CN213986646U - 一种高精度抗干扰电量测试装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度抗干扰电量测试装置，包括电流检测模块；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，所述数字信号处理器通过RS485总线传输给单片机数据，所述单片机通过网络通讯将数据上传至上位机；所述分流电阻器包括导电片、锰铜片、交变磁场屏蔽罩；所述导电片、锰铜片设置在交变磁场屏蔽罩内。本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，结构设计合理，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，抗干扰性能好，应用前景广泛。

Description

一种高精度抗干扰电量测试装置

技术领域

本实用新型涉及测量装置技术领域，具体涉及一种高精度抗干扰电量测试装置。

背景技术

测量是人类对自然界客观事物取得数量概念的一种认识过程，是改造客观世界必不可少的重要手段。测量技术越完善，人们对自然界的认识也就越科学、越深刻。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是掌握企业供电线路和设备运行状态的基础，有些参数还是企业保证功率补偿有效性和合理性的决策依据。电量测试装置是可用于电测实验室、电能表校验设备和精密计量检测的多功能综合测量基准仪器，能够测定电能表、指示仪表、电量变送器的各项指标。仪。

现有技术中的电量测试装置的功能都比较单一，若要测量电量的多种参数值，则要使用多个单项仪器。这样，给测试和分析带来了困难，各项测试结果之间的可比性难以实现。此外，现有技术中的电量测试装置在受到电磁干扰时，会产生计量误差。因此，需要研发出一种高精度抗干扰电量测试装置，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，抗干扰。

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、高精度、抗干扰的问题。

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高精度抗干扰电量测试装置，结构设计合理，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，同时抗干扰性能好，应用前景广泛。

技术方案：一种高精度抗干扰电量测试装置，包括电流检测模块；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，所述数字信号处理器通过RS485总线传输给单片机数据，所述单片机通过网络通讯将数据上传至上位机；所述分流电阻器包括导电片、锰铜片、交变磁场屏蔽罩；所述导电片、锰铜片设置在交变磁场屏蔽罩内；所述导电片包括第一导电片、第二导电片，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；所述锰铜片中部设置有通孔，所述锰铜片上端、下端分别设置有第一连接端、第二连接端；所述第一连接端与信号线一固定连接，所述第二连接端与信号线二固定连接，所述信号线二穿过所述通孔并与所述信号线一缠绕在一起，所述信号线一、信号线二扭绞处两端通过热缩套管进行固定；所述信号线一、信号线二的末端分别与电路板连接。

本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，结构设计合理，电流检测采用了分流电阻器检测 ，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。

由于工频磁场对分流电阻器会造成较大的影响，本实用新型所述分流电阻器，锰铜片作为采样电阻片，其两端分别与第一导电片与第二导电片相连接，第一连接端和第二连接端分别设在锰铜片的两端，且在锰铜片中设有一个通孔，让连接于下侧边的信号线穿出锰铜片的通孔，并在锰铜片的上方与上侧边的信号线一、信号线二铰在一起，使得在磁场中采样电阻片上会有两个方向相反的回路，在交变磁场的作用下，两边形成的感应电流相反，可以相互抵消，减少了受交变磁场的干扰，降低了磁场对电流采样信号的影响，从而有效地保证了电量测试装置计量的准确性。

同时，用交变磁场屏蔽罩罩住导电片、锰铜片，也减小作为电量测试装置的电流采样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。

此外，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，信号线一、信号线二扭绞之处用热缩套管进行固定，尽可能减少线路磁场感应面积，在一定程度上也降低了工磁干扰。

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，还包括电压检测模块，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。

本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，还包括电压检测，电压检测采用霍尔电压传感器，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转换器一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。

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，还包括温度传感器，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。

本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，还包括温度检测，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。

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，

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，所述信号线一、信号线二与所述电路板之间还设置有抗工磁干扰电路。

通过在信号线一、信号线二与电路板之间还设置有抗工磁干扰电路，进一步降低了工磁干扰。

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，所述抗工磁干扰电路包括滤波及差分放大电路、隔离放大电路，所述滤波及差分放大电路、隔离放大电路串联。

所述抗工磁干扰电路，通过滤波及差分放大电路对干扰信号进行抑制处理，通过隔离放大电路实现输入部分和输出部分的物理隔离，大大减小作为电流采样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量测试装置计量的准确性。

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，所述滤波及差分放大电路包括低通滤波电路、差分放大电路，所述低通滤波电路、差分放大电路串联。

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，所述低通滤波电路由两个RC低通滤波电路并联组成；所述RC低通滤波电路由两个电容一个电阻组成。

进一步的，上述的高精度抗干扰电量测试装置，所述差分放大电路由三个查分放大器组成，并且所述查分放大器的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路还包括若干个电源输入电路，每个所述电源输入电路的电源输入脚设置有RC滤波电路。

本实用新型的有益效果为：

（1） 本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，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；

