CN102243269B - 电源测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源测量装置，该电源测量装置包括：一感应电流计，以测量待测电源回路的一第一电流信息或主电源回路的一第二电流信息并且输出；以及一用电量显示器，测量分支电源回路之一的一电压信息，并接收该感应电流计所输出的该第一电流信息或该第二电流信息，且依据该第一电流信息与该电压信息计算一第一用电量信息，或依据该第二电流信息与该电压信息计算一第二用电量信息，该用电量显示器用以显示该第一用电量信息或该第二用电量信息；其中该感应电流计与该用电量显示器相互分离设置，且同步开始分别撷取该第一电流信息与该电压信息，或同步开始分别撷取该第二电流信息与该电压信息。

Description

电源测量装置

技术领域

本发明相关于电源测量装置，尤指可任意安装的家用电源测量装置。

背景技术

随着各式电器产品的研发与普及，电源对现代化的发展与生活来说，已是不可或缺的资源，现代人不论何时何地，在享受着电器产品为生活所带来的便利的同时，都需要电源的供应，因此伴随而生的，便是用电量信息的计算与测量，而所获得的电源信息可作为电源供应者所需要的计价依据，或是监控消费者所在意的功率消耗，甚至可用以作为节约能源的辅助。

然而电源测量装置虽然发展已久，但就目前传统的电源测量装置如中国台湾专利TW357268的三相电表来说，无论将其区分为数字式或是模拟式，可上网或不可上网，皆具有一个缺点，也就是仅能将其安装于电源端，且安装时避免不了剪线与割线的施工方式，才得以进行安装与电源信息的测量，因此安装人员必须具备相关的知识才有能力进行安装与施工。因为在安装与使用上不够人性化，因此维护上并不方便，且其传统结构均将测量电流与测量电压的装置结合在一起，故安装与应用方式也因此受到限制。

而中国台湾专利公开号200702670提供用于家庭的显示电费信息的延长线，虽然于安装上较为便利，可直接连接于家用插座，但也因此仅能测量连接于该插座上的分支电源的电源信息，而无法测量该插座上游的电源信息，因此虽然此延长线可任意移置，但其应用范围仍受限制。

职是之故，申请人经过悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终构思出本案「电源测量装置」，以下为本案的简要说明。

发明内容

本发明提出一种电源测量装置，该装置内部的电气特性测量装置如感应电流计与用电量显示器可相互分离设置于电源回路中的不同待测处，并利用无线通讯及信号同步校正技术交换所测得的电器特性如电压或电流信息，以达成一般数字/模拟的家用电表功能，在安装及维护上更简易。若将多组感应电流计设置于相同电源回路内的任意电源分支，则亦可通过分时多任务技术，测量并显示所有用电状况的信息。因感应电流计是以感应的方式或其它免拆板、割线的设计来获得用电量信息，而用电量显示器可任意设置于电源回路中的任一分支插座上，因此使用者安装无须进行繁复拆线动作与专业的安装技术，进而解决安装与维护不便的缺点，而感应电流计与用电量显示器可分离设置于不同待测处，因此用电量显示器可以尽可能地设置于使用者视线范围内，以方便使用者读取。此外，其供电来源可通过待测处之线路源源不绝地供应，使用者无须自行进行置换。

根据本发明的一构想，提供一种电源测量装置，用于一电源回路，其中该电源回路具有一主电源回路及多个分支电源回路，该主电源回路电连接于该些相互并联的分支电源回路，该电源测量装置包含：一感应电流计，设置于该些分支电源回路的一待测电源回路或该主电源回路，用以测量该待测电源回路的一第一电流信息或该主电源回路的一第二电流信息并且输出；以及一用电量显示器，与该些分支电源回路之一并联式相互电连接，用以与该感应电流计通讯，并接收该感应电流计所输出的该第一电流信息或该第二电流信息，该用电量显示器用以测量该些分支电源回路之一的一电压信息，且依据该第一电流信息与该电压信息计算一第一用电量信息，或依据该第二电流信息与该电压信息计算一第二用电量信息，该用电量显示器用以显示该第一用电量信息或该第二用电量信息；其中该感应电流计与该用电量显示器相互分离设置，且同步开始分别撷取该第一电流信息与该电压信息，或同步开始分别撷取该第二电流信息与该电压信息。

