CN113358920A - 电压降测量装置及电压降测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电压降测量装置及电压测量方法，其中，所述电压测量装置，包括：微处理器；空载测量模块，其能够采集被测端口的空载电压；加载测量模块，其能够采集所述被测端口加载设定电流后的加载电压；衰减跟随模块，其能够对所述空载电压、加载电压进行衰减、跟随处理；其中，所述微处理器能够根据经所述衰减跟随模块衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压计算出电压降。本发明结构设计合理巧妙，实现了对被测端口的电压降测量。保证了供电电压的稳定性，为用电设备提供了稳定安全的电压输出，避免了电压降不达标而带来的供电电压的不稳定及继发性问题，保证用电设备的使用安全及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及插座测试技术领域，具体涉及一种电压降测量装置及电压降测量方法。
背景技术
我国居民用电电压是220V，由于当电流通过线路时，线路的阻抗要产生压降，使用户端电压低于输送端电压。我国供电规则规定：低压照明用户电压变动幅度不应超过额定电压的-10％至+7％。如果电压降得太大，将使电动机电流增大，设备的铜耗就会增大，线圈温度升高，设备就会发热，破坏绝缘，降低电气设备的使用年限。严重时使机械设备停止运转或无法启动，甚至烧毁电动机。
若电压降不达标，则会影响供电电压的稳定性，可能会造成如下结果。
1、烧毁电动机，电压过低超过10％，将使电动机电流增大，线圈温度升高严重时甚至烧损电动机。2、灯发暗。电压降低5％，普通电灯的照度下降18％；电压降低10％，照度下降35％；电压降低20％，则日光灯不能启动。3、增大线损，在输送一定电力时，电压降低，电流相应增大，引起线损增大。4、降低电力系统的稳定性。由于电压降低，相应降低线路输送极限容量，因而降低了稳定性，电压过低可能发生电压崩溃事故。5、发电机出力降低。如果电压降低超过5％时，则发电机出力也要相应降低。6、电压降低，还会降低送、变电设备能力。
进而，市场急需一款能适用于电力系统网络插座端口的电压降测量装置。
发明内容
鉴于上述难以实现电力系统网络插座端口的电压降测量的问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的电压降测量装置及电压降测量方法。
依据本发明的一个方面，提供一种电压降测量装置，包括：
微处理器；
空载测量模块，其能够采集被测端口的空载电压；
加载测量模块，其能够采集所述被测端口加载设定电流后的加载电压；
衰减跟随模块，其能够对所述空载电压、加载电压进行衰减、跟随处理；
其中，所述微处理器能够根据经所述衰减跟随模块衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压计算出电压降。
优选的，所述空载测量模块包括：
连接端子，其至少具有能够接入所述被测端口火线端的火线连接端、能够接入所述被测端口零线端的零线连接端；
所述火线连接端、零线连接端均与所述衰减测量模块连接。
优选的，所述加载测量模块包括：
所述连接端子；
电阻负载，其两端分别与所述连接端子的所述火线连接端、零线连接端连接；
场效应管，所述电阻负载通过该场效应管与所述连接端子的所述零线连接端连接，且该场效应管的栅极与所述微处理器相连。
优选的，所述加载测量模块还包括：
稳压电路，其与所述连接端子的所述火线连接端、零线连接端通过第一光耦连接器连接；
所述场效应管的栅极与所述微处理器通过第二光耦连接器连接。
优选的，所述衰减跟随模块包括：
等比例电压衰减器，其具有第一运算放大器；
反向跟随电路，其具有第二运算放大器；
其中，所述第一运算放大器的反相输入端与所述连接端子的火线连接端、零线连接端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二运算放大器的正相输入端与所述第二运算放大器的正相输入端连接且接地。
