CN103424732A - 一种直流电能表检定装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种直流电能表检定装置及检测方法，该装置的32位微处理器通过控制总线分别与FPGA、数据存储模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块连接；FPGA分别与32位微处理器、控制模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块连接；控制模块分别与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；输出模块与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；反馈模块分别与输出模块、控制模块、数据采集模块连接。该装置短期稳定度优于0.005%/分钟，交流纹波很小，调节细度高达5ppm，可靠性特别高，可24小时连续工作。

Description

一种直流电能表检定装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种直流电能表检定装置及检测方法。

背景技术

根据电动汽车车载电池的特性，大中型电动汽车一般采用直流方式充电。由于充电时的直流电压为400～800V，电流为0～500A，现有的直流电能表已经不能满足该需求，因此国内一些电能表生产厂家研制了用于直流充电桩电能计量的新型直流电能表。相应地，由于该类直流电能表额定电压和额定电流高，现有的普通的计量检定装置无法对其进行检定，因此需要研制高精度、输出范围宽广的直流电能表检定装置。

目前市场上的直流电表检定装置采用的方案主要有：

一、电压使用电阻分压采样，电流使用分流器直接取电流信号进行采样。这种方案不符合大电流、高电压的检定需求。

二、采用功率较大的直流电源给被检表输入检定时所需的电压、电流值，被检电表输出端接标准负载，然后采用等效折算或实时脉冲比较法进行检定。这种方案在检定时消耗电能较大。

三、大电流测量采用电阻法或者霍尔法，这类方案精度比较低，分别为0.2%年和0.5%/年。行业内还有一种测量方式，采用直流比较仪，其精度可以达到5ppm/年。但传统的直流比较仪只能作为慢速测量比较用，不能作为捕捉电流快速变化用，因此不能作为大电流发生器的一个反馈部件，严重限制了高精度电流源的研制。

另外现有该类装置基本上只针对单表的检定，对于多表位的检定装置未见相关的技术文献报道。现有该类装置大多数需要人工记录，并进行大量的数据处理工作，检定效率低，容易出现人为操作误差。现有该类装置大多数只有按键输入模式，没有触摸屏输入，操作步骤繁琐，界面不友好。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流电能表检定装置及检测方法，能够作为0.05级直流电能标准，检定0.2级和0.2级以下的直流电能表、直流功率表。作为0.01级直流电压标准，检定0.05级及以下的直流电压表。作为0.02级直流电流标准，检定0.1级及以下的直流电流表。能够将校准结果溯源到国家标准。能够输出6路直流电压，相互隔离、单独控制，同时检定6块直流电能表。即可检定直接接入式电能表，又可检定分流器接入式电能表。直接接入式的电流检测范围可达600A，分流器接入式的最小电压测量分辨率为10nV，适合于《JB/T9288-1999》中推荐的所有分流器型号。具有很宽的输出范围，直接接入式电压输出：3V～900V，分流器接入式电流输出：1mA～600A；100μV～360mV。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种直流电能表检定装置，包括32位微处理器、FPGA、电源模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块、数据存储模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块、控制模块、六路电压驱动模块、电流驱动模块、输出模块和反馈模块，该装置的32位微处理器通过控制总线分别与FPGA、数据存储模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块连接；FPGA分别与32位微处理器、控制模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块连接；控制模块分别与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；输出模块与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；反馈模块分别与输出模块、控制模块、数据采集模块连接。

所述输出模块可单独输出6路电压，相互隔离，并单独控制。

所述报警保护模块包括电压源短路保护、电流源开路保护、过载保护。

一种适用于所述的直流电能表检定装置的检测方法，包括如下步骤：

（1）将上位机、直流电能表检定装置和被检电能表正确连接后通电，确保三者之间通讯正常；

（2）打开上位机，设置电压、电流输出值以及被检表电能脉冲常数的检定方案；

（3）启动测试，将设定参数值发送至检定装置，检定装置自动输出电压、电流至被检电能表，直流电能表检定装置实时采集被检电能表光脉冲或电脉冲，将采集的脉冲数换算成被检电能表电能值，同时计算自身输出的标准电能，进行误差比较，将误差值发送至上位机。

