CN1201909A - 电子式电表的校准方法 - Google Patents

Abstract

一种电子式电表的校准方法,该电表包括用于接收至少一个模拟输入信号(V)和根据至少所说输入信号的值产生一个数字输出信号(F_out)的转换器(1),其中所说模拟输入信号经由一个受控电阻元件(6)输入所说转换器(1),所说电阻元件根据一个负载信号在开和关状态之间转换,开和关持续时间的比率根据所说输入信号和输出值(V,F_out)的外部比较结果进行选择,从而相对于所说模拟输入信号校准所说数字输出值。

Description

电子式电表的 校准方法

本发明涉及一种电子式电表的校准方法，所说电表包括一个转换器，该转换器用于接收至少一个模拟输入信号和至少根据该输入信号的值产生一个数字输出信号。

用于测量仪表中的这类转换器包括，例如，一种跨导转换器，这种转换器接收电压和电流输入信号，并输出表示瞬时功率的一个脉冲信号。在这种情况下，该脉冲信号的频率依赖于电流和电压的乘积。已知的一种类似转换器被称为占空幅值或MSA转换器。近来，已有人提出一种使用Sigma-Delta转换器的电子式电表，这种转换器产生表示所测得电压和电流的一个数字输出信号，该输出信号或者是单个分立的数值，或者，就象用跨导转换器和MSA转换器一样，表示电压和电流的乘积。

在欧洲专利EP-0296968和EP-0296966中公开了采用MSA转换器的一种电子式电表的实例。同样，在欧洲专利EP-0607711、EP-0607712和法国专利FR-2570854中描述了采用一种产生电压和电流乘积输出值的双Singma-Delta转换器的实例。

通常，已经使用许多方法对设置在电表中的这种转换器进行校准。按照最简单和最普通的校准方法，使在线电压的模拟输入值通过一个分压器，在校准步骤中，利用例如激光-微调电阻方法设定分压器中一个电阻的阻值。其它方法包括使用EE电位计(实质上是一个电子电位计)和R-2R阶梯信号发生器(ladders)，并由一个微处理器控制或者通过规定步骤(drilling tracks)设定。在这些方法中，激光微调方法成本相对较低和最为通用，但是精确度不高，而在其它方法中由于使用了专用电子元件，所以大大地增加了仪表的成本。

其它的校准方法是利用电表中的一个微处理器对所接收的脉冲输出信号进行处理。在这种后置处理的情况下，由于累计脉冲输出所需时间引起的延迟可能导致在短时期内的精确度问题，特别是当转换器脉冲输出的频率不是非常高时，经常会发生这种情况。

本发明的一个目的是提供一种校准方法，该方法克服了现有技术方法的缺点，并提供了一种校准输入信号的简单而成本低廉的方式。

本发明的特征在于所说模拟输入信号经由一个受控(gated)电阻元件传送到所说转换器，所说电阻元件根据一个负载(duty)信号来开关，其开关时间比率基于对输入和输出信号值的外部比较进行选择，从而相对于模拟输入信号来校准所说数字输出信号值。

对于输入和输出信号的外部比较以及其后对于负载周期的调整可以由技术人员或者用一台自动的专用设备进行。可以理解，所说断续负载周期(chopping duty cycle)使得输入值当通过所说电阻元件时在一个基准值与一个第二值之间转换，而转换器在一段时间内承受的电压是这两个值的平均值。产生这样的负载信号相对容易，甚至可以用最简单的微处理器实现。

也就是说，为实现本发明所需的硬件是十分简单的。在一个实施例中，输入信号可以经由一个电阻分压器输入，所说电阻分压器包括串联的第一电阻和第二电阻，以及一受控的第三电阻，其中第三电阻与第二电阻并联，在第二电阻和第三电阻上的电压输入到所说转换器。

最好是，负载信号可以由用于存储一个或多个负载信号模式的微处理器产生。通常，在一个专用PC机中存储一系列负载信号模式，在校准电表过程中选择这些模式之一作为所说负载信号，并经过编程存储在所说微处理器中。

最好是，所说模拟输入信号对应于由电表测得的电压。电压是用于校准的最实用的值，因为它相对来说较为稳定。但是，本发明同样可以应用于校准由所说电表测得的电流。

在一个实施例中，受控信号的转换频率(即相应于该信号的一个完整ON和OFF周期的频率)可以对应于所说线电压频率，并与之同步，从而使得例如至少一个转换过渡区是发生在线电压的过零点处。以这种方式的同步相对于瞬态的、感生谐波等具有某些优点。但是，在许多情况下可以不要求同步，也不会产生任何问题。

