CN107315156A - 高精度直流标准电能表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度直流标准电能表，包括直流电压输入电路、直流电流输入电路、小信号输入电路、信号隔离电路、微处理单元、电能脉冲发生单元、通信单元和显示单元及提供给高精度直流标准电能表工作电压的电源单元。所述电压输入端子经电阻分压电路和程控运放电路的输入端相连，程控运放电路的输出端和AD转换电路的信号输入端相连，AD转换电路的信号输出端和所述的信号隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的信号隔离电路和所述的微处理单元相连。本发明采用信号隔离电路隔离控制信号，避免信号间的相互干扰，进一步提高测量精度，满足直流电能表检定规程。
Description
技术领域
本发明属于标准电能表技术领域，具体涉及一种高精度直流标准电能表。
背景技术
当前国家积极推动发展新能源，电动汽车行业得到了快速的发展。随着电动汽车充电技术的发展以及充电桩直流电能计量的需要, 直流电能表的应用将越来越广泛。随着对直流电能计量的要求越来越高，目前国内使用的直流标准电能表的精度都不是很高，已无法满足当前直流电能表检定的需要。
为此，有必要提出一种新型标准电能表，提高测量精度，满足直流电能表检定规程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度直流标准电能表，能够准确测量输入的直流电压、直流电流和直流小信号，测量精度高，精度可达0.01%。
本发明的目的在于提供一种高精度直流标准电能表，其通过采用信号隔离和电源隔离技术，避免了各电路之间的相互干扰，为信号的稳定提供了又一道保障，进一步提高测量精度。
为达到以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的高精度直流标准电能表，包括直流电压输入电路、直流电流输入电路、小信号输入电路、信号隔离电路、微处理单元、电能脉冲发生单元、通信单元和显示单元及提供给高精度直流标准电能表工作电压的电源单元。
作为优选，所述的直流电压输入电路包括精密电阻分压电路、程控运放电路和A/D转换电路，电压输入端子经电阻分压电路和程控运放电路的输入端相连，程控运放电路的输出端和A/D转换电路的信号输入端相连，A/D转换电路的信号输出端和所述的信号隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的信号隔离电路和所述的微处理单元相连。用信号隔离电路隔离控制信号，避免信号间的相互干扰，进一步提高直流标准电能表的测量精度。
作为优选，所述的直流电流输入电路包括高精度电流传感器、程控运放电路和A/D转换电路，电流输入端子和高精度电流传感器的输入端相连，高精度电流传感器的输出端经程控运放电路和A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和所述的信号隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的信号隔离电路和所述的微处理单元相连。通过高精度电流传感器进行电流取样，以提高电流采样的线性度和稳定度，同时控制信号又用信号隔离电路进行隔离，进一步提高直流标准电能表的测量精度。
作为优选，所述的小信号输入电路包括程控运放电路和A/D转换电路，小信号输入端子和程控运放电路的输入端相连，程控运放电路的输出端和A/D转换电路的信号输入端相连，A/D转换电路的信号输出端和所述的信号隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的信号隔离电路和所述的微处理单元相连。用信号隔离电路隔离控制信号，避免信号间的相互干扰，进一步提高直流标准电能表的测量精度。
作为优选，所述的A/D转换电路包括A/D转换芯片和电压基准芯片。A/D转换芯片采用32 位全差分采样A/D转换芯片。电压基准芯片拥有极低的噪声和出色的长期稳定性。
作为优选，所述的程控运放电路采用高精度，零漂移的可控增益放大器。
作为优选，所述的通信单元包括RS232、RS485。所述的通信单元与所述的微处理单元之间有高速光耦进行隔离。
作为优选，所述的电能脉冲发生单元包括高速光耦和可编程逻辑器件。
作为优选，所述的显示单元包括人机界面工控板和液晶显示屏。
附图说明
图1是本发明优选实施例的原理框图。
附图标记包括：1-直流电压输入电路；11-直流电压输入端子；12-精密电阻分压电路；13-程控运放电路；14-A/D转换电路；2-直流电流输入电路；21-直流电流输入端子；22-高精度电流传感器；23-程控运放电路；24-A/D转换电路；3-小信号输入电路；31-直流小信号输入端子；33-程控运放电路；34-A/D转换电路；4-信号隔离电路；5-微处理单元；6-电能脉冲发生单元；7-通信单元；8-显示单元；9-人机界面工程板。
具体实施方式
本发明公开了一种高精度直流标准电能表，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1，图1示出了所述高精度直流标准电能表的工作原理。优选地，所述高精度直流标准电能表包括直流电压输入电路1、直流电流输入电路2、小信号输入电路3、信号隔离电路4、微处理单元5、电能脉冲发生单元6、通信单元7、显示单元8和人机界面工控板9及提供给高精度直流标准电能表工作电压的电源单元。
