CN213302498U - 一种实现测量输出功率的精密测试电压源 - Google Patents

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Abstract

一种实现测量输出功率的精密测试电压源，涉及电源、电能计量技术领域，其包括MCU计算单元、电压输出控制模块、计量运算单元、电压输出电流采样单元和电压输出电压采样单元，所述MCU计算单元分别与电压输出控制模块和计量运算单元连接，所述计量运算单元分别与电压输出电流采样单元和电压输出电压采样单元连接，所述MCU计算单元的输出端还与上位机控制系统的输入端连接。本实用新型对于本电源已知的负载进行检定时，如果批量或某只电能表功耗异常增大，能够将检测数据送上位机，通过数据运算比较发现电能表异常并预警；或者是当负载功率超出电压源额定输出功率时，电源能够根据测量的功率大小进行预警和电源保护，大大的提高了电能表检测的安全性。

Description

一种实现测量输出功率的精密测试电压源
技术领域
本实用新型涉及电源、电能计量技术领域，且更具体地涉及一种测量输出功率的精密测试电压源。
背景技术
随着市场经济的发展和电力体制的改革，形成了电能计量装置集中检验、统一配送的新型管理模式，对电能表检定装置的检定模式提出了更高的要求。为了适应大批量电能表的集中检定需求，减少人为因素的影响，体现计量部门的公平、公正的原则，计量部门大部分都会采用全自动流水线多表位电能表检定装置进行电能表检定，在应用全自动流水线多表位电能表检定装置时，就会用到检定装置中的精密测试电压源。
现有技术中，精密测试电压源只给出最大负载能力指标，对于多表位电能表检定装置配置足够大功率的电压源就可满足实际需求，通过这种方式，一方面能够充分满足各类电能表负载的要求，另一方面，也能方便检定装置生产厂家组织生产。然而，这样的配置，对于全自动流水线线多表位电能表检定装置来说，就会存在一些缺陷。比如电能表检定流水线可能会出现自动接线部分的部分表位电压接线不可靠，出现负载功耗过低或作潜动试验时不合质量电能表的功耗过大的问题，这些问题容易导致电能表测量精度出现偏差。如何发现这些问题就成为电能检测技术领域中亟待解决的技术问题。
实用新型内容
针对上述技术的不足，本实用新型公开一种测量输出功率的精密测试电压源，能够对其所带负载的功耗进行测量，实现对交流精密测试电压源本身输出功率的测量。
本实用新型采用以下技术方案：
一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其中包括：
MCU计算单元，用于对电压输出控制模块的输出控制、对计量运算单元的测量控制和测量数据处理，以计算出电能表检定装置中电压源电压输出回路的电压和电流；
电压输出控制模块，用于执行所述MCU计算单元对本模块所发出的指令及信号并最终输出电压源合乎要求的电压输出功率信号；
计量运算单元，用于测量电压输出控制模块的输出电压信号的电压值、电流值和功率值；
电压输出电流采样单元，用于采样电压输出控制模块输出电压的电流信号，并将采样信号送计量运算单元；
电压输出电压采样单元，用于采样电压输出控制模块输出电压的电压信号，并将采样信号送计量运算单元；其中所述MCU计算单元分别与电压输出控制模块和计量运算单元连接，所述计量运算单元分别与电压输出电流采样单元和电压输出电压采样单元连接，所述MCU计算单元的输出端还与上位机控制系统的输入端连接。
优选地，所述输出功率为电能表检定装置中应用的精密测试电压源的输出功率。
优选地，所述计量运算单元为单相计量芯片。
优选地，所述单相计量芯片为基于RN8209C的计算芯片。
优选地，所述RN8209C芯片设置有SPI通信接口或UART通信接口，并且所述RN8209C芯片通过SPI通信接口或UART通信接口与所述MCU计算单元连接。
优选地，其中电压输出电流采样单元包括电流采样电路和第一抗混叠滤波电路，所述电流采样电路的输出端与所述第一抗混叠滤波电路的输入端连接。