优选的，所述微处理器具有一待处理数据暂存器。
依据本发明的另一个方面，提供一种电压降测量方法，包括：
获取设定周期的空载电压，所述空载电压为被测端口未加载电阻负载时的电压测得值；
获取所述设定周期的加载电压，所述加载电压为所述被测端口加载所述电阻负载后的电压测得值；
计算出平均空载电压，所述平均空载电压为所述设定的周期的所述空载电压的平均值；
计算出平均加载电压，所述平均加载电压为所述设定的周期的所述空载电压所述加载电压的平均值；
根据所述平均空载电压、平均加载电压计算出电压差值，所述电压差值为所述平均空载电压减去所述平均加载电压的差值；
根据所述平均加载电压、电压差值计算出电压降，所述电压降为所述电压差值与所述平均加载电压的比值。
优选的，所述设定周期为10个正弦波周期。
优选的，所述平均空载电压为10个所述正弦波周期的所述空载电压的平均值；
所述平均加载电压为10个所述正弦波周期的所述加载电压的平均值。
优选的，在获取所述设定周期的加载电压前，还包括：
判断所述空载电压是否处于标准电压范围内，所述标准电压范围为所述被测端口的额定输出电压范围；
若否，则生成报警信息，该报警信息表征所述被测端口实际输出电压错误；
若是，则获取所述设定周期的加载电压。
本发明的有益效果为：本发明结构设计合理巧妙，提供了一种电压降测量装置，通过空载测量模块、加载测量模块、衰减跟随模块向微处理器提供衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压，由微处理器计算得出被测端口的电压降，从而实现对被测端口的电压降测量。保证了供电电压的稳定性，为用电设备提供了稳定安全的电压输出，避免了电压降不达标而带来的供电电压的不稳定及继发性问题，保证用电设备的使用安全及使用寿命。另外，结合本发明提供的电压降测量方法，保障了所述电压降测量装置的测量精确度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种电压降测量装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中衰减跟随模块的电路图；
图3是本发明实施例中加载测量模块的电路图；
图4是本发明实施例中微处理器、模数转换器的电路图；
图5是本发明实施例中系统电源的电路图；
图6是本发明实施例中测量结果显示模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图6，依据本发明的另一个方面，本发明实施例提供一种电压降测量装置，包括：
微处理器1；
空载测量模块2，其能够采集被测端口的空载电压；
加载测量模块3，其能够采集所述被测端口加载设定电流后的加载电压；
衰减跟随模块4，其能够对所述空载电压、加载电压进行衰减、跟随处理；
其中，所述微处理器1能够根据经所述衰减跟随模块4衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压计算出电压降。
具体地，所述被测端口主要是民用电力系统网络插座端口，通过空载测量模块2、加载测量模块3、衰减跟随模块4向微处理器1提供衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压，由微处理器1计算得出被测端口的电压降，从而实现对被测端口(民用电力系统网络插座端口)的电压降测量。保证了供电电压的稳定性，为用电设备提供了稳定安全的电压输出，保证用电设备的使用安全及使用寿命。
一般地，该电压降由百分比的方式呈现。
优选的，所述空载测量模块2包括：
连接端子，其至少具有能够接入所述被测端口火线端的火线连接端L_IN、能够接入所述被测端口零线端的零线连接端N_IN；
所述火线连接端L_IN、零线连接端N_IN均与所述衰减测量模块连接。
