專利名稱：一種防竊電智能電量監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電變量的測(cè)量?jī)x器，尤其是一種防竊電智能電量監(jiān)測(cè)儀。
中國(guó)計(jì)量出版社出版、藍(lán)永林編著的《交流電度表檢定與調(diào)整》一書公開(kāi)了現(xiàn)有技術(shù)中的電度表，其基本結(jié)構(gòu)是這樣的由驅(qū)動(dòng)元件、轉(zhuǎn)動(dòng)元件、制動(dòng)元件、軸承、計(jì)度器和調(diào)整裝置構(gòu)成，其中核心部分即驅(qū)動(dòng)元件由電壓鐵芯、電壓線圈、回磁極等電壓元件和電流鐵芯、電流線圈、磁分路等電流元件組成，用來(lái)將交變的電壓和電流轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔兇磐ǎ懈钷D(zhuǎn)盤形成驅(qū)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，由計(jì)度器積算轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)，以顯示所測(cè)定的電能，其缺點(diǎn)是不具有防竊電功能，測(cè)量精度低，只測(cè)量一個(gè)用戶的電量，竊電者可采用各種方式進(jìn)行竊電。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種采用直接交流采樣法計(jì)算電量的防竊電智能電量監(jiān)測(cè)儀。
本實(shí)用新型的目的是采取以下方案實(shí)現(xiàn)的直接交流采樣法是通過(guò)使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路技術(shù)和成熟的數(shù)學(xué)工具對(duì)交流電壓、交流電流信號(hào)直接采樣得到各個(gè)相關(guān)電量，該方法首先對(duì)電壓、電流的離散采樣值進(jìn)行富氏濾波，再依照標(biāo)準(zhǔn)的電量計(jì)算公式得到U、I、P、Q等電量，直接交流采樣法從小電壓互感器、小電流互感器上獲得交流電壓、電流信號(hào)，利用多路電子選擇開(kāi)關(guān)、采樣保持器和高分辯率模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成多路巡回采樣系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)量單相線路時(shí)，以UR、UX表示電壓的實(shí)部和虛部，以IR、IX表示電流的實(shí)部和虛部，則相關(guān)的電量計(jì)算公式為
P＝URIR＋UXIXQ＝UXIR－URIXU＝UR2＋UX2I＝IR2＋I(xiàn)X2在電力網(wǎng)中，信號(hào)能量主要是基波分量，如每個(gè)基波周期內(nèi)采樣12點(diǎn)，則基波分量的計(jì)算公式虛部＝2〔(f12－f6)＋f2－f4－f8＋f10＋3(f1－f5－f7＋f11)〕/12實(shí)部＝〔2(f3－f9)＋f1－f7＋f5－f11＋3(f2＋f4－f8－f10)〕/12其中f(t)＝a0＋a0cosw1t＋b0sinw1t＋……=a0+Σn=1∝(ancosnw1t+bnsinw1t)]]>具體結(jié)構(gòu)是這樣的設(shè)有主機(jī)，輸入輸出設(shè)備，電流電壓輻值采樣電路，采樣控制電路，極性變換電路，周期變換電路及限電電路，其中電流電壓輻值采樣電路由電流互感器及電壓互感器構(gòu)成，采樣控制電路由多路電子選擇開(kāi)關(guān)及并行接口構(gòu)成，極性變換電路由直流運(yùn)算放大器IC1及外圍元件構(gòu)成，周期變換電路為直流運(yùn)算放大器IC2及外圍元件構(gòu)成的比較器，限電電路由驅(qū)動(dòng)器、光電隔離器及可控硅構(gòu)成，電流互感器、電壓互感器的次級(jí)線圈均一端接“地”，另一端連接在多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸入端，多路電子選擇開(kāi)關(guān)的片選端及輸入線選端分別與并行接口連接，多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸出端同時(shí)與直流運(yùn)算放大器IC1、直流運(yùn)算放大器IC2的輸入端連接，直流放大器IC2的輸出端接單片微機(jī)的信號(hào)輸入端，直流運(yùn)算放大器IC1的輸出端接單片微機(jī)的模擬信號(hào)輸入端，單片微機(jī)的信號(hào)輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)器與光電隔離器連接，光電隔離器連接可控硅的控制極。