优选地，所述电流采样电路中设置有第一采样电阻Rc，所述第一采样电阻Rc的第一端连接电压输出控制模块的Ucom端，所述第一采样电阻Rc的第二端连接电压输出端子U0；所述第一抗混叠滤波电路包括第二电阻Rc1、第三电阻Rc2、第一电容Cc1和第二电容Cc2，其中所述第二电阻Rc1和第三电阻Rc2的第一端分别连接所述第一采样电阻Rc的两端，所述第二电阻Rc1的第二端与所述第一电容Cc1的第一端连接，所述第三电阻Rc2的第二端与所述第二电容Cc2的第一端连接，所述第一电容Cc1和第二电容Cc2的第二端分别与5V电源接通，并且所述第一电容Cc1和第二电容Cc2的第二端分别与所述计量运算单元的V1P引脚和V1N引脚连接。
优选地，所述电压输出电压采样单元包括电压采样电路和第二抗混叠滤波电路，所述电压采样电路的输出端与所述第二抗混叠滤波电路的输入端连接。
优选地，所述电压采样电路包括第二采样电阻Rv1，所述第二采样电阻Rv1的第一端连接电压输出控制模块的Ucom端，所述第二采样电阻Rv1的第二端连接所述计量运算单元的V3P引脚，所述第二抗混叠滤波电路包括并联连接的第四电阻Rv2、第五电阻Rv3、第三电容Cv1和第四电容Cv2，所述第二采样电阻Rv1的第二端还分别与所述第四电阻Rv2和第三电容Cv1 的第一端连接，所述第四电阻Rv2和第三电容Cv1 的第二端分别与5V电源接通，所述第五电阻Rv3和第四电容Cv2的第一端与5V电源接通，所述第五电阻Rv3和第四电容Cv2的第二端分别与所述计量运算单元的V3N引脚连接。
积极有益效果：
本实用新型对于本电源已知的负载（例如某种规格的多只电能表）进行检定时，如果批量或某只电能表功耗异常增大，本实用新型能够将检测数据送上位机，通过数据运算比较发现电能表异常并预警；或者是当负载功率超出电压源额定输出功率时，电源能够根据测量的功率大小进行预警和电源保护。本实用新型在电源测出所带负载的功率时，能够通过数据比对发现负载是否存在某些问题，并通过检定流水线控制系统对不同表位电压接线的通断自动控制可以判断出电压功耗过大表位。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为传统技术中电能表检定装置的电压精密测试电源电压输出回路原理接线图；
图2为本实用新型中一种实现测量输出功率的精密测试电压源的结构示意图；
图3为本实用新型中电能表检定装置的电压精密测试电源电压输出回路原理接线图；
附图标记：
1- MCU计算单元；2-电压输出控制模块；3-上位机控制系统；4-电压输出电流采样单元；5-电压输出电压采样单元；6-计量运算单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，图1为传统技术中电能表检定装置的电压精密测试电源电压输出回路原理接线图，通过图1可以看出，传统技术中的电压精密测试电源电压输出回路仅仅由上位机控制系统3、MCU计算单元1和电压输出控制模块2构成的，这种技术在电能表检定流水线中可能会出现自动接线部分的部分表位电压接线不可靠，出现负载功耗过低或作潜动试验时有不合质量电能表的功耗过大的问题。针对该问题，提出了新型的能够实现测量输出功率的精密测试电压源。
如图2所示，通过图2，可以看出，本研究的技术方案包括：
MCU计算单元1，用于对电压输出控制模块2的输出控制、对计量运算单元6的测量控制和测量数据处理，以计算出电能表检定装置中电压源电压输出回路的电压和电流；
电压输出控制模块2，用于执行所述MCU计算单元1对本模块所发出的指令及信号并最终输出电压源合乎要求的电压输出功率信号；
计量运算单元6，用于测量电压输出控制模块2的输出电压信号的电压值、电流值和功率值；
电压输出电流采样单元4，用于采样电压输出控制模块2输出电压的电流信号，并将采样信号送计量运算单元6；
电压输出电压采样单元5，用于采样电压输出控制模块2输出电压的电压信号，并将采样信号送计量运算单元6；其中所述MCU计算单元1分别与电压输出控制模块2和计量运算单元6连接，所述计量运算单元6分别与电压输出电流采样单元4和电压输出电压采样单元5连接，所述MCU计算单元1的输出端还与上位机控制系统的输入端连接。
