CN102004234A

CN102004234A - 基于ad7755的掌上型电能表现场校验仪设计方案

Info

Publication number: CN102004234A
Application number: CN 201010280877
Authority: CN
Inventors: 李永军; 毛海涛; 陈增; 李胜军; 张彦波; 肖海红
Original assignee: Henan University
Current assignee: Henan University
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明提供一种掌上型电能表现场校验仪设计方案。该方案以高准确度电能测量集成电路AD7755为测量核心，以CPU 89C2051为控制计算核心，以具有自动调节有源补偿的高精度钳型电流互感器为电流输入回路。以该本方案设计出来的现场校验仪不但在实负荷、轻负荷、无负荷可实现不断电、不拆表、在线测量，而且携带方便、接线简单，更重要的是即使在恶劣环境下仍能保持极高准确度和长期稳定性，非常适合现场校验。另外本发明具有钳表和基表两个并行的系统，钳表系统操作方便适用于现场校验，基表系统精度高，可以作为校表室的标准，实现了一机两用。

Description

基于AD7755的掌上型电能表现场校验仪设计方案

技术领域

本发明涉及一种掌上型电能表现场校验仪的设计方案，属于测量仪器领域。

背景技术

随着电力工业的发展，特别是电力工业进入商品市场经营模式后，用电量急剧增加，出故障的电能计量设备越来越多，而且偷电窃电等非法用电也时有发生。在这种情况下，使用电能表现场校验仪对现场运行的电能表进行及时、准确的校验测试是保证电力生产、电能计量管理、电力通讯自动化调度、安全经济可靠运行的必要手段，是电力工业生产科学管理，确保校验结果准确可靠的必要条件。早期的现场校验仪多以模拟乘法器为核心，精度和变差很难提高，后来虽然在技术上突破了传统的模拟乘法器，以硬件乘法器AD534取而代之，但由于AD534自身的缺点，使设计出的仪器测量精度不高，且原理复杂，使用时还必须自校。

为了解决上述问题，人们一直在寻求一种操作简单、携带方便、稳定性好，并且能长时间保持高准确度又能工作在复杂环境中的设计方案。

发明内容

1、发明目的：本发明提出了以高准确度电能测量集成电路AD7755为测量核心、CPU89C2051为控制计算核心的掌上型电能表现场校验仪设计方案。该方案具有基表和钳表两个并行的系统，基表系统精度高在校表室作为标准电能表，钳表系统使用方便适合现场校验。而且经试验以该方案开发的现场校验仪即使在恶劣环境下仍能保持极高准确度和长期稳定性。

2、技术方案

本发明以AD7755为测量核心，CPU 89C2051为控制计算核心，配以高精度钳型电流互感器和液晶显示模块，总体硬件结构如图1所示。基表系统和钳表系统的电压、电流采样后经模拟开关选择网络送至AD7755，AD7755对输入的信号进行放大、模数转换、相乘、滤波等处理后，转换成高频信号送入CPU，CPU根据送入的频率信号和光电采样信号及键盘输入的电能表常数计算出电能表的电压、电流、功率、电能和误差等参数并通过液晶显示器LCD进行显示。

3、优点及效果

本发明以AD7755为测量核心，而AD7755是一种高准确度电能测量集成电路，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求，而且它只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其它信号处理都使用数字电路，因此以本发明开发的现场校验仪即使在恶劣环境下仍能保持极高准确度和长期稳定性(24小时变差0.043、标准偏差估计值0.054)。而且以本发明设计出来的现场校验仪不但在实负荷、轻负荷、无负荷可实现不断电、不拆表、在线测量，而且重量轻(0.5kg)、体积小(200×115×35mm³)携带方便，接线简单，非常适合现场操作。另外本发明具有并行的钳表和基表两个系统，基表精度高(0.1级)可以作为校表室的标准，钳表系统(0.2级)操作方便用于现场校验，实现一机两用。

附图说明

图1.本发明的系统硬件结构图；

图2.本发明的硬件实现原理图。

具体实施方式

该发明由基表和钳表两个并行的系统组成，如图1所示。基表系统中被测电流直接串入，它的测量精度高，可以在校表室作为标准电能表，但是在接入被测系统的电流时要暂时断开被测系统，不适合现场校验。钳表系统的被测电流由高精度钳型电流互感器取入，测量精度比基表系统稍低，但操作方便，不需现场断电，非常适合现场校验。为了提高钳表系统的测量精度，在设计中采用了带有自动调节的有源补偿来减少钳型电流互感器激励磁势。基表和钳表两系统的电压都是通过高精密电阻采样得到。如图1所示，通过键盘把要测量的信息和电能表常数送入CPU89C2051，CPU89C2051根据要测量的信息控制模拟开关选择网络，选择采样得到的电流、电压信号，把选择的信号送入AD7755进行测量，CPU89C2051根据AD7755的测量结果和从光电采样器来的信号及电能表常数进行计算电压、电流、功率、能量和误差等参数，并把计算结果送往LCD进行显示。

