CN1045457A - 静电电表 - Google Patents

Abstract

本发明的电表包括一测量部分(1)和一计值部分(2)。测量部分(1)装有空载变压器式的有空气隙的磁式电流互感器(3)和接在该互感器输出端的一积分器(6)。因此不存在因互感器饱和而引起的测量误差，而且耗电量的测定与频率无关。

Description

本发明涉及一种测量耗电量用的静电电表，该电表具有一个装有磁式电流互感器的测量部分和一个计值部分。

众所周知，要测定耗电量就必需测定相应负载输入端的电流，特别是该电流基波及几个谐波的绝对值和相位这两个变量。

直接测量电流当然是要借助于分流器的，但这种做法在多相系统中是不可能实现的，原因是不同相位分路之间的电位差（线间电压）太大，以致固态电表的电子装置不能对此加以处理。

用一般电流互感器进行测量同样有缺点，因为如果负载装置中有一个二极管，互感器中就有直流电流流通，在没有气隙的情况下，该互感器就会饱和。而这一饱和会导致测定用户耗电量时产生不能容忍的误差。

这个饱和现象可以通过在互感器铁芯中加设气隙得到避免，但这一来互感器的体积就会大到不能容忍的程度。只有当互感器的漏泄阻抗比磁阻抗小时，才能达到对互感器的精确度要求。

从美国专利3，546，565中知道，加设气隙可以避免铁芯的上述不希望有的饱和现象，用电容器可以补偿由此而产生的磁阻抗的下降。但由于容抗与频率有关，因此这种电表只能正确计量某一电流分量，也就是说只能测定基波，但对谐波进行计量就不准确了。所以这个周知的解决方法是有缺点的。

本发明的目的是提供一种电表，这种电表不会因磁互感器的饱和而产生不能容忍的测量误差，而且能在不同频率下正确计量耗电量。

按照本发明，这个目的是通过采用一种空载变压器式的具有气隙的开芯电流互感器并在该互感器输出端连接一个积分电路加以实现的。

因此本发明的解决办法是加设一个空载的磁式电流互感器，该电流互感器的铁芯不会因初级电流而饱和。在电流互感器的输出端可以得出一信号dI/dt，积分器即根据信号dI/dt确定电流I。

本发明电表的一个最佳实施例具有这样的特点，即其计值部分有一个微型电子计算机，其中测量部分输出信号的定标是对积分电路的特征时间常数进行修正来实现的。

大家知道，积分器的特性之一是其特征时间常数会随温度和时效而强烈波动。在这方面，所使用的电容器要求特别苛刻，满足精确度的要求而又使电容器性能稳定，这会使成本提高。模拟积分器的这种长期精度的问题是通过本发明在对测量部分输出信号进行定标时，对积分器的特性时间常数找出修正量这一简单方法得到解决。

本发明电表的另一个最佳实施例其特征在于，其测量部分输出信号的参考值储存在计值部分，该参考值借助于在某规定时间内加到积分电路的确定参考电压而获得，其特点还在于所述定标的标定因数可从该参考值与在电表运行过程中获得的校正值之间的比值求出。

下面参照一些典型的实施例和附图更详细地说明本发明的内容。附图中：

图1是本发明电表那些基本部分的第一个典型实施例的方框图;

图2示出了图1方框图的一个精细变型方案;

图3更详细地示出了图2的实例;

图4示出了第二典型实施例;

图5则示出了功能说明图。

图1示出了静电电表的一部分，它由测量部分1和计值部分2组成。测量部分1包括磁式电流传感器3，用该传感器可以在自由电位情况下测定导线的电流。由于负载电流中存在直流分量而不能用电流互感器直接进行测定，所以该电流传感器由一线性电抗线圈4和一辅助绕组5组成，负载电流I流过电抗线圈4，并在辅助绕组5中感应出一电压。

在辅助绕组5中感应出来的电压馈入模拟积分器6，并在其中累积产生与电流成正比的电压。进而把该与电流成正比的电压作为经变换的电流信号加以处理。真正的测量过程是在以输入端为模拟/数字转换器8的微型电子计算机7中进行的。于是在微型电子计算机7的输出端9得到电流信号，或相应变量，如能量或功率。UN表示馈到微型电子计算机7的负载电压。

在欧洲专利EP-A-O201，019中介绍了一种带有电子测量单元的固态电表，该电表有一个微型电子计算机考虑了电路中各种元件的校正值对信号进行处理。在此情况下，各情况下的校正值表示有关测量范围的积分值，且包含在存储在电表中的电表参数中，各电表参数表示对应于确定的能量的数值。这里特参照该欧洲专利的公开内容。

在该欧洲专利EP-A-0201，109公开的电表中，本发明申请的图1中所表示的测量部分1连同电流传感器3和积分器6形成其输入组件1（图1）的一个组成部分，微型电子计算机7的功能最好是由该已知电表的微型电子计算机8（图1）取代。

上面已经谈过，积分器6这种型式模拟积分器的特征时间常数会由于温度变化和时效而引起强烈波动。因此这类积分器只有在按所要求的时间间隔检查它们的特性时间常数，而且小心确保任何变化和波动不致使测定结果出差错时，才有实用意义。通常，后一种条件是通过对积分器进行相应的反复调整实现的，至于本电表的情况，为达到这一点建议进行下列程序：