在大部分现有技术的校准系统中，通常仅相对于正常或校准负载对功耗校准一次。同样，在本发明中，可以始终施加一个负载信号。但是，在某些情况下，例如，在与电表的下游连接的负载非常小的情况下，可能导致测量不准确，在这些情况下就可能需要重新计算校准。

根据本发明的一个特别优选的实施例，在电表的微处理器中存储有许多负载周期信号，由该微处理器根据转换器输出信号的幅值施加一个或多个负载周期信号。

与诸如激光微调电阻这类方法不同，在这类方法中一个校准值始终是固定不变的，而本发明能够根据由转换器输出信号表示的耗电量对电表进行校准。这使得电表可以补偿测量电路的非线性，这种非线性在，例如，低负载状态下会变得非常明显。

在一个优选实施例中，微处理器可以用来施加表示两种校准设置值的两个负载周期信号，利用所说转换器的用来输出来确定施加每个负载周期信号的适合时间。

借助于一种第二负载的量的控制程序，该实施例可以提供处理两种负载状态(例如低负载和正常负载)以及两种状态之间的状态的一种特别简单和巧妙的方法。例如，在非常低负载情况下施加一个负载周期信号，而在正常负载情况下施加一个第二负载周期信号，对于介于两者之间的负载施加两种负载周期信号的混合信号。

最好是，所说负载周期信号限定为二进制位模式。在上述的施加两个负载周期信号的一个实施例中，可以用微处理器产生第一二进制模式负载信号(例如正常负载)，直到其被从所说转换器输出的一个脉冲中断时为止，在这种情况下，施加所说的第二二进制模式信号(例如正常负载)。

这样，二进制模式信号本身的长度用于测量相对负载状态，并且施加正常负载状态的负载周期信号，直到从转换器输出的脉冲速率下降到低于由所说二进制信号的包长度确定的一个阈值时为止。

在本申请中，术语“转换器”的含义覆盖模数转换器，其产生正比于单个输入信号值的输出信号值，以及产生表示多个输入值的组合的输出值的转换器，例如MSA或跨导转换器。输出信号可以是数字输出信号或者是一个脉冲信号。

上文已经相对于校准电表的一种方法介绍了本发明。如上所述，本发明还扩展到包括进行这种校准所需元件的一种电表。

下面参照附图，仅以示例的方式介绍本发明的一个优选实施例，其中：

图1根据本发明的这个实施例用于执行校准的一种电表的元件示意图；

图2表示在图1中所用的、与施加到所说转换器输入端的电压重叠的负载周期信号。

图1示意性表示与测量相关的各个元件和电表的校准功能，所说电表包括一个转换器1，例如已知类型的跨导转换器、MSA或Sigma-Delta转换器，以及用于接收该转换器1的输出信号并输出用于控制一个输入信号校准电路3的负载信号的一个微处理器2。微处理器2还产生一个表示消耗功率的功率输出信号P，该信号可以传送至一个寄存器和/或显示器以显示所消耗的功率。

具体地说，本发明涉及根据本发明执行校准操作所需的各种元件。因此，我们不打算对电表中通常包含的其它常规元件(寄存器、显示器、电压传感器等)进行定义。与这些元件有关的详细内容可以在上面引用的专利文献中找到。

参见附图1，其中使用了以下缩写：

I＝电流

V＝未经校准的电压

V′＝经过校准的电压

F_clock＝输入到转换器中的时钟信号

F_out＝表示由转换器输出的功率的脉冲输出信号

P＝由微处理器产生的功率输出测量值

在图1所示的电路3中，经过校准的电压信号V施加到一个电阻分压器中，该电阻分压器包括串联连接的一个第一和第二电阻4、5，同时一个第三受控电阻6与所说第二电阻5并联。所说受控电阻6在一个FET(场效应管)开关7的控制下在ON与OFF状态之间转换，所说FET开关7从所说微处理器2接收一个负载周期输出信号。

由微处理器输出的负载周期信号的模式为二进制形式，诸如00000000、10001000、10101010、11111111。实际上，任何合理长度例如256位长的信号模式都可以用于获得给定的校准精度。模式中的高位和低位应当均衡分配以改善每种模式的收敛时间。在所说微处理器中可以存储一组这些模式，当电表已校准时使用一种或多种选定的模式。

可以理解，输入电路3的电压V′输出取决于施加于FET开关的负载周期信号。对于00000000位模式，FET开关始终处于OFF状态，作用于转换器的电压V′仅仅由电阻4、5确定，并且对应于最大值V_max。同样，对于11111111位模式。FET开关始终处于ON状态，电压V′对应于最小电压V_min。对于混合位模式，例如10101010，电压将依时间在这两个值之间平均。