（2） 本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，所述分流变阻器，结构设计合理，通过形成两个方向相反的回路，在交变磁场的作用下，两边形成的感应电流相反，可以相互抵消，减少了受交变磁场的干扰；其次，用交变磁场屏蔽罩罩住导电片、锰铜片，降低受到交变磁场的干扰；最后，通过滤波及差分放大电路对干扰信号进行抑制处理，通过隔离放大电路实现输入部分和输出部分的物理隔离，减小了分流变阻器受到交变磁场的干扰，解决了分流变阻器受到工磁干扰导致电量测试装置准确性降低的问题，抗干扰效果好。

附图说明

图1为本实用新型所述高精度抗干扰电量测试装置的构架图一；

图2为本实用新型所述高精度抗干扰电量测试装置的构架图二；

图3为本实用新型所述高精度抗干扰电量测试装置的分流电阻器结构示意图；

图4为本实用新型所述高精度抗干扰电量测试装置的分流电阻器电性连接示意图；

图5为本实用新型所述高精度抗干扰电量测试装置的分流电阻器的波及差分放大电路的电路示意图；

图中：电流检测模块1、分流电阻器11、导电片111、第一导电片1111、第二导电片1112、锰铜片112、通孔1121、第一连接端1122、第二连接端1123、信号线一1124、信号线二1125、热缩套管1126、交变磁场屏蔽罩113、电路板114、抗工磁干扰电路115、滤波及差分放大电路1151、隔离放大电路1152、运算放大电路12、A/D转换器一13、数字信号处理器2、单片机3、上位机4、电压检测模块5、霍尔电压传感器51、整流滤波电路52、A/D转换器二53、温度传感器6、低通滤波电路a、差分放大电路b、RC低通滤波电路c、查分放大器d、电源输入电路e、RC滤波电路f。

具体实施方式

下面结合附图1-5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、3所示的上述结构的高精度抗干扰电量测试装置，包括电流检测模块1；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2依次电性连接，所述数字信号处理器2通过RS485总线传输给单片机3数据，所述单片机3通过网络通讯将数据上传至上位机4；所述分流电阻器11包括导电片111、锰铜片112、交变磁场屏蔽罩113；所述导电片111、锰铜片112设置在交变磁场屏蔽罩113内；所述导电片111包括第一导电片1111、第二导电片1112，所述第一导电片1111、锰铜片112、第二导电片1112依次连接并处于同一平面上；所述锰铜片112中部设置有通孔1121，所述锰铜片112上端、下端分别设置有第一连接端1122、第二连接端1123；所述第一连接端1122与信号线一1124固定连接，所述第二连接端1123与信号线二1125固定连接，所述信号线二1125穿过所述通孔1121并与所述信号线一1124缠绕在一起，所述信号线一1124、信号线二1125扭绞处两端通过热缩套管1126进行固定；所述信号线一1124、信号线二1125的末端分别与电路板114连接。

进一步的，如图1、2所示，还包括电压检测模块5，所述电压检测模块5包括霍尔电压传感器51、整流滤波电路52、A/D转换器二53，所述霍尔电压传感器51、整流滤波电路52、A/D转换器二53、数字信号处理器2依次电性连接；所述数字信号处理器2通过RS485总线传输给单片机3数据，所述单片机3通过网络通讯将数据上传至上位机4。

进一步的，还包括温度传感器6，所述温度传感器6以单总线协议的方式传输给单片机3数据，所述单片机3通过网络通讯将数据上传至上位机4。

此外，如图3、4所示，所述信号线一1124、信号线二1125与所述电路板114之间还设置有抗工磁干扰电路115。

进一步的，如图5所示，所述抗工磁干扰电路115包括滤波及差分放大电路1151、隔离放大电路1152，所述滤波及差分放大电路1151、隔离放大电路1152串联。

进一步的所述滤波及差分放大电路1151包括低通滤波电路a、差分放大电路b，所述低通滤波电路a、差分放大电路b串联。所述低通滤波电路a由两个RC低通滤波电路c并联组成；所述RC低通滤波电路c由两个电容一个电阻组成。

进一步的，所述差分放大电路b由三个查分放大器d组成，并且所述查分放大器b的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路b还包括若干个电源输入电路e，每个所述电源输入电路e的电源输入脚设置有RC滤波电路f。

实施例

基于以上的结构基础，如图1~5所示。

本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，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，抗干扰性能好，应用前景广泛。

其中， 电流检测采用了分流电阻器11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2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3电流数据，具有精度相对较高、结构简单、成本低等优点。

由于工频磁场对分流电阻器11会造成较大的影响，本实用新型所述分流电阻器11，锰铜片112作为采样电阻片，其两端分别与第一导电片1111与第二导电片1112相连接，第一连接端1122和第二连接端1123分别设在锰铜片112的两端，且在锰铜片112中设有一个通孔1121，让连接于下侧边的信号线穿出锰铜片112的通孔1121，并在锰铜片112的上方与上侧边的信号线一1124、信号线二1125铰在一起，使得在磁场中采样电阻片即锰铜片112上会有两个方向相反的回路，在交变磁场的作用下，两边形成的感应电流相反，可以相互抵消，减少了受交变磁场的干扰，降低了磁场对电流采样信号的影响，从而有效地保证了电量测试装置计量的准确性。

同时，用交变磁场屏蔽罩113罩住导电片111、锰铜片112，也减小作为电量测试装的电流采样元件的分流电阻器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。

此外，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，信号线一1124、信号线二1125扭绞之处用热缩套管1126进行固定，尽可能减少线路磁场感应面积，在一定程度上也降低了工磁干扰。

进一步的，本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，还包括电压检测，电压检测采用霍尔电压传感器51，霍尔电压传感器51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51可以选择WHV-AS56S闭环系列霍尔电压传感器。 霍尔电压传感51器输出的是交流模拟信号，整流滤波电路52将交流信号转变为直流信号，再通过A/D转换器二53将其转换为数字信号，经数字信号处理器2处理后通过RS485总线传输给单片机4。

进一步的，本实用新型所述的高精度抗干扰电量测试装置，还包括温度检测，温度传感器6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6，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4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5、温度传感器6、数字信号处理器2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5、1个温度传感器6、1个数字信号处理器2为一组采集终端，采集终端与单片机3是多对一的关系，单片机3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3通过网络通讯将这些数据上传至上位机4，上位机4可以是计算机，在上位机4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4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，通过在信号线一1124、信号线二1125与电路板114之间还设置有抗工磁干扰电路115，进一步降低了工磁干扰。所述抗工磁干扰电路115，通过滤波及差分放大电路1151对干扰信号进行抑制处理，通过隔离放大电路1152实现输入部分和输出部分的物理隔离，大大减小作为电流采样元件的分流电阻器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量测试装置计量的准确性。

在抗工磁干扰电路115中使用 3 个差分放大d器组成 2 级差分放大电路，提高电路的输入阻抗和共模抑制比，有效的抑制了工磁干扰信号。在每个运放的电源输入脚e添加RC滤波电路f，可以有效抑制引入的高频干扰，同时可以减小供电电压的纹波幅度，保证运放工作性能的稳定性。

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)

1.一种高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，包括电流检测模块（1）；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（2）依次电性连接，所述数字信号处理器（2）通过RS485总线传输给单片机（3）数据，所述单片机（3）通过网络通讯将数据上传至上位机（4）；所述分流电阻器（11）包括导电片（111）、锰铜片（112）、交变磁场屏蔽罩（113）；所述导电片（111）、锰铜片（112）设置在交变磁场屏蔽罩（113）内；所述导电片（111）包括第一导电片（1111）、第二导电片（1112），所述第一导电片（1111）、锰铜片（112）、第二导电片（1112）依次连接并处于同一平面上；所述锰铜片（112）中部设置有通孔（1121），所述锰铜片（112）上端、下端分别设置有第一连接端（1122）、第二连接端（1123）；所述第一连接端（1122）与信号线一（1124）固定连接，所述第二连接端（1123）与信号线二（1125）固定连接，所述信号线二（1125）穿过所述通孔（1121）并与所述信号线一（1124）缠绕在一起，所述信号线一（1124）、信号线二（1125）扭绞处两端通过热缩套管（1126）进行固定；所述信号线一（1124）、信号线二（1125）的末端分别与电路板（114）连接。

2.根据权利要求1所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，还包括电压检测模块（5），所述电压检测模块（5）包括霍尔电压传感器（51）、整流滤波电路（52）、A/D转换器二（53），所述霍尔电压传感器（51）、整流滤波电路（52）、A/D转换器二（53）、数字信号处理器（2）依次电性连接。

3.根据权利要求2所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，还包括温度传感器（6），所述温度传感器（6）以单总线协议的方式传输给单片机（3）数据，所述单片机（3）通过网络通讯将数据上传至上位机（4）。

4.根据权利要求1所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，所述信号线一（1124）、信号线二（1125）与所述电路板（114）之间还设置有抗工磁干扰电路（115）。

5.根据权利要求4所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，所述抗工磁干扰电路（115）包括滤波及差分放大电路（1151）、隔离放大电路（1152），所述滤波及差分放大电路（1151）、隔离放大电路（1152）串联。

6.根据权利要求5所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，所述滤波及差分放大电路（1151）包括低通滤波电路、差分放大电路，所述低通滤波电路、差分放大电路串联。

7.根据权利要求6所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，所述低通滤波电路由两个RC低通滤波电路并联组成；所述RC低通滤波电路由两个电容一个电阻组成。

8.根据权利要求7所述的高精度抗干扰电量测试装置，其特征在于，所述差分放大电路由三个查分放大器组成，并且所述查分放大器的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路还包括若干个电源输入电路，每个所述电源输入电路的电源输入脚设置有RC滤波电路。

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