專利名稱：磁卡式數字電度表的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力計量儀表，具體涉及的是一種數字式電度表。
現有的數字式電度表雖有多種，但皆有其不足，最明顯的問題之一便是停電數據丟失， CN88202638是用干電池備失，效果較差， CN91212092雖解決了這類問題且采用了預購電形式，但還是采用機械主體，體積偏大，且自耗電量偏大。
本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種用磁卡預購電，用磁陣列存貯器作斷電記憶，具有故障檢測、保護及語言提示等多功能的數字電度表。
本實用新型的技術解決方案如下所述。磁卡式數字電度表，包括表殼(3)、面板(10)、顯示器(8)、蜂鳴器(9)、狀態指示燈(4)(18)(16)(5)(7)、磁卡窗(6)、磁卡(32)、磁卡盒(30)、磁卡控制機構、霍耳傳感元件、采用磁陣列存貯器的斷電記憶裝置、故障處理電路、語音提示和狀態指示電路。具體的解決方案是，磁卡(32)上帶有導電橡膠條(34)、磁跡預留塊(36)和定位孔(35)；磁卡盒(30)由磁卡窗(6)、接觸電極(31)、磁卡磁跡消除線圈(37)、磁敏電阻(38)、定位針(40)(41)及對應的線圈(42)(43)、彈簧板(39)及控制開關K11等組成；磁卡控制電路主要包括由觸發器和加法器組成的磁卡電量比較器，由磁敏電阻陣列和壓敏電阻陣列組成的磁跡辨識電路、以及相應的門控電路；磁陣列存貯器由絕緣板(23)、記憶線圈(24)及對應的鐵芯(25)、裝有磁粉(27)的磁粉盒(21)、位于磁粉盒(21)上的發光管(26)和光敏管(19)、消磁線圈(29)及鐵芯(20)組成；斷電記憶裝置還包括記憶控制電路、磁線圈受控電路及磁陣列存貯器消磁電路；故障處理電路包括以壓敏電阻R26為主體的故障檢測電路，以繼電器I為主體的保護控制電路和以分壓電阻R37～R39及運放BG16～BG18為主體的故障分析電路。語音提示和狀態指示電路由語音片、發光二極管和門控元件組成，可提供換卡預示、故障恢復指示、故障報警和防護指示；霍耳傳感元件由磁鐵(12)(13)、絕緣條(14)(17)和半導體塊(15)組成。
本實用新型的特點是電量預購外插件采用磁卡，并對磁卡的準確性配以各種檢測控制；用霍耳元件作電測量元件，使計量精度提高；用磁陣列存貯器作斷電記憶，可保證在長時間停電時準確貯存原電量數值，這種靜態記憶裝置還可推廣到其它需斷電記憶的場合上使用，本實用新型設置了過載、短路等多種故障檢測，并配以語言提示，是一種功能全、電表自身耗電少、體積小、成本低的數字式電度表，還可作三相電度表使用。
本實用新型有如下附圖
圖1為電路原理方框圖。
圖2為外形圖。
圖3為供電電路圖。
圖4為霍耳元件結構圖。
圖5為霍耳元件輸出信號處理電路圖。
圖6為A／D轉換器的一種實施例圖。
圖7為乘法器的一種實施例圖。
圖8為磁陣列存貯器結構剖視圖。
圖9為磁粉盒立體結構圖。
圖10為磁線圈受控電原理圖。
圖11為發光管和光敏管陣列及磁陣列存貯器消磁電路原理圖。
圖12為記憶控制電路圖。
圖13為磁卡盒外部結構圖。
圖14為磁卡盒內部結構剖視圖。
圖15為磁卡結構圖。
圖16為磁卡辯識電路圖。
圖17為磁卡電量比較電路圖。
圖18為累加器的一種實施例。
圖19為故障檢測及保護電路圖。
圖20為繼電器內部結構圖。
圖21為故障判別電路圖。
圖22為語音提示及狀態指示電路圖。
圖23為時鐘及延時電路圖。
圖24為防磁及防拆電路圖。
以下結合附圖，并以四位二進制數字表示電表量程為例，對本實用新型各部分作詳細描述。