根据本发明的又一构想，提供一种电源测量装置，包含：一第一电气特性测量装置，设置于一分支电源回路或该分支电源回路上游的一主电源回路其中之一，感应式地测量该分支电源回路或该主电源回路其中之一的一第一电气特性并且输出；以及一第二电气特性测量装置，设置于与该分支电源回路并联的任一插座，测量该分支电源回路的一第二电气特性，并与该第一电气特性测量装置通讯，且接收该第一电气特性，以计算一用电量信息；其中该第一电气特性测量装置与该第二电气特性测量装置相互分离设置，且同步开始分别撷取该第一电气特性与该第二电器特性。

附图说明

图1是部署本发明的电源测量装置的第一实施方式示意图。

图2是感应电流计10的内部结构示意图。

图3是用电量显示器20的内部结构示意图。

图4说明感应电流计10与用电量显示器20在无线传输的情况下，装置间存在信号传递的时间延迟。

图5说明同步校正所要补偿的时间延迟。

图6为本发明的又一实施方式。

图7为本发明的再一实施方式。

【主要组件符号说明】

10：感应电流计

11：感应线圈

12：模拟数字转换器

121：信号电平调整器

131：通讯模块

132：控制器

14：可充放电电池

15：交流/直流电源转换模块

20：用电量显示器

211：控制器

212：通讯模块

22：模拟数字转换器

221：信号电平调整器

23：交流/直流电源转换模块

24：显示模块

25：感应线圈

30：电源回路

31、32：分支电源回路

33：主电源回路

41：插头

42：插座

具体实施方式

请参考图1，其是部署本发明的电源测量装置的第一实施方式示意图，该电源测量装置包括第一电气特性测量装置，例如感应电流计10，以及第二电气特性测量装置，例如用电量显示器20。感应电流计10可以是夹式电流计或是采用其它免拆板、割线的设计的电流测量装置。图1还包含代表本发明所应用的电源回路环境的电源回路30，电源回路30具有主电源回路33及多个分支电源回路31、32，主电源回路33电连接于该些相互并联的分支电源回路31、32，且该主电源回路33位于该些分支电源回路31、32的上游。该些分支电源回路31、32具有插座42用以提供电源。举例来说，电源回路30较佳是家用电源回路，主电源回路33与分支电源回路31、32较佳分别是家用总电源与其分支回路，而插座42可以是一般家用提供110伏特(V)电压的常见插座。于本实施例中，感应电流计10可用不拆板或不割线的技术，如夹式等方式设置于所要测量之处，以图1为例，为测量主电源回路33的用电量信息，因此将感应电流计10设置于主电源回路33，并且以感应方式获得电气特性的相关信息，例如获得主电源回路33上的电流信息(如电流值等)。而用电量显示器20具有插头41，藉以用拔插方式电连接至插座42，使用电量显示器20与该些分支电源回路31、32之一并联式相互电连接，以测量插座42或分支电源回路31、32所提供的电压信息(如电压值等)。用电量显示器20与感应电流计10可通过各种通讯方式进行通讯，较佳的是通过无线通讯技术例如：通过蓝牙(Blue Tooth)、ZigBee、IEEE 802.11系列等无线通讯技术或模块，以交换测量得的电压与电流信息，进而计算用电量信息。