进一步地，所述输出功率为电能表检定装置中应用的精密测试电压源的输出功率。
进一步地参考图3，所述计量运算单元6为单相计量芯片，所述单相计量芯片为基于RN8209C的计算芯片，所述RN8209C芯片设置有SPI通信接口或UART通信接口，并且所述RN8209C芯片通过SPI通信接口或UART通信接口与所述MCU计算单元1连接。
进一步地，其中电压输出电流采样单元4包括电流采样电路和第一抗混叠滤波电路，所述电流采样电路的输出端与所述第一抗混叠滤波电路的输入端连接。
进一步地，所述电流采样电路中设置有第一采样电阻Rc，所述第一采样电阻Rc的第一端连接电压输出控制模块2的Ucom端，所述第一采样电阻Rc的第二端连接电压输出端子U0；所述第一抗混叠滤波电路包括第二电阻Rc1、第三电阻Rc2、第一电容Cc1和第二电容Cc2，其中所述第二电阻Rc1和第三电阻Rc2的第一端分别连接所述第一采样电阻Rc的两端，所述第二电阻Rc1的第二端与所述第一电容Cc1的第一端连接，所述第三电阻Rc2的第二端与所述第二电容Cc2的第一端连接，所述第一电容Cc1和第二电容Cc2的第二端分别与5V电源接通，并且所述第一电容Cc1和第二电容Cc2的第二端分别与所述计量运算单元6的V1P引脚和V1N引脚连接。
进一步地，所述电压输出电压采样单元5包括电压采样电路和第二抗混叠滤波电路，所述电压采样电路的输出端与所述第二抗混叠滤波电路的输入端连接。
进一步地，所述电压采样电路包括第二采样电阻Rv1，所述第二采样电阻Rv1的第一端连接电压输出控制模块2的Ucom端，所述第二采样电阻Rv1的第二端连接所述计量运算单元6的V3P引脚，所述第二抗混叠滤波电路包括并联连接的第四电阻Rv2、第五电阻Rv3、第三电容Cv1和第四电容Cv2，所述第二采样电阻Rv1的第二端还分别与所述第四电阻Rv2和第三电容Cv1 的第一端连接，所述第四电阻Rv2和第三电容Cv1 的第二端分别与5V电源接通，所述第五电阻Rv3和第四电容Cv2的第一端与5V电源接通，所述第五电阻Rv3和第四电容Cv2的第二端分别与所述计量运算单元6的V3N引脚连接。
为了对本实用新型进行充分地理解，下面结合具体实施例，以更好地解释本实用新型。
在进行电能表检定时，将电能表放置在电能表检定装置上，通过精密测试电压源为电能表提供精密测试电压，精密测试电压源在工作过程中输出电压功率信号，其中电压输出电流采样单元4实现精密测试电压源输出电压的电流信息采集，电压输出电压采样单元5实现精密测试电压源输出电压的电压信息采集，通过计量运算单元6实现上述传输电压、电流信号的计算，测出精密测试电压源电压输出回路的电压、电流、功率等电参量，并将所测结果上传上位机控制系统3，通过这种方式实现对测量结果的各种响应。如对于未知负载可根据输出负载电流、功率判定负载特性，也可以根据已知负载特性在批量测试时发现异常功耗的产品，并且能够通过数据比对发现负载是否存在某些问题，这通过进一步的实施例进行说明，以96表位检定流水线单元为例，某型号电能表在正常情况下负载总功耗应在200VA±10%范围内，当测出负载功率明显偏小(如100VA),则可判断有部分表位电压线未接入，需进一步对表位电压线重新接线，直至接线正确。或测出负载功率明显偏大(如400VA)，则可判断有部分表位电压功耗过大，通过检定流水线控制系统对不同表位电压接线的通断自动控制可以判断出电压功耗过大表位。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本实用新型的范围。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：包括：
MCU计算单元（1），用于对电压输出控制模块（2）的输出控制、对计量运算单元（6）的测量控制和测量数据处理，以计算出电能表检定装置中电压源电压输出回路的电压和电流；
电压输出控制模块（2），用于执行所述MCU计算单元（1）对本模块所发出的指令及信号并最终输出电压源合乎要求的电压输出功率信号；