模拟开关选择网络由U1、U2和U3，3个三2选1模拟开关4053组成如图1所示。经采样得到的基表电压JV和电流JI及钳表电压QV和电流QI，分别送到U1的X0、Y0、X1和Y1。U1的INH、Z0、Z1接地AGND，VEE接-5V，A、B、C相连后与U5的P1.7相连，而U1的X、Y、Z分别与U2的Z0、Z1、Y0相连后再与U3的Z0、Z1、Y0分别相连。U2的INH、Y1接地AGND，VEE接-5V，B与U5的P1.5相连，A和C相连后再和U5的P1.6相连，而U2的选择输出Z、Y分别与电阻R1、R3的一端相连。U3的INH、Y1接地AGND，VEE接-5V，B与U5的P1.3相连A和C相连后再和U5的P1.4相连，而U3的选择输出Z、Y分别与电阻R5、R7的一端相连。

电阻R1到R6和电容C1到C4组成限流滤波网路，如图1所示，它对从所述的模拟开关选择网络输入到AD7755的信号进行限流和滤波。R1的一端接U2的Z，另一端接C1和R2的一端，R2的另一端接U4的V1P，C1的另一端接地AGND。R3的一端接U2的Y，另一端接C2和R4的一端，R4的另一端接U4的V1N，C2的另一端接地AGND。R5的一端接U3的Z，另一端接C3和R6的一端，R6的另一端接U4的V2P，C3的另一端接地AGND。R7的一端接U3的Y，另一端接C4和R8的一端，R8的另一端接U4的V2N，C4的另一端接地AGND。

限流滤波后的信号，经过V1P、V1N和V2P、V2N送入测量核心U4AD7755的CH1、CH2两通道。U4对这两通道的信号进行运放、A/D变换、滤波后相乘，再通过数字-频率转换电路，把瞬时有功功率信号转换成和功率成正比的高频脉冲信号FC。U4的V1P、V1N、V2P和V2N分别与所述限流滤波网路的电阻R2、R4、R6和R8一端相连，CLKIN和CLKOUT分别接3.579M晶振的两端，DVDD、AC/DC、RESET、S1和S0接电源VCC，DGND、SCF、AGND、G1和G0接地。另外U4的CF和REVP分别与U5CPU89C2051的T1和P1.2相连。

U5CPU89C2051是该系统的控制计算核心，它对所述的键盘模块、LCD显示模块及模拟开关选择网络进行控制，对所述的U4AD7755送来的高频脉冲信号FC进行计数，并根据计数结果计算出被校表电流、电压、功率和实际电能等参数。U5的P1.2与U4的的REVP相连，用来监视所求参数的正负，通过参数的正负可检查被校表的接线情况。U5的INT0与被校表产生的光电信号GDIN相连，用于测量被校表的计量电能。有被校表的计量电能和实际电能U5就可以计算出被校表的计量误差。U5的T0与高精度100KHz信号相连，用于精确定时。U5的P1.0、P1.1、P3.0、P3.1、P3.3和P3.7与分别与K1、K2、CLK、DATA、LCDSTR、LCDCLK信号相连，实现人机界面的输入键盘和输出LCD显示。

本发明系统软件采用模块化设计主要模块有：电压电流测量模块、功率电能测量模块、误差测量模块、键盘模块、显示模块等，每个处理程序都设置了一个标志位。主程序工作在查询方式，一直查询标志位，查到标志位为1转到对应处理程序运行。该方法具有层次清晰、结构简单、处理快、易扩充等特点。

Claims

1.基于AD7755的掌上型电能表现场校验仪设计方案，其特征在于：该方案以高准确度电能测量集成电路AD7755为测量核心、以CPU 89C2051为控制计算核心、以带有自动调节有源补偿的高精度钳型电流互感器为电流输入回路。

2.根据权力要求1所述的基于AD7755的掌上型电能表现场校验仪设计方案，其特征在于：具有钳表和基表两个并行的系统，钳表系统操作方便适用于现场校验，基表系统精度高可以作为校表室的标准，实现了一机两用。