另外，還設(shè)有一溫度控制電路，其結(jié)構(gòu)為單結(jié)晶體管的發(fā)射極與一個(gè)基極相連構(gòu)成的測(cè)溫電路經(jīng)過(guò)與一復(fù)合管連接后，后接光電隔離器，光電隔離器與可控硅的控制極連接，可控硅與恒溫電熱元件連接。
本實(shí)用新型由于采用直接交流采樣法計(jì)算電量，杜絕了從“表前”、“反轉(zhuǎn)”等及從公用電路竊電的現(xiàn)象發(fā)生，監(jiān)測(cè)儀的計(jì)量精度為1％，分辯率為0.1％，監(jiān)測(cè)容量10—100戶，測(cè)量數(shù)據(jù)由LED顯示，16行打印機(jī)打印。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖2是本實(shí)用新型的溫度控制電路原理圖。
參照?qǐng)D1、圖2，本實(shí)用新型的主機(jī)由8098單片微機(jī)，E2PROM2817A，EPROM2732，RAM6116，兩片地址鎖存器373，地址譯碼器138及鍵盤顯示接口8279組成，輸入輸出設(shè)備有鍵盤，GP16打印機(jī)，8位LED共陰極顯示器。E2PROM2817A、RAM6116的高3位地址線以及EPROM2732的高4位地址線由8098單片微機(jī)P4口的P4.0—P4.3提供并經(jīng)地址鎖存器373鎖存，它們的低8位地址線由8098單片微機(jī)的P3口提供并經(jīng)地址鎖存器373鎖存，P4口的P4.4—P4.6地址總線經(jīng)138地址譯碼器譯碼后送至E2PROM2817A，EPROM2732，RAM6116，8279鍵盤顯示接口，8255并行接口及GP16打印機(jī)的片選端，P4.7接地址譯碼器138的片選端，為其提供片選信號(hào)。E2PROM2817A是為了防止斷電時(shí)數(shù)據(jù)丟失而設(shè)置，只需將凌晨和白天某個(gè)不用電的時(shí)刻的用電量分別寫入兩次，因突然斷電的電量測(cè)算損失就可忽略不計(jì)。鍵盤由10個(gè)數(shù)字鍵和電流、電壓、電量、運(yùn)行、停止、打印、自檢、校零、日期、復(fù)位10個(gè)功能鍵組成，鍵盤的8條掃描線由鍵盤顯示接口8279的SL0—SL2經(jīng)138譯碼器譯出，它的3條行列控制線由鍵盤顯示接口8279的RL0—RL2直接提供，鍵盤采用中斷方式，鍵盤顯示接口的中斷請(qǐng)求端IRQ經(jīng)非門F反相后接8098單片微機(jī)的EXTINT端。8位共陰極LED顯示器的段碼由鍵盤顯示接口8279的A0—A3、B0—B3經(jīng)兩片驅(qū)動(dòng)器7407提供，其位碼由鍵盤顯示接口8279的SL0—SL2經(jīng)譯碼器138譯碼后、再經(jīng)驅(qū)動(dòng)器7407驅(qū)動(dòng)。為使監(jiān)測(cè)儀具有高精度和低成本的優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型采用直接交流采樣法采樣輸入信號(hào)，直接交流采樣法要求相關(guān)的電流、電壓的對(duì)應(yīng)序號(hào)與采樣值之間嚴(yán)格同步，由于電網(wǎng)中的基波頻率不是恒定不變的，為減少誤差，需實(shí)時(shí)采樣基波周期，然后動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣頻率，使得在一個(gè)基波周期內(nèi)的采樣點(diǎn)是均勻分布的，本實(shí)用新型設(shè)有電流電壓幅值采樣電路、周期變換電路兩種采樣電路及相應(yīng)的采樣控制電路、極性變換電路，電流電壓幅值采樣電路由電流互感器及電壓互感器構(gòu)成，其中電流互感器采用G26罐形鐵氧體磁芯，初級(jí)2匝，次級(jí)用0.1mm的漆包線繞300匝，初級(jí)電流0—10A時(shí)，次級(jí)電壓為0—3V，其斜率有一定的非線性，為補(bǔ)償斜率的非線性誤差，這里將斜率分為0.10A—0.60A，0.61—6.0A，6.1A—10A三段，各段的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為0.30V/A，0.32V/A，0.27V/A，經(jīng)過(guò)斜率的非線性補(bǔ)償，其誤差小于1％；電壓互感器采用G50罐形鐵氧體磁芯，初級(jí)為2000匝，次級(jí)為30匝，當(dāng)輸入電壓范圍為220±20％時(shí)，基本呈線性，斜