CN108120952A - 一种电能表恒定磁场影响试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种电能表恒定磁场影响试验装置，包括PC机、三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元、永久磁铁、超声波距离传感器和磁场传感器。所述PC机通过以太网分别与三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元相连，实现信息交互；三坐标运动控制系统与永久磁铁相连，控制永久磁铁的移动；超声波距离传感器固定在永久磁铁上，测量永久磁铁与被检表之间的距离，将测得的距离信息传输给PC机；电能表误差检测单元和被检表连接，为被检表提供电压和电流，完成被检表的相对误差计算，并将具体值传输给PC机；磁场传感器紧靠被检表的外壳，对被检表所处的恒定磁场的磁感应强度进行检测，并将信息传输给PC机。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能表恒定磁场影响试验装置，属电能表测试技术领域。
背景技术
电能表在现场运行时可能会受到外部恒定磁场的影响，为考核其在此影响下的计量性能。国网企业标准Q/GDW 1364-2013《单相智能电能表技术规范》和Q/GDW 1827-2013《三相智能电能表技术规范》规定了技术要求及试验方法：电能表通参比电压、参比电流，将几何尺寸为50mm×50mm×50mm的磁铁分别放置在电能表正面、侧面、底面靠近电源的位置，每个平面持续试验20min，电能表应不死机、不黑屏，内置负荷开关不应改变状态，合闸命令应能正确执行，磁场影响下的计量误差不应超过规定的限值。
目前的恒定磁场影响试验装置可通过控制直流线圈的电流大小来调节磁感应强度，当检测所需的磁感应强度较大时，线圈因电流过大导致发热，从而易造成故障。也可以通过若干个永磁铁作为恒定磁场发生器，通过控制永磁铁与被试表之间的距离调节磁感应强度，直至满足标准要求；这种方法需反复调节永磁铁与被试品的距离，并且用肉眼观察恒定磁场引起的误差改变量以寻找被试品对恒定磁场的最敏感点，具有操作繁琐、试验耗时长及数据不准确的缺点。
发明内容
本发明的目的是，为了克服了现有技术的不足，提供一种电能表恒定磁场影响试验装置，可自动调节永磁体与被试品之间的距离和位置，对被试品施加恒定磁场影响，自动计算并保存由此引起的误差改变量。
本发明实现的技术方案如下，一种电能表恒定磁场影响试验装置，所述装置包括，PC机、三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元、永久磁铁、超声波距离传感器和磁场传感器；所述PC机通过以太网分别与三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元相连，实现信息交互；三坐标运动控制系统与永久磁铁相连，控制永久磁铁的移动；超声波距离传感器固定在永久磁铁上，测量永久磁铁与被检表之间的距离，将测得的距离信息传输给PC机；电能表误差检测单元和被检表连接，为被检表提供电压和电流，完成被检表的相对误差计算，并将具体值传输给PC机；磁场传感器紧靠被检表的外壳，对被检表所处的恒定磁场的磁感应强度进行检测，并将信息传输给PC机。
所述三坐标运动控制系统，由多轴运动控制器、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器、第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机、X轴、Y轴、Z轴、R轴及S轴组成；所述多轴运动控制器分别与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器及第五驱动器连接；第一驱动器与第一步进电机相连，控制X轴运动；第二驱动器与第二步进电机相连，控制Y轴运动；第三驱动器与第三步进电机相连，控制Z轴运动；第四驱动器与第四步进电机相连，控制R轴运动，R轴连接在Z轴上；第五驱动器与第五步进电机相连，控制S轴运动，S轴一端连接在R轴上，S轴的另一端固定着永久磁铁。