请继续参考图2，其为感应电流计10的内部结构示意图，感应电流计10包括感应线圈11、模拟数字转换器12、通讯模块131、控制器(MCU)132、可充放电电池14与交流/直流(AC/DC)电源转换模块15，而模拟数字转换器12包括信号电平调整器121。其中感应线圈11电连接至交流/直流电源转换模块15与模拟数字转换器12，而交流/直流电源转换模块15分别电连接至模拟数字转换器12、信号电平调整器121、通讯模块131与控制器132，模拟数字转换器12与通讯模块131与控制器132相互电连接，其中控制器132可用以控制通讯模块131。感应线圈11经由电磁感应的原理，感应获得一感应电流，该感应电流可作为测量电流信息的依据，交流/直流电源转换模块15将该感应电流转为直流电流作为感应电流计10的电源并供应至模拟数字转换器12、通讯模块131与控制器132，此外感应电流计10的电源来源也可仅由可充放电电池14提供或由该感应电流与可充放电电池14共同提供；而模拟数字转换器12接收该电流信息后，由信号电平调整器121将该电流信息的电平作适当调整，以便模拟数字转换器12进行后续取样与量化，使该电流信息数字化，通讯模块131可收发信号并输出该数字化后的电流信息，通讯模块131可支持各式通讯技术与规范，较佳的是支持蓝牙(Blue Tooth)、ZigBee、IEEE 802.11系列等无线通讯技术或通讯规范。而可以为本发明所属技术领域中具有通常知识者所理解的是，图2中分别设置的两组感应线圈11可仅用一组感应线圈11取代，同时提供电源与获得电流信息。

请参考图3，其为用电量显示器20的内部结构示意图，用电量显示器20包括控制器(MCU)211、通讯模块212、模拟数字转换器22、交流/直流(AC/DC)电源转换模块23、显示模块24以及感应线圈25，其中模拟数字转换器22具有信号电平调整器221，而感应线圈25与图1中的插座41电连接。感应线圈25分别电连接至交流/直流电源转换模块23与模拟数字转换器22，模拟数字转换器22电连接至控制器211与通讯模块212，而控制器211与通讯模块212电连接至显示模块24，其中控制器211可用以控制通讯模块212。感应线圈25的线圈感应获得一感应电流或电压以作为测量电压信息以及电源供给之用，所获得的电源经由交流/直流电源转换模块23转换为直流电源后，供用电量显示器20运作，而该电压信息通过模拟数字转换器22中的信号电平调整器221适当地调整电平后，再经由模拟数字转换器22进行取样与量化而数字化。通讯模块21可收发信号并接收感应电流计10所输出的电流信息。用电量显示器20接收该数字化的电流信息后，控制器211依据数字化的电压信息与数字化的电流信息计算出一用电量信息，例如：瞬间功率、有效功率、无效功率、功率因子、电流或与电压的至少一者以上或任意组合，而计算获得的用电量信息可通过显示模块24显示。

请继续参考图4，在感应电流计10与用电量显示器20使用无线传输的情况下，因装置间存在信号传递的时间延迟，当用电量显示器20开始撷取电压波形以测量电压信息，并传递一信号使感应电流计10激活撷取电流波形以测量电流信息时，感应电流计10与用电量显示器20无法同时激活进行撷取动作，使得撷取到的电压与电流间的相位关系失去意义。因此，在进行电气特性或用电量信息的测量之前，必须通过一同步校正来补偿时间延迟，使感应电流计10与用电量显示器20得以同步进行撷取与测量，以获取正确相位。

请参考图5，同步校正的概念即是补偿感应电流计10与用电量显示器20间的时间延迟(Time Delay)，其较佳的实施方式是通过一定时器(Timer)，以计算感应电流计10与用电量显示器20间的时间延迟，藉以进行补偿。其较佳校正步骤如下：

1.自用电量显示器20发送一校正信号给感应电流计10，并同时纪录「发送时间」。

2.感应电流计10接收到该校正信号的同时，发送一确认信号给用电量显示器20，用电量显示器20接收该确认信号并纪录接收到的「回复时间」。

3.用电量显示器20中的控制器211计算发出该校正信号的时间与接收该确认信号的时间的一信号发收时间差：(回复时间-发送时间)，且据以计算时间延迟并纪录之

其中Δt为时间延迟(TimeDelay)

4.重复Step步骤1～3，n次，可得n组Δt。

5.将n组Δt，通过计算后即可得同步校正值

$t_{\mathrm{sync}}=\frac{(\mathrm{\Δ}{t}_0+\mathrm{\Δ}{t}_1+...+\mathrm{\Δ}{t}_n)}{n}$