在电表运转期间测定积分器的时间常数，并用这个常数进行定标，也就是说，对电流信号或由该电流信号引出的变量（例如电能或电功率）进行定标或标度加权。换句话说，这意味着，在根据传送到电表的信号的传送值计算耗电量时，微型电子计算机7将该传送值乘以在测定积分时间常数的基础上得出的“定标因数”，由此补偿积分器时间常数的任何波动。这样电表在运转的过程中就不断自行校准。

实际上，这个自行校准过程是分两方面进行的，一方面，开关11通过线路10从实线画出的位置转换到虚线所示的位置，另一方面，由适当的控制器，最好是微电子计算机7，将积分器6的输出端置零（线路12）。通过操纵开关11，参考直流电压UR就代替辅助绕组5的感应电压加到积分器6的输入端，从而使这个电压在积分器输出端以斜坡的形式增加。经过规定时间之后，测定该电压，于是得出校准值，必要时可以通过多次测定求出平均值来消除其误差。然后将此校准值与一参考值进行比较，该参考值是先在校准条件下按同样的方式测定并归档，最好是已存储在微型电子计算机7中。这一比较直接产生了上面已述的定标因数。

微电子计算机7本身每隔较长的一段时间（例如几天或几个星期）启动上述校准操作。在任何情况下，都只需几秒钟的时间，也就是说，并不影响电表的运转。

在图2和3所示的改型方案的情况下，不再采用标准的积分器6而采用截止频率低的低通滤波器13。这样可以缓和因放大器元件的偏置电压输入到积分器中所引起的问题。但要进行校准操作，低通滤波器13必须按标准的积分器进行接线，这是通过控制线路14打开开关15（图3）而完成的。校准过程的其它操作按已谈到的类似的方式进行，即借助开关11和控制线路16（图3）将辅助绕组5和低通滤波器3切断，用开关17和控制线路18施加参考电压UR。

给辅助绕组5加上一小负载，即加一高阻值电阻器19（图2，3），可以得出测量电路的低通特性曲线。这样做的好处是：可以使输入电流中的高频分量衰减，从而降低对低通放大器20的要求。此外，对于偏置电压进一步进行校正，可以由微型电子计算机7经由数字/模拟转换器21将偏置电压校正信号加到低通放大器的输入端进行。

另一种方案是采用交流电压UR′而不是直流电压UR作为校准时的参考电压。该方案示于图4和5中。和其它典型实施例的情况一样，通过开关11可以将通常的输入信号从低通滤波器13的输入端切断，而将参考交流电压UR′加上（参看图5，a行）;在低通滤波器13的输出端产生交流电压UA（图5，b行），其有效值，或更理想的情况下对经整流的平均值UM（图5，c行）在某段时间T内进行测定。将该测定结果与在校准过程中按同样的方式测定和归档的参考值进行比较可以得出与测量部分测量常数的变化成正比的一个值。和图1一样，这里测量部分是指由带辅助绕组5（电流传感器3）的电抗线圈4和低通滤波器13组成的电流测量电路。测量常数是指低通滤波器13的输出电压与输入电压幅值之比。

为减少电路的复杂性，模拟/数字转换器8的参考直流电压（这在任何情况下都有）可当作参考交流电压UR′用，它可借助于模拟开关正负交替地加到低通滤波器13的输入端上实现。

Claims (12)

1、一种测量耗电量用的静电电表，具有一装有磁式电流互感器的测量部分和一计值部分，该电表的特征在于，配备有一具有气隙且系空载变压器式的开芯电流互感器(3)，且在所述互感器输出端连接有一积分电路(6，13)。

2、根据权利要求1所述的电表，其特征在于，计值部分（2）具有一微型计算机（7），其中，测量部分（1）输出信号的定标是对积分电路（6，13）的特征时间常数进行修正实现的。

3、根据权利要求2所述的电表，其特征在于，测量部分（1）输出信号的参考值存储在计值部分（2）中，该参考值是借助于在规定时间内加到积分电路（6，13）上的确定参考电压获得的，且所述定标用的定标因数可以从参考值与在工作过程中获得的校准值之间的比值求出。

4、根据权利要求3所述的电表，其特征在于，积分电路由带运算放大器的一标准积分器（6）构成。

5、根据权利要求3所述的电表，其特征在于，积分电路由一RC元件，最好是由一低通滤波器（13）构成。

6、根据权利要求5所述的电表，其特征在于，进行校准操作时，低通滤波器（13）可作为标准积分器进行接线。

7、根据权利要求3至6任一项所述的电表，其特征在于，校准值的确定与参考值的确定一样是通过在同样规定的时间内提供同样规定的参考电压（UR）而确定的。

8、根据权利要求7所述的电表，其特征在于，参考电压由直流电压（UR）形成。

9、根据权利要求7所述的电表，其特征在于，参考电压由交流电压（UR′）形成，输出信号的有效值或整流平均值（UM）是在测量部分（1）的输出端测定的。

10、根据权利要求3至6任一项所述的电表，其特征在于，电流互感器（3）是由流过负载电流（I）的线性电抗线圈（4）和为所述电抗线圈配置的辅助绕组（5）构成，且在辅助绕组中感应出来的电压形成积分电路（6，13）的输入信号。

11、根据权利要求5或10所述的电表，其特征在于，辅助绕组（5）以一高值电阻器（19）为负载。

12、根据权利要求7所述的电表，其特征在于，参考电压（UR′）系由连接在微型电子计算机（7）输入端的模拟/数字转换器（8）的参考直流电压形成，该参考电压可正负交替地加到积分电路的输入端。

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