（4）读取误差值，上位机通过RS232接口读取误差值，并生成报表，进行打印。

所述的上位机是装有WINDOWS操作系统且具备无线网卡的便携式电脑。

工作原理及过程：

所述32位微处理器是整个装置的指挥中心，通过SPI与FPGA进行通讯。通过RS232或者RS485通讯接口与外设进行通讯。接收面板按键或触摸屏输入数据，对数据进行分析处理，将采样数据、校准数据和电能测试数据等存储在数据存储模块中，并将相关数据通过高清彩色触摸屏显示。报警信号通过32位微处理器控制报警保护模块输出。

32位微处理器将所设置的电压、电流输出值，计算对应的D/A输出值，通过FPGA送入控制模块的D/A部分，输出的电压值作为六路电压驱动模块和电流驱动模块的输入信号，驱动模块连接至输出模块。输出模块可输出6路相互隔离的直流电压、1路直流电流﹙分为大电流、小电流和微小电压，其中大电流≥24A，小电流＜24A，微小电压为四线测量模式，用于检定带分流器的直流电能表﹚。在输出端，有电压、电流信号测试电路，测得的值一方面作为负反馈信号，稳定输出电压电流；另一方面作为测量值，用于显示和数据运算。测量值经过数据采集模块进行A/D转换，通过FPGA输入至32位微处理器，计算出电压、电流值，用于显示。

在进行电能测量时，被检电能表的直流电压和直流电流信号经AD转换后输入至FPGA，经FPGA处理后，输入32位微处理器，计算得出直流功率。根据《直流电能表检定规程》的相关规定，将直流功率转换为标准电能表电能脉冲，分为高频电能脉冲和低频电能脉冲，每个电压和电流当前量程的满量程值对应的标准电能表脉冲高频为12kHz、低频为1.2Hz。开始电能测量后，从检测到被检表脉冲开始对标准表脉冲进行计数。检测到规定被检表脉冲个数后，计算电能误差。电能脉冲误差采用标准法进行测量，被检表的误差计算公式如下：

$\mathrm{\δ}=\frac{E_X-E}{E}\×100\%...............\left(1\right)$

式中：E_x─被检表所指示的电能值，kWh；

E─标准表所指示的电能值，kWh。

当用测量标准电能表发出脉冲数的方法检定时，被检电能表的相对误差计算公式如下：

$\mathrm{\δ}=\frac{m_o-m}{m}\×100\%...............\left(2\right)$

式中：m─实测脉冲数；

m₀─算定脉冲数，即假定被检电能表没有误差时，计数器变化N个字，标准电能表应发出的脉冲数。

为检测电能表的时钟准确度，本装置可以输出占空比为50%、频率为1Hz的标准秒脉冲。

电源模块提供所有电路的工作电源。

本装置采用四线测量模式检定分流器接入式直流电能表，可提供50μV以下信号，年精度高达1%左右，并且整机设计去掉了热电偶和接触电动势等干扰信号的影响。

与现有技术相比，本发明的突出优点在于：

1、采用了独特的大电流发生器和大电流测量技术，符合大电流、高电压的检定需求。

2、精度高，可作为0.05级直流电能标准、0.01级直流电压标准和0.02级直流电流标准，并可以将校准结果溯源到国家标准。

3、能够检定直接接入式和分流器接入式直流电能表。

4、同时支持按键输入和触摸屏输入，界面友好，操作便捷。

5、能够同时对6块直流电能表进行自动检定，自动保存检定数据，用户可自定义打印模板，并根据模板生成检定证书或检定结果通知书。

附图说明

图1为本发明所述的直流电能表检定装置的原理框图。

图2为本发明所述的直流电能表检定装置的6表位并检原理框图。

图3为本发明所述的直流电能表检定装置的检测流程图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的直流电能表检定装置，包括32位微处理器、FPGA、电源模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块、数据存储模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块、控制模块、六路电压驱动模块、电流驱动模块、输出模块和反馈模块，该装置的32位微处理器通过控制总线分别与FPGA、数据存储模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块连接；FPGA分别与32位微处理器、控制模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块连接；控制模块分别与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；输出模块与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；反馈模块分别与输出模块、控制模块、数据采集模块连接。