率為3/20；采樣控制電路由16只4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)及1片8255并行接口構(gòu)成，置8255并行接口于工作方式0，其PA口及PB口的16條I/O線分別接16只4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)的片選端INH，控制分時(shí)選通16只4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)中的一只，PC口的PC4—PC6三條I/O線分別接每只4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)的A、B、C輸入線選端，當(dāng)8255并行接口的PA口或PB口選中16只4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)中的一只時(shí)，PC4—PC6便選擇其8路輸入即IN0—IN7中的一路來(lái)自電壓互感器或電流互感器的信號(hào)輸入，共有8×16＝128路輸入端，其中3路輸入相電壓采樣信號(hào)，100路輸入居民相電流采樣信號(hào)，還余25路輸入公用電路相電流采樣信號(hào)，三只電壓互感器的初級(jí)線圈兩端分別接在三條火線與零線之間，次級(jí)線圈一端接“地”，另一端接在上述的4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸入端，125只電流互感器的初級(jí)線圈經(jīng)過(guò)居民或公用電路的用電器接到零線上，次級(jí)線圈一端接“地”，另一端連接上述的4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸入端，由于采用分時(shí)采樣，將16只4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸出端out連接在一起，同時(shí)接入極性變換電路和周期變換電路；直接交流采樣法需采樣一個(gè)周期交流基波，該信號(hào)為具有正負(fù)半周的雙極性信號(hào)，而負(fù)半周期信號(hào)是不能直接輸入微機(jī)的，需采用極性變換電路將雙極性信號(hào)變?yōu)閱螛O性信號(hào)，它由IC1即直流運(yùn)算放大器LM339及外圍元件構(gòu)成，D1為輸出正鉗位保護(hù)，D2為輸出負(fù)鉗位保護(hù)，C3、C6為濾波電容，C4、C5為耦合電容，當(dāng)輸入信號(hào)變化范圍為-5V～＋5V時(shí)，輸出信號(hào)變化范圍為0—5V，直流運(yùn)算放大器IC1即LM339的輸出端接8098單片微機(jī)的模擬信號(hào)輸入端ACH7，8098單片微機(jī)內(nèi)為10位A/D變換器，A/D變換方式為選擇查尋方式；直接交流采樣法需實(shí)時(shí)采樣基波周期，周期變換電路為由直流運(yùn)算放大器IC2即IM339及外圍元件構(gòu)成的比較器，C5為耦合電容，集成運(yùn)算放大器IC2的輸出端接8098單片微機(jī)的高速輸入端即HSI1端，上述的4051多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸出端out連接在一起，接入直流運(yùn)算放大器IC1、IC2的同相輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)大于0時(shí)，比較器IC2輸出為高電平，當(dāng)輸入信號(hào)小于0時(shí)，IC2輸出為0，當(dāng)交流信號(hào)負(fù)半周時(shí)，比較器IC2輸出為0，當(dāng)交流信號(hào)正半周時(shí)，比較器IC2輸出為高電平，8098單片微機(jī)從HSI1端測(cè)出其精確的1/2周期的持續(xù)時(shí)間，根據(jù)這個(gè)正半周持續(xù)時(shí)間可以計(jì)算出各個(gè)采樣時(shí)刻的周期值。為防止從公用電路竊電及節(jié)約用電，本實(shí)用新型共設(shè)6路限電電路，每路限電量為100—1000W可調(diào)，限電電路由7406驅(qū)動(dòng)器，6片MOC3040光電隔離器G1～G6及6只BTR25A600V雙向可控硅SCRS1—SCRS6構(gòu)成，8098單片微機(jī)的6個(gè)高速輸出端即HS0.0—HS0.5分別通過(guò)7406驅(qū)動(dòng)器與6片MOC3040光電隔離器G1～G6連接，6片MOC3040光電隔離器G1～G6分別連接在6只BTR25A600V雙向可控硅SCRS1—SCRS6的控制極上，控制導(dǎo)通角來(lái)達(dá)到限電目的。