直流电压输入电路1包括精密电阻分压电路12、程控运放电路13和A/D转换电路14。直流电压输入端子11经精密电阻分压电路12和程控运放电路13的输入端相连，程控运放电路13的输出端和A/D转换电路14的模拟信号输入端相连，A/D转换电路14的数字信号控制端经信号隔离电路4和微处理单元5相连，程控运放电路13的控制端经信号隔离电路4和微处理单元5相连。
直流电流输入电路2包括高精度直流传感器22、程控运放电路23和A/D转换电路24。直流电流输入端子21经高精度直流传感器22和程控运放电路23的输入端相连，程控运放电路23的输出端和A/D转换电路24的模拟信号输入端相连，A/D转换电路24的数字信号控制端经信号隔离电路4和微处理单元5相连，程控运放电路23的控制端经信号隔离电路4和微处理单元5相连。
小信号输入电路3包括程控运放电路33和A/D转换电路34。小信号输入端子31和程控运放电路33的输入端相连，程控运放电路33的输出端和A/D转换电路34的模拟信号输入端相连，A/D转换电路34的数字信号控制端经信号隔离电路4和微处理单元5相连，程控运放电路33的控制端经信号隔离电路4和微处理单元5相连。
如图1 所示，电能脉冲发生单元6 的输入端和微处理单元5相连，微处理单元5和人机界面工控板9通过通信单元7相连，人机界面工控板9和显示单元8相连，人机界面工控板9通过通信单元7读取微处理单元5采样计算的电量数据并在显示单元8上显示。
本实施例中，程控运放电路采用精密、零漂移的可编程运算放大器，A/D转换电路采用32位 A/D转换芯片，A/D转换芯片的转换精度很高，32位 A/D转换芯片采用超精准型、超稳定温度可控型基准芯片作为转换的电压基准，微处理单元采用32位ARM微处理器，数字隔离电路将模拟信号和数字信号隔离，避免了各电路之间的互相干扰。这种硬件配置为直流标准电能表的高精度计量提供了硬件基础。
本实施例中，微处理单元读取A/D转换芯片转换的电压数字信号和电流数字信号,并进行实时相乘后得到瞬时功率,然后将瞬时功率对时间进行积分后得到电能,再由电能通过电能脉冲发生单元产生电能脉冲,电能脉冲可选择输出高频电能脉冲或低频电能脉冲。微处理单元通过数字滤波方法将电压数字信号进行处理得到电压测量值,将电流数字信号处理后得到电流测量值,将相乘得到功率值进行处理后得到功率测量值,这些计算出来的电量可通过通信单元供上位机读取。
本实施例中，通信单元包括与上位机通信的RS232、RS485和与人机界面工控机通信的RS232,通信单元与微处理单元之间设置有高速光耦进行隔离。电能脉冲发生单元包括可编程逻辑器件和高速光耦，可将微处理单元计算的电能通过可编程逻辑器件产生电能脉冲对外输出。电源单元包括变压器和稳压芯片，变压器可将220V交流市电转换成需要的低压交流电,经桥堆整流稳压后送各单元电路使用。
本发明的高精度直流标准电能表，采用高清液晶显示器并带有触摸功能，界面美观，操作简单；电流传感器为高精度直流传感器，线性度和稳定度好；采用32位A/D转换芯片进行采样，采样精度高；电源进行模数隔离，噪声干扰小，信号稳定。本发明高精度直流标准电能表的精度等级能达到0.01%。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高精度直流标准电能表，其特征在于，包括直流电压输入电路、直流电流输入电路、小信号输入电路、信号隔离电路、微处理单元、电能脉冲发生单元、通信单元和显示单元及提供给高精度直流标准电能表工作电压的电源单元，其中：
所述的直流电流输入电路包括高精度电流传感器、程控运放电路和A/D转换电路，电流输入端子和高精度电流传感器的输入端相连，高精度电流传感器的输出端经程控运放电路和A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和所述的信号隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的信号隔离电路和所述的微处理单元相连。
2.根据权利要求1所述的高精度直流标准电能表，其特征在于，所述的小信号输入电路包括程控运放电路和A/D转换电路，小信号输入端子和程控运放电路的输入端相连，程控运放电路的输出端和A/D转换电路的信号输入端相连，A/D转换电路的信号输出端和所述的信号隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的信号隔离电路和所述的微处理单元相连。
3.根据权利要求2所述的高精度直流标准电能表，其特征在于，所述的A/D转换电路包括A/D转换芯片和电压基准芯片，A/D转换芯片采用32 位全差分采样A/D转换芯片。
4.根据权利要求2所述的高精度直流标准电能表，其特征在于，所述的程控运放电路采用可控增益放大器。
5.根据权利要求1所述的高精度直流标准电能表，其特征在于，所述的通信单元包括RS232、RS485，所述的通信单元与所述的微处理单元之间有高速光耦进行隔离。
6.根据权利要求1所述的高精度直流标准电能表，其特征在于，所述的电能脉冲发生单元包括高速光耦和可编程逻辑器件。
7.根据权利要求1所述的高精度直流标准电能表，其特征在于，所述的显示单元包括人机界面工控板和液晶显示屏。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Jing Inventor after: Xu Yanming Inventor after: Zhang Zhufeng Inventor after: Wu Yanqi Inventor before: Xu Yanming Inventor before: Zhang Zhufeng Inventor before: Wu Yanqi |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |