CN213457129U - 一种电量精密测试装置 - Google Patents

Abstract

一种电量精密测试装置，包括电流检测模块、电压检测模块、温度传感器、数字信号处理器、单片机，所述电流检测模块包括分流电阻器、运算放大电路、A/D转换器一，所述电压检测模块包括霍尔电压传感器、整流滤波电路、A/D转换器二；所述分流电阻器、运算放大电路、A/D转换器一、数字信号处理器依次电性连接，所述霍尔电压传感器、整流滤波电路、A/D转换器二、数字信号处理器依次电性连接，所述数字信号处理器通过RS485总线传输给单片机数据，所述温度传感器以单总线协议的方式传输给单片机数据。本实用新型所述的电量精密测试装置，智能化程度高，在保证测试高精度同时，实现了多个电力设备电压、电流、温度数据的采集、传输、显示、监控，应用前景广泛。

Description

一种电量精密测试装置

技术领域

本实用新型涉及测量装置技术领域，具体涉及一种电量精密测试装置。

背景技术

在科学技术工作领域中，测量是一项最大量、最普遍的工作，测量技术越完善，人们对自然界的认识也就越科学、越深刻，电量测试就是测量技术的一种。对电量进行测试，不仅能反映不同产品的能效差异，还通过对企业供电线路的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等参数的检测以来实现对企业供电线路和设备运行状态的掌握，是保证功率补偿有效性和合理性的决策依据。

随着大规模集成电路和微型计算机的发展和应用，使得电量测试装置也向智能化、系统化、高精度方向发展。在电量测试装置的实际应用过程中，往往需要同时间测量多台产品、或者电力设备的电流和电压是否在正常工作范围之内，往往由于人手等问题，收集电量数据有些困难。因此，需要研发出一种电量精密测试装置，既可以实现多个测试同一时间收集数据，又保证测试的高精度。

中国专利申请号为CN201821984152.X公开了一种电力系统用电量测量装置，是通过在电量测量器本体的下表面焊接有安装板，以来实现便于测量电量的目的，没有实现电量测量装置的实现多个测试同一时间收集数据，又保证测试的高精度的问题。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种电量精密测试装置，结构设计合理，智能化程度高，在保证测试高精度的同时，实现了多个电力设备电压、电流、温度数据的采集、传输、显示、监控，应用前景广泛。

技术方案：一种电量精密测试装置，包括电流检测模块、电压检测模块、温度传感器、数字信号处理器、单片机，所述电流检测模块包括分流电阻器、运算放大电路、A/D转换器一，所述电压检测模块包括霍尔电压传感器、整流滤波电路、A/D转换器二；所述分流电阻器、运算放大电路、A/D转换器一、数字信号处理器依次电性连接，所述霍尔电压传感器、整流滤波电路、A/D转换器二、数字信号处理器依次电性连接，所述数字信号处理器通过RS485总线传输给单片机数据，所述温度传感器以单总线协议的方式传输给单片机数据，所述单片机通过网络通讯将数据上传至上位机。

本实用新型所述的电量精密测试装置，结构设计合理，电流检测采用了分流器检测 ，待测电机、导线、马达等电力设备的电流通过串联在电路中的分流电阻器，分流电阻器两端的电压是微弱的模拟量信号，经运算放大电路将微弱电压信号放大，再通过A/D转换器一将其转换为数字信号，经数字信号处理器处理后根据欧姆定律计算出实际电流值，通过RS485总线传输给单片机电流数据，具有精度相对较高、结构简单、成本低等优点；电压检测采用霍尔传感器，霍尔电压传感器依据霍尔闭环原理，实现电力设备的交流、直流和脉动电压的隔离从而进行精确的电压测量，不需要外界电源供电，具有精度高、线性度好、宽带宽的优点。所述霍尔电压传感器可以选择WHV-AS56S闭环系列霍尔电压传感器。 霍尔电压传感器输出的是交流模拟信号，整流滤波电路将交流信号转变为直流信号，再通过A/D转换器二将其转换为数字信号，经数字信号处理器处理后通过RS485总线传输给单片机； 温度传感器用来检测待测电力设备运行过程中的温度，可以选择 DS18B20 的温度传感器，DS18B20 传输数据是以单总线协议的方式传输，只需要一根数据线就可以让传感器与单片机之间通信，并支持多点组网功能，即允许多个 DS18B20 同时挂载在一根单总线上。

其中，所述电流检测模块、电压检测模块、温度传感器、数字信号处理器的数量可以是多个或一个，1个电流检测模块、1个电压检测模块、1个温度传感器、1个数字信号处理器为一组采集终端，采集终端与单片机是多对一的关系，单片机通过RS485总线以及单总线连接多个采集终端，从多个采集终端同时实时采集到多个电力设备的电压、电流、温度数据，单片机通过网络通讯将这些数据上传至上位机，上位机可以是计算机，在上位机显示、储存、处理每个采集终端采集到的电压、电流、温度数据，上位机通常设置有中央监控室，进而监控多个电力设备的实时的电压、电流、温度数据。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述分流电阻器包括第一导电片、第二导电片、锰铜片，所述第一导电片、锰铜片、第二导电片依次连接并处于同一平面上；所述第一导电片上侧边缘向上凸伸处设置有采样连接端一，所述第二导电片上侧边缘向上凸伸处设置有采样连接端二；所述采样连接端一、采样连接端二通过采集信号线与运算放大电路连接。

待测电机、导线、马达等电力设备的电流通过串联在电路中的分流电阻器，会转换为对应的电压信号，采样的电压信号通过采样连接端一、采样连接端输送至采集信号线，经运算放大电路将微弱电压信号放大，再通过A/D转换器一将其转换为数字信号，经数字信号处理器处理后根据欧姆定律计算出实际电流值，通过RS485总线传输给单片机电流数据，其中，锰铜片是作为采样电阻片。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述采样连接端一、采样连接端二外侧套接有空心线圈一、空心线圈二，所述空心线圈一包括导线、环形骨架，所述导线密绕在所述环形骨架上，所述空心线圈二与所述空心线圈一结构相同。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述采样连接端一与所述空心线圈一连接处的间隙由树脂浇注灌封，所述采样连接端二与所述空心线圈二连接处的间隙由树脂浇注灌封。

采用树脂浇注灌封，以来固定空心线圈一、空心线圈二和采样连接端一、采样连接端二的相对位置，能有效控制空心线圈一、空心线圈二的位置误差。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述环形骨架由铁芯构成，所述环形骨架设置有若干气隙，所述气隙内设置有抗工磁PCB，所述抗工磁PCB有若干个，所述抗工磁PCB尾串联构成二次绕组。

所述环形骨架由带气隙的铁芯构成，采用气隙铁芯来做骨架，在气隙内放置抗工磁PCB，每块抗工磁PCB上有由抗工磁组件组成的电气回路，将所有 PCB 上的电气回路首尾串联构成二次绕组。采集的电压信号通过采样连接端一、采样连接端输送至采集信号线，回路中就会出现感应电动势，并产生感应电流，此时，空心线圈一、空心线圈二的抗工磁PCB同时会产生大小不等、方向相反的感应电动势（感应电流），该感应电流与回路中的感应电流相抵消，消除了感应电流对电流计量带来的影响，大大减小作为电流检测模块元件的分流电阻器受到交变磁场的干扰，降低了磁场对电流采样信号的影响，从而有效地保证了电流的计量的准确性，提高了精密度。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述抗工磁PCB由低通滤波电路、仪表放大器和积分电路组成。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述采集信号线为两根，所述采集信号线一根的两端分别与所述采样连接端一、运算放大电路连接，所述采集信号线另一根的两端分别与所述采样连接端二、运算放大电路连接。

进一步的，上述的电量精密测试装置，所述采集信号线两根扭绞在一起，所述采集信号线扭绞处两端通过热缩套管进行固定。

为了防止外部交变磁场或者自身变压器漏磁影响电流采样回路而导致电流采样不准确、进而影响计量精度，所述分流电阻器垂直水平面放置，扭绞两端的采集信号线用热缩套管进行固定，尽可能减少线路磁场感应面积。

本实用新型的有益效果为：本实用新型所述的电量精密测试装置，所述电流检测模块、电压检测模块、温度传感器、数字信号处理器的数量可以是多个或一个，1个电流检测模块、1个电压检测模块、1个温度传感器、1个数字信号处理器为一组采集终端，采集终端与单片机是多对一的关系，单片机通过RS485总线以及单总线连接多个采集终端，从多个采集终端同时实时采集到多个电力设备的电压、电流、温度数据，单片机通过网络通讯将这些数据上传至上位机，在上位机显示、储存、处理每个采集终端采集到的电压、电流、温度数据，在保证测试高精度的同时，实现了多个电力设备电压、电流、温度数据的采集、传输、显示、监控，智能化程度高，应用前景广泛。

附图说明

图1为本实用新型所述电量精密测试装置的构架图一；

图2为本实用新型所述电量精密测试装置的构架图二；

图3为本实用新型所述电量精密测试装置的分流电阻器结构示意图；

图4为本实用新型所述电量精密测试装置的空心线圈一的结构示意图；

图中：电流检测模块1、分流电阻器11、第一导电片111、第二导电片112、锰铜片113、采样连接端一114、采样连接端二115、采集信号线116、空心线圈一117、导线1171、环形骨架1172、气隙1173、抗工磁PCB1174、空心线圈二118、热缩套管119、运算放大电路12、A/D转换器一13、电压检测模块2、霍尔电压传感器21、整流滤波电路22、A/D转换器二23、温度传感器3、数字信号处理器4、单片机5、上位机6。

具体实施方式

下面结合附图1-4和具体实施例，进一步阐明本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、2所示的上述结构的电量精密测试装置，包括电流检测模块1、电压检测模块2、温度传感器3、数字信号处理器4、单片机5，所述电流检测模块1包括分流电阻器11、运算放大电路12、A/D转换器一13，所述电压检测模块2包括霍尔电压传感器21、整流滤波电路22、A/D转换器二23；所述分流电阻器11、运算放大电路12、A/D转换器一13、数字信号处理器4依次电性连接，所述霍尔电压传感器21、整流滤波电路22、A/D转换器二23、数字信号处理器4依次电性连接，所述数字信号处理器4通过RS485总线传输给单片机5数据，所述温度传感器以单总线协议的方式传输给单片机5数据，所述单片机5通过网络通讯将数据上传至上位机6。

进一步的，如图3、4所示，所述分流电阻器11包括第一导电片111、第二导电片112、锰铜片113，所述第一导电片111、锰铜片113、第二导电片112依次连接并处于同一平面上；所述第一导电片11上侧边缘向上凸伸处设置有采样连接端一114，所述第二导电片112上侧边缘向上凸伸处设置有采样连接端二115；所述采样连接端一114、采样连接端二115通过采集信号线116与运算放大电路12连接。

进一步的，所述采样连接端一114、采样连接端二115外侧套接有空心线圈一117、空心线圈二118，所述空心线圈一117包括导线1171、环形骨架1172，所述导线1171密绕在所述环形骨架1172上，所述空心线圈二118与所述空心线圈一117结构相同。

此外，所述采样连接端一114与所述空心线圈一117连接处的间隙由树脂浇注灌封，所述采样连接端二115与所述空心线圈二118连接处的间隙由树脂浇注灌封。

进一步的，所述环形骨架1172由铁芯构成，所述环形骨架1172设置有若干气隙1173，所述气隙1173内设置有抗工磁PCB1174，所述抗工磁PCB1174有若干个，所述抗工磁PCB1174尾串联构成二次绕组。

进一步的，所述抗工磁PCB1174由低通滤波电路、仪表放大器和积分电路组成。

进一步的，所述采集信号线116为两根，所述采集信号线116一根的两端分别与所述采样连接端一114、运算放大电路12连接，所述采集信号线116另一根的两端分别与所述采样连接端二115、运算放大电路12连接。

进一步的，所述采集信号线116两根扭绞在一起，所述采集信号线116扭绞处两端通过热缩套管119进行固定。

实施例

基于以上的结构基础，如图1~4所示。

本实用新型所述的电量精密测试装置，结构设计合理，智能化程度高，在保证测试高精度的同时，实现了多个电力设备电压、电流、温度数据的采集、传输、显示、监控，应用前景广泛。

本实用新型所述的电量精密测试装置，结构设计合理，电流检测模块1采用了分流器检测，待测电机、导线、马达等电力设备的电流通过串联在电路中的分流电阻器11，分流电阻器11两端的电压是微弱的模拟量信号，经运算放大电路12将微弱电压信号放大，再通过A/D转换器一13将其转换为数字信号，经数字信号处理器4处理后根据欧姆定律计算出实际电流值，通过RS485总线传输给单片机5电流数据，具有精度相对较高、结构简单、成本低等优点；电压检测模块2采用霍尔电压传感器21，霍尔电压传感器21依据霍尔闭环原理，实现电力设备的交流、直流和脉动电压的隔离从而进行精确的电压测量，不需要外界电源供电，具有精度高、线性度好、宽带宽的优点。所述霍尔电压传感器21可以选择WHV-AS56S闭环系列霍尔电压传感器。 霍尔电压传感器21输出的是交流模拟信号，整流滤波电路22将交流信号转变为直流信号，再通过A/D转换器二23将其转换为数字信号，经数字信号处理器4处理后通过RS485总线传输给单片机； 温度传感器3用来检测待测电力设备运行过程中的温度，可以选择 DS18B20 的温度传感器，DS18B20 传输数据是以单总线协议的方式传输，只需要一根数据线就可以让传感器与单片机之间通信，并支持多点组网功能，即允许多个DS18B20 同时挂载在一根单总线上。

其中，所述电流检测模块1、电压检测模块2、温度传感器3、数字信号处理器4的数量可以是多个或一个，1个电流检测模块1、1个电压检测模块2、1个温度传感器3、1个数字信号处理器4为一组采集终端，采集终端与单片机5是多对一的关系，单片机5通过RS485总线以及单总线连接多个采集终端，从多个采集终端同时实时采集到多个电力设备的电压、电流、温度数据，单片机5通过网络通讯将这些数据上传至上位机6，上位机6可以是计算机，在上位机显示、储存、处理每个采集终端采集到的电压、电流、温度数据，上位机6通常设置有中央监控室，进而监控多个电力设备的实时的电压、电流、温度数据。

本实用新型所述分流电阻器11，待测电机、导线、马达等电力设备的电流通过串联在电路中的分流电阻器11，会转换为对应的电压信号，采样的电压信号通过采样连接端一114、采样连接端二115输送至采集信号线116，经运算放大电路12将微弱电压信号放大，再通过A/D转换器一13将其转换为数字信号，经数字信号处理器4处理后根据欧姆定律计算出实际电流值，通过RS485总线传输给单片机5电流数据，其中，锰铜片113是作为采样电阻片。

进一步的，采用树脂浇注灌封，以来固定空心线圈一117、空心线圈二118和采样连接端一114、采样连接端二115的相对位置，能有效控制空心线圈一117、空心线圈二118的位置误差。

其中，所述环形骨架1172由带气隙1173的铁芯构成，采用气隙铁芯来做骨架，在气隙1173内放置抗工磁PCB1174，每块抗工磁PCB1174上有由抗工磁组件组成的电气回路，将所有 PCB 上的电气回路首尾串联构成二次绕组。采集的电压信号通过采样连接端一114、采样连接端二115输送至采集信号线116，回路中就会出现感应电动势，并产生感应电流，此时，空心线圈一117、空心线圈二118的抗工磁PCB1174同时会产生大小不等、方向相反的感应电流，该感应电流与回路中的感应电流相抵消，消除了感应电流对电流计量带来的影响，大大减小作为电流检测模块元件的分流电阻器11受到交变磁场的干扰，降低了磁场对电流采样信号的影响，从而有效地保证了电流的计量的准确性，提高了精密度。

进一步的，为了防止外部交变磁场或者自身变压器漏磁影响电流采样回路而导致电流采样不准确、进而影响计量精度，所述分流电阻器11垂直水平面放置，扭绞两端的采集信号线116用热缩套管119进行固定，尽可能减少线路磁场感应面积。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (8)

1.一种电量精密测试装置，其特征在于，包括电流检测模块（1）、电压检测模块（2）、温度传感器（3）、数字信号处理器（4）、单片机（5），所述电流检测模块（1）包括分流电阻器（11）、运算放大电路（12）、A/D转换器一（13），所述电压检测模块（2）包括霍尔电压传感器（21）、整流滤波电路（22）、A/D转换器二（23）；所述分流电阻器（11）、运算放大电路（12）、A/D转换器一（13）、数字信号处理器（4）依次电性连接，所述霍尔电压传感器（21）、整流滤波电路（22）、A/D转换器二（23）、数字信号处理器（4）依次电性连接，所述数字信号处理器（4）通过RS485总线传输给单片机（5）数据，所述温度传感器以单总线协议的方式传输给单片机（5）数据，所述单片机（5）通过网络通讯将数据上传至上位机（6）。

2.根据权利要求1所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述分流电阻器（11）包括第一导电片（111）、第二导电片（112）、锰铜片（113），所述第一导电片（111）、锰铜片（113）、第二导电片（112）依次连接并处于同一平面上；所述第一导电片（111）上侧边缘向上凸伸处设置有采样连接端一（114），所述第二导电片（112）上侧边缘向上凸伸处设置有采样连接端二（115）；所述采样连接端一（114）、采样连接端二（115）通过采集信号线（116）与运算放大电路（12）连接。

3.根据权利要求2所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述采样连接端一（114）、采样连接端二（115）外侧套接有空心线圈一（117）、空心线圈二（118），所述空心线圈一（117）包括导线（1171）、环形骨架（1172），所述导线（1171）密绕在所述环形骨架（1172）上，所述空心线圈二（118）与所述空心线圈一（117）结构相同。

4.根据权利要求3所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述采样连接端一（114）与所述空心线圈一（117）连接处的间隙由树脂浇注灌封，所述采样连接端二（115）与所述空心线圈二（118）连接处的间隙由树脂浇注灌封。

5.根据权利要求3所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述环形骨架（1172）由铁芯构成，所述环形骨架（1172）设置有若干气隙（1173），所述气隙（1173）内设置有抗工磁PCB（1174），所述抗工磁PCB（1174）有若干个，所述抗工磁PCB（1174）尾串联构成二次绕组。

6.根据权利要求5所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述抗工磁PCB（1174）由低通滤波电路、仪表放大器和积分电路组成。

7.根据权利要求6所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述采集信号线（116）为两根，所述采集信号线（116）一根的两端分别与所述采样连接端一（114）、运算放大电路（12）连接，所述采集信号线（116）另一根的两端分别与所述采样连接端二（115）、运算放大电路（12）连接。

8.根据权利要求7所述的电量精密测试装置，其特征在于，所述采集信号线（116）两根扭绞在一起，所述采集信号线（116）扭绞处两端通过热缩套管（119）进行固定。

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