另外，由于我國(guó)北方冬天氣溫最低可達(dá)-40℃，本實(shí)用新型選用普通器件，在低溫時(shí)用溫度控制電路進(jìn)行加溫，其結(jié)構(gòu)是這樣的測(cè)溫元件采用單結(jié)晶體管UJT1即BT33，其發(fā)射極與其兩個(gè)基極中的一個(gè)相連接，經(jīng)與復(fù)合管T1連接后，后接MOC3040光電隔離器G7，MOC3040光電隔離器C7與雙向可控硅SCRS7的控制極連接，雙向可控硅SCRS7后接恒溫電熱元件PTC，雙向可控硅SCRS7選用BGA3A600V，在10℃時(shí)調(diào)節(jié)R1使復(fù)合管T1導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)光電隔離器G7觸發(fā)雙向可控硅SCRS7導(dǎo)通，恒溫電熱元件PTC通電升溫，當(dāng)溫度高于10℃時(shí)復(fù)合管T1截止，雙向可控硅SCRS7不導(dǎo)通，恒溫電熱元件PTC停止加熱。
參數(shù)選擇R1、R2、R3、R4、R5＝100KΩ，R6＝270Ω，R7—R14＝100Ω，R15＝10KΩ，R16＝4.7kΩ，R17＝3KΩ，R18＝270Ω，R19＝330Ω，R20＝15KΩ。C1、C2＝30PF，C3＝1000PF，C4、C5＝1μF，C6＝1000PF，C7＝0.1μF/630V，SCRS1—SCRS6為BTR25A600V，SCR7為BGA3A600V，UJT1為BT33，復(fù)合T1選用1/6 1413，G1—G7選用MOC3040，D1、D2、D3選用1N4148。
權(quán)利要求1.一種防竊電智能電量監(jiān)測(cè)儀，設(shè)有主機(jī)及輸入輸出設(shè)備，其特征在于還設(shè)有電流電壓幅值采樣電路，采樣控制電路，極性變換電路，周期變換電路及限電電路，其中電流電壓幅值采樣電路由電流互感器及電壓互感器構(gòu)成，采樣控制電路由多路電子選擇開(kāi)關(guān)及并行接口構(gòu)成，極性變換電路由直流運(yùn)算放大器IC1及外圍元件構(gòu)成，周期變換電路為直流運(yùn)算放大器IC2及外圍元件構(gòu)成的比較器，限電電路由驅(qū)動(dòng)器、光電隔離器及可控硅構(gòu)成，電流互感器、電壓互感器的次級(jí)線圈均一端接“地”，另一端連接在多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸入端，多路電子選擇開(kāi)關(guān)的片選端及輸入線選端分別與并行接口連接，多路電子選擇開(kāi)關(guān)的輸出端分別與直流運(yùn)算放大器IC1、直流運(yùn)算放大器IC2的輸入端連接，直流運(yùn)算放大器IC2的輸出端接單片微機(jī)的信號(hào)輸入端，直流運(yùn)算放大器IC1的輸出端接單片微機(jī)的模擬信號(hào)輸入端，單片微機(jī)的信號(hào)輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)器與光電隔離器連接，光電隔離器連接可控硅的控制極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防竊電智能電量監(jiān)測(cè)儀，其特征在于還設(shè)有一溫度控制電路，其結(jié)構(gòu)為單結(jié)晶體管的發(fā)射極與一個(gè)基極相連構(gòu)成的溫度傳感器經(jīng)過(guò)與一復(fù)合管連接后，后接光電隔離器，光電隔離器與可控硅的控制極連接，可控硅與恒溫電熱元件連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種電變量的測(cè)量?jī)x器，為克服現(xiàn)有技術(shù)中的電度表不具備防竊功能的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型設(shè)有主機(jī)，輸入輸出設(shè)備，電流電壓幅值采樣電路，采樣控制電路，極性變換電路，周期變換電路及限電電路，其中電流電壓幅值采樣電路由電流互感器及電壓互感器構(gòu)成，采樣控制電路由多路電子選擇開(kāi)關(guān)及并行接口構(gòu)成，極性變換電路由直流運(yùn)算放大器IC
文檔編號(hào)G01R22/00GK2221785SQ9523338
公開(kāi)日1996年3月6日 申請(qǐng)日期1995年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月8日
發(fā)明者朱兆禮, 閻喬英 申請(qǐng)人:朱兆禮