所述多轴运动控制器将收到的指令发送给对应的驱动器，驱动器将指令解析成步进电机能识别的驱动信号，使指定的轴产生运动，使永久磁铁移动到试验区空间中的任意位置，实现对被检表各表面施加恒定磁场影响；控制第四步进电机，可使R轴运动到与Z轴垂直的状态；S轴连接在R轴上，始终与R轴保持在同一直线上；控制第五步进电机，可使S轴自转并带动永久磁铁转动。
所述永久磁铁对电能表正面、背面、侧面施加恒定磁场影响时，R轴与Z轴保持在一条直线上并保持不动，先控制X轴、Y轴、Z轴使永久磁铁运动到被检表待侧面的正前方；然后控制S轴转动，使永久磁铁的试验磁面正对待测面。
所述永久磁铁对电能表顶面施加恒定磁场影响时，先将R轴转动，使其与Z轴垂直，然后控制X轴、Y轴、Z轴使永久磁铁运动到被检表顶面正上方，最后控制S轴转动，使永久磁铁的试验磁面正对待测面。
所述三坐标运动控制系统控制永久磁铁运动，调整永久磁铁与被检表之间的距离；超声波距离传感器测量永久磁铁与被检表之间的实际距离，用磁场传感器测量不同距离下的恒定磁场的磁感应强度，得到距离与磁感应强度之间的关系曲线并保存在PC机；试验时，调用关系曲线，即可得到不同距离下的磁感应强度大小，通过控制永久磁铁与被检表之间的距离即可实现对磁感应强度的准确调节。
本发明一种电能表恒定磁场影响试验方法，具体步骤如下：
(1)将被检表固定在立柱式表位上；
(2)将磁场传感器固定在被检表的待测表面；
(3)对永久磁铁进行磁场校准，得到距离与恒定磁场磁感应强度之间的对应关系；
(4)PC机输出运动控制指令，将永久磁铁移动到设定的原点位置，离被检表尽可能远；
(5)电能表误差检测单元输出参比电压和参比电流，并得到被检表的相对误差Efar；
(6)控制五个运动轴，使永久磁铁试验磁面正对被检表待测面；
(7)根据步骤(3)得到的对应关系，调整永久磁铁与被检表之间距离，并用超声波距离传感器实现对距离的精确微调；
(8)电能表误差检测单元输出参比电压和参比电流，得到被检表在恒定磁场影响下的相对误差Enear；
(9)电能表误差检测单元计算相对误差改变量△E＝∣Efar－Enear∣，记录相对误差改变量和对应的永久磁铁位置；
(10)返回到步骤3，对电能表的下一待测面进行试验；
(11)所有待测面测试完成后试验结束后，找出相对误差改变量的最大值，并记录具体数值和此处永久磁铁所处的位置。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种电能表恒定磁场影响试验装置，可以检测被检表所处的恒定磁场的磁感应强度和永久磁铁与被检表之间的距离，完成对被检表各个待测表施加恒定磁场影响，自动计算出恒定磁场影响引起的相对误差改变量并得到对应的永久磁铁位置。
附图说明
图1是本发明的装置原理示意图；
图2是三坐标运动控制系统原理图；
图3是永久磁铁位置改变示意图；
图4是超声波距离传感器测距原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
图1所示是本发明的装置原理。
本实施例一种电能表恒定磁场影响试验装置，由PC机、三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元、永久磁铁、超声波距离传感器及磁场传感器组成。PC机通过以太网分别与三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元相连，实现信息交互；三坐标运动控制系统与永久磁铁相连，控制永久磁铁的移动；超声波距离传感器固定在永久磁铁上，测量永久磁铁与被检表之间的距离，将测得的距离信息传输给PC机；电能表误差检测单元和被检表连接，为被检表提供电压和电流，完成被检表的相对误差计算，并将具体值传输给PC机；磁场传感器紧靠被检表的外壳，对被检表所处的恒定磁场的磁感应强度进行检测，并将信息传输给PC机。
图2所示为三坐标运动控制系统原理图，三坐标运动控制系统，由多轴运动控制器、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器、第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机、X轴、Y轴、Z轴、R轴及S轴组成。
