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專利名稱：一種防竊電智能電量監測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電變量的測量儀器，尤其是一種防竊電智能電量監測儀。
中國計量出版社出版、藍永林編著的《交流電度表檢定與調整》一書公開了現有技術中的電度表，其基本結構是這樣的由驅動元件、轉動元件、制動元件、軸承、計度器和調整裝置構成，其中核心部分即驅動元件由電壓鐵芯、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，用來將交變的電壓和電流轉變為交變磁通，切割轉盤形成驅動力矩，使轉盤轉動，由計度器積算轉盤轉數，以顯示所測定的電能，其缺點是不具有防竊電功能，測量精度低，只測量一個用戶的電量，竊電者可采用各種方式進行竊電。
本實用新型的目的在于克服上述現有技術中存在的缺點，提供一種采用直接交流采樣法計算電量的防竊電智能電量監測儀。
本實用新型的目的是采取以下方案實現的直接交流采樣法是通過使用先進的計算機技術、集成電路技術和成熟的數學工具對交流電壓、交流電流信號直接采樣得到各個相關電量，該方法首先對電壓、電流的離散采樣值進行富氏濾波，再依照標準的電量計算公式得到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，利用多路電子選擇開關、采樣保持器和高分辯率模數轉換器組成多路巡回采樣系統，當測量單相線路時，以UR、UX表示電壓的實部和虛部，以IR、IX表示電流的實部和虛部，則相關的電量計算公式為
P＝URIR＋UXIXQ＝UXIR－URIXU＝UR2＋UX2I＝IR2＋IX2在電力網中，信號能量主要是基波分量，如每個基波周期內采樣12點，則基波分量的計算公式虛部＝2〔(f12－f6)＋f2－f4－f8＋f10＋3(f1－f5－f7＋f11)〕/12實部＝〔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)]]>具體結構是這樣的設有主機，輸入輸出設備，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成，采樣控制電路由多路電子選擇開關及并行接口構成，極性變換電路由直流運算放大器IC1及外圍元件構成，周期變換電路為直流運算放大器IC2及外圍元件構成的比較器，限電電路由驅動器、光電隔離器及可控硅構成，電流互感器、電壓互感器的次級線圈均一端接“地”，另一端連接在多路電子選擇開關的輸入端，多路電子選擇開關的片選端及輸入線選端分別與并行接口連接，多路電子選擇開關的輸出端同時與直流運算放大器IC1、直流運算放大器IC2的輸入端連接，直流放大器IC2的輸出端接單片微機的信號輸入端，直流運算放大器IC1的輸出端接單片微機的模擬信號輸入端，單片微機的信號輸出端通過驅動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，還設有一溫度控制電路，其結構為單結晶體管的發射極與一個基極相連構成的測溫電路經過與一復合管連接后，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。
本實用新型由于采用直接交流采樣法計算電量，杜絕了從“表前”、“反轉”等及從公用電路竊電的現象發生，監測儀的計量精度為1％，分辯率為0.1％，監測容量10—100戶，測量數據由LED顯示，16行打印機打印。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。


圖1是本實用新型的電路原理圖。
圖2是本實用新型的溫度控制電路原理圖。
參照圖1、圖2，本實用新型的主機由8098單片微機，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，輸入輸出設備有鍵盤，GP16打印機，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P4口的P4.0—P4.3提供并經地址鎖存器373鎖存，它們的低8位地址線由8098單片微機的P3口提供并經地址鎖存器373鎖存，P4口的P4.4—P4.6地址總線經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。E2PROM2817A是為了防止斷電時數據丟失而設置，只需將凌晨和白天某個不用電的時刻的用電量分別寫入兩次，因突然斷電的電量測算損失就可忽略不計。鍵盤由10個數字鍵和電流、電壓、電量、運行、停止、打印、自檢、校零、日期、復位10個功能鍵組成，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求端IRQ經非門F反相后接8098單片微機的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經兩片驅動器7407提供，其位碼由鍵盤顯示接口8279的SL0—SL2經譯碼器138譯碼后、再經驅動器7407驅動。