1.供電電路如圖3所示，它是將來自電力線的電源經分壓、整流、濾波、穩壓后輸出VG，作為各電路的工作電壓。 同時將其電壓值經過A／D轉換器(Ⅱ)(見圖6)調整后送往顯示器，以使用戶便于知道電源電壓情況。
2.霍耳傳感元件及其信號處理電路霍耳元件如圖4所示，它是由兩塊大小和形狀相等的磁鐵(12)和(13)、兩根相同的帶孔絕緣條(14)和(17)及夾在磁鐵和絕緣條中間的半導體塊(15)FN型或P型均可，此處為N型)組成。半導體塊(15)左右兩側電極串入電力線中上下電極為霍耳電壓VH輸出端。由于霍耳電壓VH與流經其中的電流IH及加在其兩側的磁場B的關系為VH＝(RH)／d·fhIhB，其中RH為常值，d、fh、B亦然， RH＝1／ne(N型半導體情形)，fh為形狀效應系數，d、為N型半導體的厚度，由此應有IH＝VH·d／FH·B，其中fh為包括電壓信號變換后的轉換系數，對確定的原件來說，d、fh、B為定值，設a＝d／fh·B，則有IH＝a·VH，由此可見VH表征電流IH的大小。即達到用霍耳元件進行電量測量的目的。霍耳電壓VH經過圖5所示的信號處理電路放大、整流、濾波成直流電壓輸出V′H。
3.A／D轉換器本實用新型有兩個結構相同的A／D轉換器，它是如圖6所示的雙積分型A／D轉換器，其中A／D轉換器(Ⅰ)的輸入信號取自經圖5所示電路處理后的霍耳輸出信號V′H，V′H信號由電子開關S1取樣，即可將霍耳元件檢測到的電流信號轉換成二進制數字信號，由取樣定理 fn》fimax及信號電流的情形，可取為fn＝60(Hz)即可，取樣頻率由CP控制，CP信號來自圖23所示的脈沖發生器輸出，A／D轉換器(Ⅱ)的輸入信號取自圖3所示供電電路的輸出VG，A／D轉換器(Ⅰ)的輸出信號是d3～d0，A／D轉換器(Ⅱ)的輸出信號是d′3～d′0。
4.乘法器本實用新型有兩個結構相同的乘法器，其中乘法器(Ⅰ)的輸入信號一路取自A／D轉換器(Ⅰ)的輸出信號d3～d0。另一路取自A／D轉換器(Ⅱ)的輸出信號d′3～d′0，此時，乘法器(Ⅰ)即作某時刻的運算PK(D3～D0)＝UK(d3～d0)·IK(d′3～d′0)，即得某一時刻的功率值。
乘法器(Ⅱ)的輸入，一路取自乘法器(Ⅰ)的輸出信號PK，另一路取自脈沖發生器輸出CP，根據▲TK＝1／fn，乘法器(Ⅱ)作某時刻的運算▲WK＝PK·▲TK，即得某一時刻的電度量值WK(A3～A0)，該信號輸入到累加器(見圖18)。
5.累加器(以四位二時制數為例)如圖18所示的累加器由兩級加法器和寄存器組成，輸入信號B3～B0來自光敏二極管陣列的輸出(見圖11)輸入信號A3～A0來自乘法器(Ⅱ)的輸出(見圖7)。在正常有電狀態，信號B3～B0均為低電平(即均為零)，這時第一級加法器實際只是將乘法器(Ⅱ)輸出值，輸入第二級加法器作為加數(即A3’～A0’端)，而將已置入寄存器的原累加結果作為被加數(即B3’～B0’端)，如此循環累加。如果是從停電到通電的瞬間，信號B3～B0代表了斷電時記憶下的數值，則第一級加法器將記憶數值與乘法器(Ⅱ)輸出值相加后，輸入第二級加法器作為加數，即得實際用電電量值。寄存器將各個時刻的一路結果
3～
0分別送顯示器(8)和磁卡辨識電路(見圖16)，另一路結果Q3～Q0除回送第二級加法器外，還控制連接記憶線圈的一組三套門BG35BG25BG15BG05(見圖10)，累加器由工作電源UG經一電容供電，以便在斷電瞬間將信號加到三態門BG35BG25BG15BG05上。
