先权日1996年5月30日
发明者王长春, 王煜 申请人:王煜