计量运算单元（6），用于测量电压输出控制模块（2）的输出电压信号的电压值、电流值和功率值；
电压输出电流采样单元（4），用于采样电压输出控制模块（2）输出电压的电流信号，并将采样信号送计量运算单元（6）；
电压输出电压采样单元（5），用于采样电压输出控制模块（2）输出电压的电压信号，并将采样信号送计量运算单元（6）；其中：
所述MCU计算单元（1）分别与电压输出控制模块（2）和计量运算单元（6）连接，所述计量运算单元（6）分别与电压输出电流采样单元（4）和电压输出电压采样单元（5）连接，所述MCU计算单元（1）的输出端还与上位机控制系统的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述输出功率为电能表检定装置中应用的精密测试电压源的输出功率。
3.根据权利要求1所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述计量运算单元（6）为单相计量芯片。
4.根据权利要求3所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述单相计量芯片为基于RN8209C的计算芯片。
5.根据权利要求4所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述RN8209C芯片设置有SPI通信接口或UART通信接口，并且所述RN8209C芯片通过SPI通信接口或UART通信接口与所述MCU计算单元（1）连接。
6.根据权利要求1所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：其中电压输出电流采样单元（4）包括电流采样电路和第一抗混叠滤波电路，所述电流采样电路的输出端与所述第一抗混叠滤波电路的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述电流采样电路中设置有第一采样电阻Rc，所述第一采样电阻Rc的第一端连接电压输出控制模块（2）的Ucom端，所述第一采样电阻Rc的第二端连接电压输出端子U0；所述第一抗混叠滤波电路包括第二电阻Rc1、第三电阻Rc2、第一电容Cc1和第二电容Cc2，其中所述第二电阻Rc1和第三电阻Rc2的第一端分别连接所述第一采样电阻Rc的两端，所述第二电阻Rc1的第二端与所述第一电容Cc1的第一端连接，所述第三电阻Rc2的第二端与所述第二电容Cc2的第一端连接，所述第一电容Cc1和第二电容Cc2的第二端分别与5V电源接通，并且所述第一电容Cc1和第二电容Cc2的第二端分别与所述计量运算单元（6）的V1P引脚和V1N引脚连接。
8.根据权利要求1所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述电压输出电压采样单元（5）包括电压采样电路和第二抗混叠滤波电路，所述电压采样电路的输出端与所述第二抗混叠滤波电路的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的一种实现测量输出功率的精密测试电压源，其特征在于：所述电压采样电路包括第二采样电阻Rv1，所述第二采样电阻Rv1的第一端连接电压输出控制模块（2）的Ucom端，所述第二采样电阻Rv1的第二端连接所述计量运算单元（6）的V3P引脚，所述第二抗混叠滤波电路包括并联连接的第四电阻Rv2、第五电阻Rv3、第三电容Cv1和第四电容Cv2，所述第二采样电阻Rv1的第二端还分别与所述第四电阻Rv2和第三电容Cv1 的第一端连接，所述第四电阻Rv2和第三电容Cv1 的第二端分别与5V电源接通，所述第五电阻Rv3和第四电容Cv2的第一端与5V电源接通，所述第五电阻Rv3和第四电容Cv2的第二端分别与所述计量运算单元（6）的V3N引脚连接。
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