6.斷電記憶裝置，它主要由和記憶部件(即存貯器)和記憶控制電路組成，如圖8～圖12所示。記憶部件是采用磁陣列存貯器(見圖8和圖9)，該存貯器由絕緣板(23)裝在絕緣板(23)下面的數個記憶線圈(24)及對應的鐵芯(25)、位于鐵芯(25)下面的數個裝有磁粉(27)的磁粉盒(21)、裝在磁粉盒(21)前后兩面的聚集型發光二極管(26)和光敏二極管(27)、位于磁粉盒(21)下面的消磁鐵芯(20)和其上的消磁線圈(29)組成，記憶線圈(24)和磁粉盒(21)的個數是一致的，它們是由所需計數的最大值，即電度表的最大量程決定，本實用新型實施例給出的是四位二進制數對應的磁陣列存貯器及相應的控制電路。圖12為記憶控制電路，它主要由電容C6、C8、C9、壓敏電阻R19、電阻R20R21和可控硅N7組成。正常狀態，來自供電電路工作電壓VG經二極管N6給電容C6、C8、C9充電，當電源斷電時，便有VG＝0，電容C6通過壓敏電阻R19、電阻R21放電，當其電壓低至壓敏電阻的下限電壓時，電阻R21放電，當其電壓低至壓敏電阻的下限電壓時，電阻R20上的電壓隨之降低，使得非門BG9輸出由低變高(BG9在停電時可由電容C7供電)，從而可控硅N7導通，電容C8、C9通過可控硅N7放電，即輸出信號VL。VL信號加到磁陣列存貯器中的各個記憶線圈上(如圖10所示)，四個記憶線圈(L3L2L1L0)所在的支路分別串接一個三態門(BG35BG25BG15BG05)、各三態門的控制信分別取自累加器(見圖18)輸出信號(Q3Q2Q1Q0)，以便對累加器計數值(即原有電量值)進行記憶，其工作過程是當累加器輸出信號Q0為高電平時，三態門BG05導通，記憶線圈L0上有電流流過，便將其對應的磁粉盒中的磁粉吸上面板，反之，Q0為低電平，BQ05截止，L0上無電流流過，磁粉仍留在磁粉盒底部。其余各端類同。通電時，VG通過給電容C4充電的過程起動發光二極管陣列(如圖11所示)，二極管只是瞬態發光，當磁粉盒上部有磁粉時，其上的發光二極管的光線被磁粉擋住，對應的光敏二極管無光控信號而截止，經對應的非門輸出高電平，由此B3～B0這組輸出信號就代表了斷電時的電量值，將其送至累加器，使電表在原有電量的基礎上計數，從而達到了斷電記憶的目的。當電容C4上的充電電壓瞬態近為VG時 (如圖11所示)，電阻R13上壓降趨于零，BG8輸出高電平，使三極管T1導通，VG通過T1給消磁線圈(29)供電，消磁鐵芯(20)(見圖8)產生磁場，磁粉盒中(21)中的磁粉(27)全部吸回到磁粉盒(21)底部，以消除原有數據信號，對消磁線圈(29)的供電也為瞬態，當容C5充電完畢后，供電停止。場效應管M′1是在停時給電容C5一個放電回路，同理，場效應管M′2為電容C4提供放電回路，二極管N4是給停電時消磁線圈(29)上的感應電勢提供放電回路，以保護三極管。
7.磁卡及其控制電路圖13圖14圖15給出了一種形式的磁卡結構。它由用以辨識磁卡上電量(即預置數)多少的接觸電極(31)、磁卡(32)、對應預置電量多少的導電橡膠條(34)、磁卡定位孔(35)、用于磁跡辨識的磁信息預留塊(36)(本實施例給出的是一種定點留磁形式)，與磁卡預留磁跡相對應的并聯連接磁卡消跡線圈(37)、與磁跡數相對應的磁敏電阻(38)、上下兩個定位針(40)(41)和對應的電磁線圈(42)(43)彈簧板(39)和控制開關K11等組成。磁卡辨識電路如圖16所示，當磁卡(32)插入時，首先由磁敏電阻(38)(即R41～R44)對其上的預留磁跡進行辯識，如果預留磁跡正常，與門BG10輸出高電平，而或非門BG11也輸出高電平，在此同時，接觸電極(31)將其識別到的預置電量信號e9d9c9b9送入各觸發器輸入端， 觸發器一組輸出信號與累加器輸出的已用電量信號
3
2
1