所获得的同步校正值，即可用于补偿时间延迟所造成的电压及电流波形撷取不同步的问题，而获得近似于实际同步撷取的效果。

而除了上述实施方式之外，能为本发明所属技术领域中具有通常知识者所能理解的是，本发明的部署方式并不限于图1所示的实施方式，而可依测量需求作变化，请参考图6，为本发明测量电源回路30中的分支电源回路32的一实施方式，其中电源回路环境与图1相同。为了测量分支电源回路32的用电量信息，感应电流计10可设置于分支电源回路32，以测量其第一电气特性(如电流信息)，而因图6中的该些插座42皆为并联关系(如家用电源回路)，因此无论用电量显示器20设置于图6中的任一插座42，皆可测量分支电源回路32的第二电气特性(如电压信息)。因此通过图6的部署与前一实施例所述的方式即可测量电源回路30中的分支电源回路32的用电量信息。

此外，如图7所示，使用者可将感应电流计10分别设置于电源回路30中的主电源回路33、分支电源回路31与分支电源回路32，而用电量显示器20除本身测量电气特性或电压信息外，尚可通过分时多任务的方式依一预定顺序跳选图6中的三个感应电流计10，以依序轮流激活感应电流计10测量主电源回路33、分支电源回路31与分支电源回路32的电气信息或电流信息，而据以计算用电量信息，并可藉以检测主电源回路33、分支电源回路31与分支电源回路32的使用状况，例如测量不到电流信息即代表回路状况可能为断路等。

而可以为本发明所属技术领域中具有通常知识者所理解的是，上述任一实施例中用电量显示器20所测量到的电压信息也可以传送至感应电流计10，而由感应电流计10的控制器132计算出该用电量信息；或是将电压信息与电流信息传送至一装置如：计算显示器，由该计算显示器进行资料统整与统计并显示用电量信息。而上述所揭露的任一方式或任一装置所计算出的该用电量信息，亦可通过电子邮件或简讯形式传送至使用者端。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种电源测量装置，用于一电源回路（30），其中该电源回路（30）具有一主电源回路（33）及多个相互并联的分支电源回路（31、32），该主电源回路（33）电连接于该些分支电源回路（31、32），该电源测量装置包括：

一感应电流计（10），设置于该些分支电源回路（31、32）的一待测电源回路或该主电源回路（33），用以测量该待测电源回路（31、32）的一第一电流信息或该主电源回路（33）的一第二电流信息并且输出；以及

一用电量显示器（20），与该些分支电源回路（31、32）之一并联式相互电连接，用以与该感应电流计通讯，并接收该感应电流计所输出的该第一电流信息或该第二电流信息，该用电量显示器用以测量该些分支电源回路（31、32）之一的一电压信息，且依据该第一电流信息与该电压信息计算一第一用电量信息，或依据该第二电流信息与该电压信息计算一第二用电量信息，该用电量显示器用以显示该第一用电量信息或该第二用电量信息；

其中该感应电流计（10）与该用电量显示器（20）相互分离设置，且同步开始分别撷取该第一电流信息与该电压信息，或同步开始分别撷取该第二电流信息与该电压信息。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该用电量显示器（20）及该感应电流计（10）执行一同步校正，使该感应电流计（10）与该用电量显示器（20）同步开始撷取该第一电流信息与该电压信息，或同步开始撷取该第二电流信息与该电压信息。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该用电量显示器（20）发送一校正信号给该感应电流计（10），该感应电流计（10）接收该校正信号后并回传一确认信号给该用电量显示器（20），该用电量显示器依据该校正信号及该确认信号计算该用电量显示器（20）发出该校正信号的时间与接收该确认信号的时间的一信号发收时间差，以进行该同步校正。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该感应电流计（10）包括：

一第一通讯模块（13），将该第一电流信息或该第二电流信息发送至该用电量显示器（20），并接收该校正信号，该第一通讯模块用以发送该确认信号至该用电量显示器（20）；以及

一第一控制器（13），电连接至该第一通讯模块（13），用以控制该第一通讯模块（13）。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该感应电流计（10）更包括一感应线圈（11），电连接于该第一控制器，该感应线圈用以感应获得该第一电流信息或该第二电流信息，并产生一感应电流，以作为该感应电流计（10）的电源。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该用电量显示器（20）包括：