具体地，所述连接端子可以呈插头状，除了接入所述被测端口火线端的火线连接端L_IN、接入所述被测端口零线端的零线连接端N_IN外，还可以包括有接入述被测端口地线端的地线连接端。
进一步地，所述地线连接端可伸缩，所述火线连接端L_IN、火线连接端L_IN可转动，以适应不同布局设计的插座。
优选的，所述加载测量模块3包括：
所述连接端子；
电阻负载R7，其两端分别与所述连接端子的所述火线连接端L_IN、零线连接端N_IN连接；
场效应管Q7，所述电阻负载R7通过该场效应管Q7与所述连接端子的所述零线连接端N_IN连接，且该场效应管Q7的栅极与所述微处理器1相连。
具体地，鉴于我国供电的标准为220V/50Hz，最大允许电流10A，则所述电阻负载R7的阻值为22欧，使得被测端口输出10A电流；
所述场效应管Q7为大电流场效应管Q7，其型号是STGW30NC60WD，所述电阻负载R7、场效应管Q7与被测端口形成串联回路，则通过微处理器1控制场效应管Q7开与关来完成10A电流的加载。该场效应管Q7的栅极与所述微处理器1的控制引脚相连。
优选的，所述加载测量模块3还包括：
稳压电路，其与所述连接端子的所述火线连接端L_IN、零线连接端N_IN通过第一光耦连接器U3连接；
所述场效应管Q7的栅极与所述微处理器1通过第二光耦连接器U4连接。
具体地，所述稳压电路包括稳压二极管D8，及与该稳压二极管D8并联的电解电容C1；进一步地，所述稳压二级管上还并联有滤噪电容C2；其目的是，稳压二级管具有很大的噪声，并联点解电容可以降低稳压内阻引起的纹波与噪声，同时由于与点解电容有较大的卷绕电感，对高频噪声滤出作用较差，所以需要并接一相小容量的所述滤噪电容C2。
其中，所述电解电容C1的电容值为10uF，所述滤噪电容C2的电容值为0.1uF。
进一步地，所述第一光耦连接器U3起到隔离火线连接端L_IN与稳压电路的作用，所述第二光耦连接器U4起到隔离微处理器和场效应管Q7的作用，保证电路的运行安全，保证用户的使用安全。
优选的，所述衰减跟随模块4包括：
等比例电压衰减器，其具有第一运算放大器U6-B；
反向跟随电路，其具有第二运算放大器U6-A；
其中，所述第一运算放大器U6-B的反相输入端与所述连接端子的火线连接端L_IN、零线连接端N_IN连接，所述第一运算放大器U6-B的输出端与所述第二运算放大器U6-A的反相输入端连接，所述第二运算放大器U6-A的正相输入端与所述第二运算放大器U6-A的正相输入端连接且接地。
具体地，所述等比例电压衰减器是基于单个运算放大器的电压衰减器，所述第一运算放大器U6-B及其外围电路组成所述等比例电压衰减器。
进一步地，所述第一运算放大器U6-B的反相输入端通过第一电阻R108与所述连接端子的所述火线连接端L_IN、零线连接端N_IN连接，所述第一运算放大器U6-B的正相输入端通过第二电阻R112接地，所述第二电阻R112的输出端还连接有第三电阻R113，所述第三电阻R113的输出端与所述第二运算放大器U6-A的正相输入端连接；
另外，所述第一运算放大器U6-B的输出端与所述第一运算放大器U6-B的反相输入端连接有第一反馈电阻R111，所述第二运算放大器U6-A的输出端与所述第二运算放大器U6-A的反相输入端连接有第二反馈电阻R115；
其中，所述第一电阻R108、第二电阻R112、第三电阻R113、第一反馈电阻R111均为100KD/0.25W，所述第四电阻、第二反馈电阻R115均为10KD/0.25W；
则所述第一电阻R108、第二电阻R112阻值相同，使得第一运算放大器U6-B起到等比例衰减作用；而第二运算放大器U6-A看看作反向跟随；衰减的目的是将强电换化为单片机可识别和读取的弱电信号，反向跟随是为了将信号太高到0V以上的电信号，以解决模数转换器不能采负压的情况。
进而，本发明通过该衰减跟随模块4才得以实现供微处理器计算出电压降所需数据的采集。
再者，所述第一运算放大器U6-B、第二运算放大器U6-A为OP297双低偏压电流精密运算放大器，其理想应用还包括长期积分器，故本衰减跟随模块4还起到滤波功能。