0在加法器中運算(根據一個二進制數與其反碼之和為1)，未過一預置量時，與非門BG13輸出高平，此時或門BG14輸出低電平，磁卡(32)被充許駐留在電表中，因BG11輸出高電平，使場效應管M6和三極管T4都導通，VG在給電容C12充電的過程中延時起動繼電器I中的線圈X1(見圖20和圖19)使繼電器接通電源V～。當插入磁卡為非正常時，或者是無預留磁跡(如電量用完磁跡被消除的磁卡)，則BG10輸出低電平；或者是磁跡過強(或磁跡不合格)引起壓敏電阻R45～R48壓降過大，則BG11輸出低電平；或者是用電量達到磁卡預置量，則BG13輸出低電平；上述情形的任意一種出現，都會使或門BG14輸出高電平，即a9＝“1”，該信號將接通控制定位針(40)(41)的線圈(42)(43)，磁卡被彈出，開關K11閉合。同時BG14的高電平信號經與非門BG26加到各觸發器的復位端，各觸發器被清零。磁卡消磁是在用電量與磁卡預置電量差一度時進行的。如圖17所示，加法器一輸出端的信號取自磁卡上的電量信號e9d9c9b9，另一輸入端均為高電平，這是一個將預置電量減1的加法器，Q3Q2Q1Q0是來自累加器的電量信號，由加法器結果與Q3Q2Q1Q0兩組數字信號經數據比較器比較，比果兩值相等或Q3Q2Q1Q0比加法器結果略大，則由比較器輸出高電平，使或門輸出高電平f12，該信號控制語言片及指示燈，同時，控制消跡線圈(37)，使其產生與磁卡上磁跡相反的磁場，以消除磁卡上的預留磁跡。
8.故障檢測、判別、保護電路如圖19～圖21所示，電力線接入繼電器I的A、B端，C、D端接用戶負載(其中一根串接霍耳元件)，a7c7端接信號電壓VH′(見圖5)，當用戶負載處于常態時，VH′處于壓敏電阻R26的下限電壓以下，故無電流通過。當有內部故障或過截時，則有VH大于R26的下限電壓，于是產生電流，R27上的壓降使三極管T2導通，從而加在繼電器I的1、2端的電壓使線圈X2(見圖20)產生磁力，活動彈片b被線圈X2吸引，將電源斷開，以保護電路。同時由于活動彈片b與c接觸，使繼電器I的4、5兩端有電壓，此電壓經限流電阻R33R30及場效應管M8(M8由圖23控制，此時為導通態)加在用戶負載上，構成一個安全的試探電壓，該電壓加到圖21所示的故障分析電路，電阻R36即表征用戶負截探測電流情形，其上電壓加至由運放BG16、BG17、BG18構成的比較器的反相輸入端，BG16、BG17、BG18的同相輸入端由VG經三分壓確定比較值，以確定負截狀況(短路、過截或正常)。V0為正常時電壓比較值，V1為過截電壓比較值，V2則為短路電壓比較值。顯然如果過截，則VP＞V0，VP＞V1而VP＜V2，于是BG17、BG18輸出低電平，使與門BG23輸出d12端為高電平，控制語音提示電路中的語音片(見圖22)，告之用戶“過截”并指示。如果短路，則有VP＞V2，各運放輸出低電平，使與門BG22輸出C12端為高電平控制另一語言片告之用戶“短路”指示，此時場效應管M6、M7均關閉。正常值時或故障排除后，BG24輸出端e12為高電平，在控制語言片和指示的同時接通延時電路(見圖23)，延時輸出控制信號d7使三極管T3導通，繼電器I的2、3端加電壓使線圈X1得電，電網向用戶供電。
9.語音提示及狀態指示電路如圖22所示，由三態門、語言片、蜂鳴片和發光二極管組成，三態門的控制信號來自有關電路的輸出，語言片和發光二極管的數量由實際需要而定，本電路提供短路、過截、正常、防拆和防磁等五種語音提示，同時，由對應的發光二極管提供狀態指示。
10.時鐘及延時電路如圖23所示的是時鐘及延時電路的一種形式，集成塊CC7555為一定時器，其中電容C11＞＞C10，當K11斷開時(見圖14)，磁卡正常狀態，場效應管M2導通，而M3關斷，M5導通而M4關斷，此刻本電路即為時鐘脈沖發生器，脈沖從CP端輸出供給前述電路使用。當K11閉合時，M2關斷而M3導通，M4導通而M5關斷(無脈沖輸出)，此刻為延時電路工作狀態，經電容C10和容C11延時后，脈沖信號經M4輸入分頻器，由b7和d7輸出控制信號。