一第二通讯模块（21），用以接收该第一电流信息或该第二电流信息，并发送该校正信号，该第二通讯模块用以接收该确认信号；以及

一第二控制器（21），电连接至该第二通讯模块（21），用以控制该第二通讯模块（21），并计算该信号发收时间差以进行该同步校正，且依据该电压信息与该第一电流信息计算该第一用电量信息，或依据该电压信息与该第二电流信息计算该第二用电量信息，其中该第一用电量信息或该第二用电量信息包括瞬间功率、有效功率、无效功率、功率因子、电流或电压或上述的任意组合。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该第一通讯模块与该第二通讯模块支持蓝牙、ZigBee或IEEE802.11系列至少其中的一或任意组合的无线通讯规范。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该用电量显示器（20）具有一插头（41），该些分支电源回路（31、32）的一具有一插座（42），而该插头（41）以插拔方式电连接至该插座（42），使该用电量显示器（20）与该些分支电源回路（31、32）之一并联式相互电连接。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该感应电流计（10）为夹式电流计。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该感应电流计（10）包括一可充放电电池（14）以作为该感应电流计（10）的电源。

11.一种电源测量装置，包括：

一第一电气特性测量装置（10），设置于一分支电源回路（31）或该分支电源回路（31）上游的一主电源回路（33）其中之一，感应式地测量该分支电源回路（31）或该主电源回路（33）其中之一的一第一电气特性并且输出；以及

一第二电气特性测量装置（20），设置于与该分支电源回路（31）并联的任一插座（42），测量该分支电源回路的一第二电气特性，并与该第一电气特性测量装置通讯，且接收该第一电气特性，以计算一用电量信息；

其中该第一电气特性测量装置（10）与该第二电气特性测量装置（20）相互分离设置，且同步开始分别撷取该第一电气特性与该第二电器特性。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该第一电气特性测量装置（10）及该第二电气特性测量装置（20）执行一同步校正，使该第一电气特性测量装置（10）与该第二电气特性测量装置（20）同步开始撷取该第一电气特性与该第二电气特性。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，该第二电气特性测量装置（20）发送一校正信号给该第一电气特性测量装置（10），该第一电气特性测量装置（10）接收该校正信号后并回传一确认信号给该第二电气特性测量装置（20），该第二电气特性测量装置（20）依据该校正信号及该确认信号计算该第二电气特性测量装置（20）发出该校正信号的时间与接收该确认信号的时间的一信号发收时间差，以进行该同步校正。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，该第一电气特性测量装置（10）包括：

一第一通讯模块（13），将该第一电气特性发送至该第二电气特性测量装置（20），并接收该校正信号，该第一通讯模块用以发送该确认信号至该第二电气特性测量装置（20）；以及

一第一控制器（13），电连接至该第一通讯模块（13），用以控制该第一通讯模块（13）。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，该第一电气特性测量装置（10）更包括一感应线圈（11），电连接于该第一控制器，该感应线圈用以感应获得该第一电气特性，并产生一感应电流，以作为该第一电气特性测量装置（10）的电源。

16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，该第二电气特性测量装置（20）包括：

一第二通讯模块（21），用以接收该第一电气特性，并发送该校正信号，该第二通讯模块用以接收该确认信号；以及

一第二控制器（21），电连接至该第二通讯模块（21），用以控制该第二通讯模块（21），并计算该信号发收时间差以进行该同步校正，且依据该第二电气特性与该第一电气特性计算该用电量信息，其中该用电量信息包括瞬间功率、有效功率、无效功率、功率因子、电流或电压或上述的任意组合。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，该第一通讯模块与该第二通讯模块支持蓝牙、ZigBee或IEEE802.11系列至少其中之一或任意组合的无线通讯规范。

18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该第二电气特性测量装置（20）具有一插头（41），而该插头（41）以插拔方式电连接至该插座（42），使该第二电气特性测量装置（20）与该分支电源回路（31）之一并联式相互电连接。

19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该第一电气特性测量装置（10）为夹式电流计。

20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，该第一电气特性测量装置（10）包括一可充放电电池（14）以作为该第一电气特性测量装置（10）的电源。