多轴运动控制器分别与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器及第五驱动器5连接；第一驱动器与第一步进电机相连，控制X轴运动；第二驱动器与第二步进电机相连，控制Y轴运动；第三驱动器与第三步进电机相连，控制Z轴运动；第四驱动器与第四步进电机相连，控制R轴运动，R轴连接在Z轴上；第五驱动器与第五步进电机相连，控制S 轴运动，S轴一端连接在R轴上，S轴的另一端固定着永久磁铁。
多轴运动控制器将收到的指令发送给对应的驱动器，驱动器将指令解析成步进电机能识别的驱动信号，使指定的轴产生运动，使永久磁铁移动到试验区空间中的任意位置，实现对被检表各表面施加恒定磁场影响；控制第四步进电机，可使R轴运动到与Z轴垂直的状态； S轴连接在R轴上，始终与R轴保持在同一直线上；控制第五步进电机，可使S轴自转并带动永久磁铁转动。
图3是永久磁铁位置改变示意图，当对电能表正面、背面、侧面施加恒定磁场影响时， R轴与Z轴保持在一条直线上并保持不动，先控制X轴、Y轴、Z轴使永久磁铁运动到被检表待侧面的正前方；然后控制S轴转动，使永久磁铁的试验磁面正对待测面；当对电能表顶面施加恒定磁场影响时，先将R轴转动，使其与Z轴垂直，然后控制X轴、Y轴、Z轴使永久磁铁运动到被检表顶面正上方，最后控制S轴转动，使永久磁铁的试验磁面正对待测面。
图4是超声波距离传感器测距原理示意图，处理单元和超声波换能器构成了超声波距离传感器；PC机与处理单元之间通过USB口连接，处理单元与超声波换能器之间用导线连接； PC机输出测距指令给处理单元，处理单元产生电脉冲并传输给超声波换能器，超声波换能器将电信号转换成超声波并发送，到达被检表表面后反射返回，超声换能器再将声波信号转换成电脉冲信号，处理单元根据发出电脉冲时刻和接收电脉冲信号时刻的时间差，计算永久磁铁与被检表之间的相对距离，并将测得的距离信息送回到PC机。
本实施例一种电能表恒定磁场影响试验方法，具体步骤如下：
步骤1：将被检表固定在立柱式表位上；
步骤2：将磁场传感器固定在被检表的待测表面；
步骤3：对永久磁铁进行磁场校准，得到距离与恒定磁场磁感应强度之间的对应关系；
步骤4：PC机输出运动控制指令，将永久磁铁移动到设定的原点位置，离被检表尽可能远；
步骤5：电能表误差检测单元输出参比电压和参比电流，并得到被检表的相对误差Efar；
步骤6：控制五个运动轴，使永久磁铁试验磁面正对被检表待测面；
步骤7：根据步骤3得到的对应关系，调整永久磁铁与被检表之间距离，并用超声波距离传感器实现对距离的精确微调；
步骤8：电能表误差检测单元输出参比电压和参比电流，得到被检表在恒定磁场影响下的相对误差Enear；
步骤9：电能表误差检测单元计算相对误差改变量△E＝∣Efar－Enear∣，记录相对误差改变量和对应的永久磁铁位置；
步骤10：返回到步骤3，对电能表的下一待测面进行试验；
步骤11：所有待测面测试完成后试验结束，找出相对误差改变量的最大值，并记录具体数值和此处永久磁铁所处的位置。
对永久磁铁进行磁场校准的方法是：三坐标运动控制系统控制永久磁铁运动，调整永久磁铁与被检表之间的距离；超声波距离传感器测量永久磁铁与被检表之间的实际距离，用磁场传感器测量不同距离下的恒定磁场的磁感应强度，得到距离与磁感应强度之间的关系曲线并保存在PC机；试验时，调用关系曲线，即可得到不同距离下的磁感应强度大小，通过控制永久磁铁与被检表之间的距离即可实现对磁感应强度的准确调节。
Claims (7)
1.一种电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于，所述装置包括，PC机、三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元、永久磁铁、超声波距离传感器和磁场传感器；所述PC机通过以太网分别与三坐标运动控制系统、电能表误差检测单元相连，实现信息交互；三坐标运动控制系统与永久磁铁相连，控制永久磁铁的移动；超声波距离传感器固定在永久磁铁上，测量永久磁铁与被检表之间的距离，将测得的距离信息传输给PC机；电能表误差检测单元和被检表连接，为被检表提供电压和电流，完成被检表的相对误差计算，并将具体值传输给PC机；磁场传感器紧靠被检表的外壳，对被检表所处的恒定磁场的磁感应强度进行检测，并将信息传输给PC机。