11.防磁和防拆電路如圖24所示，N2為光敏元件，電表被拆開時便有信號輸出；R4為磁敏電阻，當電表周圍有強磁場時，便經放大器BG2輸出信號，經過或非門BG3的輸出信號g12接指示電路。
權利要求1.一種磁卡式數字電度表，包括表殼(3)、面板(10)、顯示器(8)、A/D轉換器、乘法器、累加器，其特征在于還包括磁卡、磁卡盒及磁卡控制電路；霍耳傳感元件及其結果處理電路；采用磁陣列存貯器的斷電記憶裝置；故障處理電路和語音提示及狀態指示電路。
2.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的磁卡上帶有導電橡膠條(34)、磁跡預留塊(36)和定位孔(35)。
3.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的磁卡盒由磁卡窗(6)、接觸電極(31)、磁卡磁跡消除線圈(37)、磁敏元件(38)、定位針(40)(41)及對應線圈(42)(43)、彈簧板(39)及控制開關K11等組成。
4.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的磁卡控制電路主要包括由觸發器和加法器組成的磁卡電量比較器、由磁敏電阻陣列和壓敏電阻陣列組成的磁跡辯識電路、以及相應的門控電路。
5.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的磁陣列存貯器由絕緣板(23)、記憶線圈(24)及對應的鐵芯(25)、裝有磁粉(27)的磁粉盒(21)、位于磁粉盒(21)上的發光管(26)和光敏管(19)、消磁線圈(29)及鐵芯(20)組成。
6.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的斷電記憶裝置包括記憶控制電路、磁線圈受控電路及磁陣列存貯器消磁電路。
7.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的故障處理電路主要包括以壓敏電阻R26為主體的故障檢測電路、以繼電器Ⅰ為主體的保護控制電路和以分壓電阻R37～R39及運放BG16～BG18為主體的故障分析電路。
8.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述的語音提示和狀態指示電路由語音片、發光二極管和三態門組成。
9.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于所述霍耳傳感元件由磁鐵(12)(13)、絕緣條(14)(17)、半導體(15)組成。
10.根據權利要求1所述的電度表，其特征在于還設置了電度表防磁、防拆保護電路。
專利摘要本實用新型屬于電力計量儀表，具體涉及的是一種數字式電度表。本實用新型的特點是電量預購外插件采用磁卡，并對磁卡的準確性配以各種檢測控制；用霍耳元件作電測量元件，使計量精度提高；采用磁陣列存貯器作斷電記憶，可保證在長時間停電時準確貯存原電量數值，這種靜態記憶裝置還可推廣到其它需斷電記憶的場合使用；本實用新型還設置了過載、短路等多種故障檢測，修復后自動接通電源等電路，并配以語音提示，是一種功能全、電表自身耗電少、體積小、成本低的數字式電度表。
文檔編號G01R22/00GK2156514SQ9321085
公開日1994年2月16日 申請日期1993年4月23日 優先權日1993年4月23日
發明者陳培建 申請人:陳培建
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