為使監測儀具有高精度和低成本的優點，本實用新型采用直接交流采樣法采樣輸入信號，直接交流采樣法要求相關的電流、電壓的對應序號與采樣值之間嚴格同步，由于電網中的基波頻率不是恒定不變的，為減少誤差，需實時采樣基波周期，然后動態調整采樣頻率，使得在一個基波周期內的采樣點是均勻分布的，本實用新型設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成，其中電流互感器采用G26罐形鐵氧體磁芯，初級2匝，次級用0.1mm的漆包線繞300匝，初級電流0—10A時，次級電壓為0—3V，其斜率有一定的非線性，為補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，各段的轉換系數分別為0.30V/A，0.32V/A，0.27V/A，經過斜率的非線性補償，其誤差小于1％；電壓互感器采用G50罐形鐵氧體磁芯，初級為2000匝，次級為30匝，當輸入電壓范圍為220±20％時，基本呈線性，斜率為3/20；采樣控制電路由16只4051多路電子選擇開關及1片8255并行接口構成，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多路電子選擇開關的片選端INH，控制分時選通16只4051多路電子選擇開關中的一只，PC口的PC4—PC6三條I/O線分別接每只4051多路電子選擇開關的A、B、C輸入線選端，當8255并行接口的PA口或PB口選中16只4051多路電子選擇開關中的一只時，PC4—PC6便選擇其8路輸入即IN0—IN7中的一路來自電壓互感器或電流互感器的信號輸入，共有8×16＝128路輸入端，其中3路輸入相電壓采樣信號，100路輸入居民相電流采樣信號，還余25路輸入公用電路相電流采樣信號，三只電壓互感器的初級線圈兩端分別接在三條火線與零線之間，次級線圈一端接“地”，另一端接在上述的4051多路電子選擇開關的輸入端，125只電流互感器的初級線圈經過居民或公用電路的用電器接到零線上，次級線圈一端接“地”，另一端連接上述的4051多路電子選擇開關的輸入端，由于采用分時采樣，將16只4051多路電子選擇開關的輸出端out連接在一起，同時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周期交流基波，該信號為具有正負半周的雙極性信號，而負半周期信號是不能直接輸入微機的，需采用極性變換電路將雙極性信號變為單極性信號，它由IC1即直流運算放大器LM339及外圍元件構成，D1為輸出正鉗位保護，D2為輸出負鉗位保護，C3、C6為濾波電容，C4、C5為耦合電容，當輸入信號變化范圍為-5V～＋5V時，輸出信號變化范圍為0—5V，直流運算放大器IC1即LM339的輸出端接8098單片微機的模擬信號輸入端ACH7，8098單片微機內為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時采樣基波周期，周期變換電路為由直流運算放大器IC2即IM339及外圍元件構成的比較器，C5為耦合電容，集成運算放大器IC2的輸出端接8098單片微機的高速輸入端即HSI1端，上述的4051多路電子選擇開關的輸出端out連接在一起，接入直流運算放大器IC1、IC2的同相輸入端，當輸入信號大于0時，比較器IC2輸出為高電平，當輸入信號小于0時，IC2輸出為0，當交流信號負半周時，比較器IC2輸出為0，當交流信號正半周時，比較器IC2輸出為高電平，8098單片微機從HSI1端測出其精確的1/2周期的持續時間，根據這個正半周持續時間可以計算出各個采樣時刻的周期值。為防止從公用電路竊電及節約用電，本實用新型共設6路限電電路，每路限電量為100—1000W可調，限電電路由7406驅動器，6片MOC3040光電隔離器G1～G6及6只BTR25A600V雙向可控硅SCRS1—SCRS6構成，8098單片微機的6個高速輸出端即HS0.0—HS0.5分別通過7406驅動器與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，控制導通角來達到限電目的。另外，由于我國北方冬天氣溫最低可達-40℃，本實用新型選用普通器件，在低溫時用溫度控制電路進行加溫，其結構是這樣的測溫元件采用單結晶體管UJT1即BT33，其發射極與其兩個基極中的一個相連接，經與復合管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℃時調節R1使復合管T1導通，驅動光電隔離器G7觸發雙向可控硅SCRS7導通，恒溫電熱元件PTC通電升溫，當溫度高于10℃時復合管T1截止，雙向可控硅SCRS7不導通，恒溫電熱元件PTC停止加熱。
參數選擇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，復合T1選用1/6 1413，G1—G7選用MOC3040，D1、D2、D3選用1N4148。
權利要求1.一種防竊電智能電量監測儀，設有主機及輸入輸出設備，其特征在于還設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成，采樣控制電路由多路電子選擇開關及并行接口構成，極性變換電路由直流運算放大器IC1及外圍元件構成，周期變換電路為直流運算放大器IC2及外圍元件構成的比較器，限電電路由驅動器、光電隔離器及可控硅構成，電流互感器、電壓互感器的次級線圈均一端接“地”，另一端連接在多路電子選擇開關的輸入端，多路電子選擇開關的片選端及輸入線選端分別與并行接口連接，多路電子選擇開關的輸出端分別與直流運算放大器IC1、直流運算放大器IC2的輸入端連接，直流運算放大器IC2的輸出端接單片微機的信號輸入端，直流運算放大器IC1的輸出端接單片微機的模擬信號輸入端，單片微機的信號輸出端通過驅動器與光電隔離器連接，光電隔離器連接可控硅的控制極。
2.根據權利要求1所述的一種防竊電智能電量監測儀，其特征在于還設有一溫度控制電路，其結構為單結晶體管的發射極與一個基極相連構成的溫度傳感器經過與一復合管連接后，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。
專利摘要本實用新型公開一種電變量的測量儀器，為克服現有技術中的電度表不具備防竊功能的缺點，本實用新型設有主機，輸入輸出設備，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成，采樣控制電路由多路電子選擇開關及并行接口構成，極性變換電路由直流運算放大器IC
文檔編號G01R22/00GK2221785SQ9523338
公開日1996年3月6日 申請日期1995年3月8日 優先權日1995年3月8日
發明者朱兆禮, 閻喬英 申請人:朱兆禮