2.根据权利要求1所述的一种电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于，所述三坐标运动控制系统，由多轴运动控制器、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器、第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机、X轴、Y轴、Z轴、R轴及S轴组成；所述多轴运动控制器分别与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器及第五驱动器连接；第一驱动器与第一步进电机相连，控制X轴运动；第二驱动器与第二步进电机相连，控制Y轴运动；第三驱动器与第三步进电机相连，控制Z轴运动；第四驱动器与第四步进电机相连，控制R轴运动，R轴连接在Z轴上；第五驱动器与第五步进电机相连，控制S轴运动，S轴一端连接在R轴上，S轴的另一端固定着永久磁铁。
3.根据权利要求2所述的一种电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于，所述多轴运动控制器将收到的指令发送给对应的驱动器，驱动器将指令解析成步进电机能识别的驱动信号，使指定的轴产生运动，使永久磁铁移动到试验区空间中的任意位置，实现对被检表各表面施加恒定磁场影响；控制第四步进电机，可使R轴运动到与Z轴垂直的状态；S轴连接在R轴上，始终与R轴保持在同一直线上；控制第五步进电机，可使S轴自转并带动永久磁铁转动。
4.根据权利要求2所述的一种电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于，所述永久磁铁对电能表正面、背面、侧面施加恒定磁场影响时，R轴与Z轴保持在一条直线上并保持不动，先控制X轴、Y轴、Z轴使永久磁铁运动到被检表待侧面的正前方；然后控制S轴转动，使永久磁铁的试验磁面正对待测面。
5.根据权利要求2所述的一种电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于，所述永久磁铁对电能表顶面施加恒定磁场影响时，先将R轴转动，使其与Z轴垂直，然后控制X轴、Y轴、Z轴使永久磁铁运动到被检表顶面正上方，最后控制S轴转动，使永久磁铁的试验磁面正对待测面。
6.根据权利要求1所述的一种电能表恒定磁场影响试验装置，其特征在于，所述三坐标运动控制系统控制永久磁铁运动，调整永久磁铁与被检表之间的距离；超声波距离传感器测量永久磁铁与被检表之间的实际距离，用磁场传感器测量不同距离下的恒定磁场的磁感应强度，得到距离与磁感应强度之间的关系曲线并保存在PC机；试验时，调用关系曲线，即可得到不同距离下的磁感应强度大小，通过控制永久磁铁与被检表之间的距离即可实现对磁感应强度的准确调节。
7.一种电能表恒定磁场影响试验方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：
（1）将被检表固定在立柱式表位上；
（2）将磁场传感器固定在被检表的待测表面；
（3）对永久磁铁进行磁场校准，得到距离与恒定磁场磁感应强度之间的对应关系；
（4）PC机输出运动控制指令，将永久磁铁移动到设定的原点位置，离被检表尽可能远；
（5）电能表误差检测单元输出参比电压和参比电流，并得到被检表的相对误差E far；
（6）控制五个运动轴，使永久磁铁试验磁面正对被检表待测面；
（7）根据步骤（3）得到的对应关系，调整永久磁铁与被检表之间距离，并用超声波距离传感器实现对距离的精确微调；
（8）电能表误差检测单元输出参比电压和参比电流，得到被检表在恒定磁场影响下的相对误差E near；
（9）电能表误差检测单元计算相对误差改变量△E =∣E far－E near∣，记录相对误差改变量和对应的永久磁铁位置；
（10）返回到步骤（3），对电能表的下一待测面进行试验；
（11）所有待测面测试完成后试验结束后，找出相对误差改变量的最大值，并记录具体数值和此处永久磁铁所处的位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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