如图2所示，客户通过人机对话界面对32位微处理器发送命令，32位微处理器计算对应的D/A输出值，通过FPGA送入控制模块的D/A部分，输出的电压值作为六路电压驱动模块和电流驱动模块的输入信号，驱动模块连接至输出模块。为了使输出稳定，输出模块采样进行负反馈调节。输出模块可输出6路相互隔离的直流电压和1路直流电流，能够同时检定6路电能表。FPGA通过通讯接口同时采集6路被检表光脉冲或电脉冲，根据被检表电能脉冲常数计算出电能作为被检电能值；并计算装置输出的电能值作为标准电能值。6路电能误差计算模块根据公式（1）进行6路电能误差计算，并通过6表位误差显示模块显示。

本发明经过近一年的试验和测试，其稳定性和可靠性良好。直流电压范围可达3V～900V，直流电流输出范围可达1mA～600A，最大负载可达5kW，可同时检定6块直流电能表，大大提高了检定效率。精度达到预期目标，可作为0.05级直流电能标准、0.01级直流电压标准和0.02级直流电流标准，并可以将校准结果溯源到国家标准。

如图3所示，一种适用于所述的直流电能表检定装置的检测方法，包括如下步骤：

（1）将上位机、直流电能表检定装置和被检电能表正确连接后通电，确保三者之间通讯正常。

（2）打开上位机，设置检定方案，其中包括设置电压、电流输出值以及被检表电能脉冲常数等。

（3）启动测试，上位机将设定参数值发送至检定装置，电能表检定装置自动输出电压、电流至被检电能表，电能检定装置实时采集被检表光脉冲或电脉冲。电能表检定装置将采集的脉冲数换算成被检表电能值，同时计算自身输出的标准电能，进行误差比较，将误差值发送至上位机。

（4）读取误差值，上位机通过RS232接口读取误差值。并生成报表，可进行打印。

Claims (4)

1.一种直流电能表检定装置，其特征在于，包括32位微处理器、FPGA、电源模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块、数据存储模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块、控制模块、六路电压驱动模块、电流驱动模块、输出模块和反馈模块，该装置的32位微处理器通过控制总线分别与FPGA、数据存储模块、通讯模块、显示模块、按键输入模块、报警保护模块连接；FPGA分别与32位微处理器、控制模块、电能脉冲模块、温补时标模块、数据采集模块连接；控制模块分别与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；输出模块与六路电压驱动模块、电流驱动模块、反馈模块连接；反馈模块分别与输出模块、控制模块、数据采集模块连接。

2.根据权利要求1所述的直流电能表检定装置，其特征在于，所述输出模块可单独输出6路电压，相互隔离，并单独控制。

3.根据权利要求1所述的直流电能检定装置，其特征在于，所述报警保护模块包括电压源短路保护、电流源开路保护、过载保护。

4.一种适用于权利要求1所述的直流电能表检定装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将上位机、直流电能表检定装置和被检电能表正确连接后通电，确保三者之间通讯正常；

（2）打开上位机，设置电压、电流输出值以及被检表电能脉冲常数的检定方案；

（3）启动测试，将设定参数值发送至检定装置，检定装置自动输出电压、电流至被检电能表，直流电能表检定装置实时采集被检电能表光脉冲或电脉冲，将采集的脉冲数换算成被检电能表电能值，同时计算自身输出的标准电能，进行误差比较，将误差值发送至上位机。

（4）读取误差值，上位机通过RS232接口读取误差值，并生成报表，进行打印。

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