进一步地，所述第一电阻R108的一端与所述连接端子的所述火线连接端L_IN连接有多个2.5MD/50ppm电阻，所述第一电阻R108的另一端与所述连接端子的所述零线连接端连接有多个100kF电阻。
进一步地，本电压测量装置，还包括模数转换器，所述模数转换器包括模数转换芯片，该模数转换芯片的输入端与所述第二运算放大器U6-A的输出端连接；该模数转换芯片的输出端与所述微处理器的输入端引脚连接。
优选的，所述微处理器1具有一待处理数据暂存器。
具体地，上述经模数转换芯片转换后的数据均储存在该待处理数据暂存器中，便于后续方法的平均值计算，提升本电压降测量装置的测量精度。
进一步地，本电压测量装置，还包括测量结果显示模块6，该结果显示模块包括LCD芯片LCD1，其型号是KD24C04，所述LCD芯片LCD1与所述微处理器的输出端连接。
进一步地，本电压测量装置，还包括系统电源5，用于向所述微处理器1、空载测量模块2、加载测量模块3、衰减跟随模块4供电；所述系统电源5包括电源管理芯片U7，其型号为ETA5050V33S2F，所述电源管理芯片U7的输入端与所述连接端子连接。
依据本发明的另一个方面，提供一种电压降测量方法，包括：
获取设定周期的空载电压，所述空载电压为被测端口未加载电阻负载R7时的电压测得值；
获取所述设定周期的加载电压，所述加载电压为所述被测端口加载所述电阻负载R7后的电压测得值；
计算出平均空载电压U0，所述平均空载电压U0为所述设定的周期的所述空载电压的平均值；
计算出平均加载电压U1，所述平均加载电压U1为所述设定的周期的所述空载电压所述加载电压的平均值；
根据所述平均空载电压U0、平均加载电压U1计算出电压差值ΔU，所述电压差值ΔU为所述平均空载电压U0减去所述平均加载电压U1的差值；
根据所述平均加载电压U1、电压差值ΔU计算出电压降，所述电压降为所述电压差值ΔU与所述平均加载电压U1的比值。
具体地，电压差值ΔU＝U0－U1，所述电压降一般以百分比的方式呈现，即电压降＝(ΔU/U0)*％。
进一步地，在根据所述平均加载电压U1、电压差值ΔU计算出电压降后，将电压降输出到显示给用户读数。
优选的，所述设定周期为10个正弦波周期。
优选的，所述平均空载电压U0为10个所述正弦波周期的所述空载电压的平均值；
所述平均加载电压U1为10个所述正弦波周期的所述加载电压的平均值。
具体地，以电网50Hz为例，加载10个周期为200ms，及采集200ms的信号即可。
优选的，在获取所述设定周期的加载电压前，还包括：
判断所述空载电压是否处于标准电压范围内，所述标准电压范围为所述被测端口的额定输出电压范围；
若否，则生成报警信息，该报警信息表征所述被测端口实际输出电压错误；
若是，则获取所述设定周期的加载电压。
在使用时，将连接端子插至被测端口中，空载测量模块2采集10个正弦波周期的空载电压，由衰减跟随模块4进行衰减及跟随处理后输送至模数转换器，再由模数转换器进行模数转换处理后输送至微处理器的待处理数据暂存器中；
微处理器判断所述空载电压是否处于标准电压范围内，若否，则生成报警信息，该报警信息表征所述被测端口实际输出电压错误；
若是，则控制加载测量模块3向被测端口加载10A电流，并采集10个正弦波周期的加载电压，由衰减跟随模块4进行衰减及跟随处理后输送至模数转换器，再由模数转换器进行模数转换处理后输送至微处理器的待处理数据暂存器中；
微处理器计算出平均空载电压U0，所述平均空载电压U0为所述设定的周期的所述空载电压的平均值；微处理器计算出平均加载电压U1，所述平均加载电压U1为所述设定的周期的所述空载电压所述加载电压的平均值；
微处理器根据所述平均空载电压U0、平均加载电压U1计算出电压差值ΔU，所述电压差值ΔU为所述平均空载电压U0减去所述平均加载电压U1的差值；微处理器根据所述平均加载电压U1、电压差值ΔU计算出电压降，所述电压降为所述电压差值ΔU与所述平均加载电压U1的比值；
最终，微处理器将计算出的电压降输送至测量结果显示模块6显示。