图2示意性表示应用10101010信号(50％占空比)以产生传输到转换器1的输入端的电压V′的结果。如图中所见，在最小值与最大值之间的电压变化，产生一个时间平均值V′，该值与(V_max+V_min)2相对应。

在图2中，可看出负载周期信号的转换过渡区与交流信号的过零点同步。然而，尽管这是有利的，但并不是有效实施本发明所必需的。

按照最简单的实现方式，在电表校准过程中利用已知的电流和电压值，以及单个负载周期信号模式进行功率测量，所说负载周期信号模式给出正确的功率输出，它是从存储在与该电表相关的一个专用PC中并编程输入微处理器中的一组模式中选定的。所说的校准是相对于输出值的积分值进行的，以吸收负载周期信号对于输入信号的影响。因此，这个模式始终施加着，直到决定需要重新校准该电表为止。

使用哪一个模式的选择由进行校准的操作者确定，或者，如果是自动进行的，由适当的校准装置(例如，用于控制所说微处理器尝试所有模式直到找到给出最精确功率值的模式为止的一台PC机)确定。

在更复杂的实施例中，可以针对一定的负载范围进行校准，从而根据由转换器1的输出信号F_out表示的负载值应用两个或多个负载周期信号。在一个特别简单的实施例中，所说微处理器可以包括应用于低负载情况的一种第一负载周期信号模式(A)和应用于正常负载情况的一种第二负载周期信号(B)。位模式本身的长度可以用作判断应用哪一个负载周期信号的阈值条件。

具体地说，微处理器可以采用以下算法控制两种负载周期信号的应用：

如果在模式持续期间从转换器接收到脉冲输出，则下一个模式＝模式B其它情况下下一个模式＝模式A

在这种情况下，如果脉冲输出保持高电平(即多于每个模式一个脉冲)，则始终应用模式B(正常负载)。而如果脉冲输出保持低电平，则应用模式A(低负载)。对于中间负载，输出脉冲信号自动地在两种模式之间转换，使得这两种模式以较大或较小的相对比例来应用。因此，本发明能够可变化地应用这两种模式，从而形成能够跟踪负载变化的校准曲线。这种第二电平负载控制方法是获得可变校准值的一种特别简单和巧妙的方法。

尽管已经针对使用微处理的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，还可以使用能够向受控电阻提供适合的负载控制信号的其它装置，包括硬件和/或软件。这些装置中包括能够存储适合的二进制模式输入信号的EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)，或者，在本发明的最简单实现方式中，包括用于设定所施加的占空比的一组手动控制的开关。

Claims (10)

1.一种校准电子式电表的方法，所说电表包括用于接收至少一个模拟输入信号和根据至少所说输入信号的值产生一个数字输出信号的转换器，其特征在于所说模拟输入信号经由一个受控电阻元件馈入到所说转换器，所说电阻元件根据一个负载信号在开和关状态之间转换，开和关持续时间的比率根据所说输入信号和输出值的外部比较结果进行选择，从而相对于所说模拟输入信号来校准所说数字输出值。

2.如权利要求1所述的校准方法，其中所说输入信号经由一个电阻分压器输入到所说转换器，该分压器包括相互串联的一个第一和第二电阻，同时所说第二电阻与一个第三受控电阻并联，将施加在所说第二和第三电阻上的电压输入到所说转换器。

3.如权利要求1或2所述的校准方法，其中所说负载信号由一个微处理器提供，该微处理器用于存储一种或多种负载信号模式。

4.如前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中所说模拟输入信号对应于由所说电表测量的电压值。

5.如权利要求4所述的校准方法，其中所说受控信号的转换频率对应于由所说电表测量的电压频率，并与其同步。

6.如前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中所述电表内的微处理器中存储有多个负载周期信号模式，所说微处理器根据来自所述转换器输出信号的幅值施加一种或多种负载周期信号。

7.如权利要求6所述的校准方法，其中所说微处理器可用于施加表示两种校准设置的两种负载周期信号，所述转换器的输出信号用于确定施加每种负载周期信号的适合时间比例。

8.如权利要求6所述的校准方法，其中所说负载周期信号由一种二进制位模式确定，且所说微处理器产生一种第一二进制模式负载信号，直到被转换器输出的一脉冲中断为止，在此情况应用一种第二二进制模式负载信号。

9.按照前述权利要求中任一项所述校准方法进行校准的电子式电表，其特别包括一个转换器和一个受控电阻元件。

10.一种电子式电表的校准方法，和按照基本如参照附图所述的方法进行校准的一种电子式电表。