本发明结构设计合理巧妙，提供了一种电压降测量装置，通过空载测量模块2、加载测量模块3、衰减跟随模块4向微处理器1提供衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压，由微处理器1计算得出被测端口的电压降，从而实现对被测端口的电压降测量。保证了供电电压的稳定性，为用电设备提供了稳定安全的电压输出，避免了电压降不达标而带来的供电电压的不稳定及继发性问题，保证用电设备的使用安全及使用寿命。另外，结合本发明提供的电压降测量方法，保障了所述电压降测量装置的测量精确度。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种电压降测量装置，其特征在于，包括：
微处理器；
空载测量模块，其能够采集被测端口的空载电压；
加载测量模块，其能够采集所述被测端口加载设定电流后的加载电压；
衰减跟随模块，其能够对所述空载电压、加载电压进行衰减、跟随处理；
其中，所述微处理器能够根据经所述衰减跟随模块衰减、跟随处理后的所述空载电压、加载电压计算出电压降。
2.根据权利要求1所述电压降测量装置，其特征在于，所述空载测量模块包括：
连接端子，其至少具有能够接入所述被测端口火线端的火线连接端、能够接入所述被测端口零线端的零线连接端；
所述火线连接端、零线连接端均与所述衰减测量模块连接。
3.根据权利要求2所述电压降测量装置，其特征在于，所述加载测量模块包括：
所述连接端子；
电阻负载，其两端分别与所述连接端子的所述火线连接端、零线连接端连接；
场效应管，所述电阻负载通过该场效应管与所述连接端子的所述零线连接端连接，且该场效应管的栅极与所述微处理器相连。
4.根据权利要求3所述电压降测量装置，其特征在于，所述加载测量模块还包括：
稳压电路，其与所述连接端子的所述火线连接端、零线连接端通过第一光耦连接器连接；
所述场效应管的栅极与所述微处理器通过第二光耦连接器连接。
5.根据权利要求2所述电压降测量装置，其特征在于，所述衰减跟随模块包括：
等比例电压衰减器，其具有第一运算放大器；
反向跟随电路，其具有第二运算放大器；
其中，所述第一运算放大器的反相输入端与所述连接端子的火线连接端、零线连接端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第二运算放大器的正相输入端与所述第二运算放大器的正相输入端连接且接地。
6.根据权利要求2所述电压降测量装置，其特征在于，所述微处理器具有一待处理数据暂存器。
7.一种电压降测量方法，其特征在于，包括：
获取设定周期的空载电压，所述空载电压为被测端口未加载电阻负载时的电压测得值；
获取所述设定周期的加载电压，所述加载电压为所述被测端口加载所述电阻负载后的电压测得值；
计算出平均空载电压，所述平均空载电压为所述设定的周期的所述空载电压的平均值；
计算出平均加载电压，所述平均加载电压为所述设定的周期的所述空载电压所述加载电压的平均值；
根据所述平均空载电压、平均加载电压计算出电压差值，所述电压差值为所述平均空载电压减去所述平均加载电压的差值；
根据所述平均加载电压、电压差值计算出电压降，所述电压降为所述电压差值与所述平均加载电压的比值。
8.根据权利要求7所述电压降测量方法，其特征在于，所述设定周期为10个正弦波周期。
9.根据权利要求8所述电压降测量方法，其特征在于，所述平均空载电压为10个所述正弦波周期的所述空载电压的平均值；
所述平均加载电压为10个所述正弦波周期的所述加载电压的平均值。
10.根据权利要求1所述电压降测量方法，其特征在于，在获取所述设定周期的加载电压前，还包括：
判断所述空载电压是否处于标准电压范围内，所述标准电压范围为所述被测端口的额定输出电压范围；
若否，则生成报警信息，该报警信息表征所述被测端口实际输出电压错误；
若是，则获取所述设定周期的加载电压。
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