CN2229084Y - 一种微机化在线测量多用数字式仪表 - Google Patents

Abstract

一种在线测量数字式电工仪表，可用于交流(工频)电压、电流、频率、相位差、功率因数的测量。其特征是，采用了带幅度和相位校正电路的电流传感器1，由开关和电阻元件组成的输入电路2，由电压比较器构成的参考通道3和测量通道5，交直流变换器6和模数变换器7，以及MCS-51单片计算机，实现单片机对测量的控制，运算，自动量程切换和非线性校正，操作方便，适合于电力发、输、配、供变电系统的二次回路工况监测等和普通电气测量。

Description

一种微机化在线测量多用数字式仪表

本实用新型涉及一种电工测量仪表，特别是一种测量交流(工频)电压、电流、频率，相位差等的电工仪表。

现有的在线测量电工仪表有指针式和数字式。前者如MG29和MG64型表，虽然可指示功率因数，但其刻度严重非线性，精度也较低，操作面板上按键太多，换档校准操作复杂，使用不方便。后者如MG29Bs、ZD8066A型表，其基本上属于《电测与仪表》杂志总第23卷第241期“钳式感应式集成相位伏安表”一文所述结构与原理，因采用ICL7106单片集成电路，难以实现功率因数、频率等的测量。为保证其精度，换档较多，而相位显示小数点不能移动，无效零值不能消除，读数不便。

本实用新型的目的是提供一种微机化在线测量多用仪表，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本实用新型是这样实现的：本实用新型采用了现有技术数字显示式仪表结构，其特征为，设置了带有幅度校正电路相位校正电路的电流传感器，由开关和电阻元件组成的输入电路，由电压比较器组成的参考通道，由电压比较器组成的测量通道，交直流变换器和模数变换器，以及MCS—51单片计算机。上述结构构成了单片计算机多功能测量应用系统。测量功能选择时，通过输入电路中功能设置开关和电阻元件将选择信号送至单片机判别，然后通过数码管显示电路显示出被测量的物理符号。测量交流电压时，被测电压通过输入电路取样，经由交直流变换器变为直流电压信号，再经模数变换器变为单片机所接受的数字量，经单片机计数后显示测量结果。交流电流的测量，其与交流电压的测量的区别仅仅是通过电流传感器获得对应于被测回路大电流的小电流值，通过输入电路的取样电阻获得归一化电压值。频率的测量信号既可取自电压信号，也可取自电流信号，经由电压比较器组成的测量通道向单片机输出方波信号，单片机计算出它的一个周期的时间长度T，再按F＝1/T的运算式得出频率值。相位差的测量，是通过单片机对参考通道和测量通道输出的方波信号上升沿之间存在的时间差△T进行测量，经过运算将△T换算为电压间、电流间，或电流与电压间相位差△φ。功率因数的测量则是单片机按余弦函数关系对上述△φ运算后得出的。

本实用新型的优点是，单片机对在线测量进行控制，运算和显示，实现量程自动切换，非线性校正，实现最小应用系统和功能单位显示的一致。其测试精度较传统的同类仪表提高1—2个数量级。实现了相位差显示的小数点移动和无效零值的消除，满足了读数要求。

以下结合附图给出的实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型原理框图。

图2为图1中的电流传感器1的幅度校正和相位校正电路原理图。

图3为图1中交直流变换器6的电路原理图。

根据图1，本实用新型设置有四个检测端V₁、V₂、I₁、I₂，设置有电流传感器1，输入电路2，参考通道3，光耦合隔离器4，测量通道5，交直流变换器6和模数变换器7，MCS—51单片机8，译码器9，显示器10和电源11。输入电路2主要由包含一个五档直键开关和电阻器组成的取样电阻。其有两个作用，一是设置表明测量功能的三位状态码字送单片机8，二是取得归一化标准交流电压值。参考通道3和测量通道5各为两个单电源(或双电源)电压比较器。由于该比较器开环增益较高，所以其输出为方波信号。无论测量频率，相位差，或功率因数，只要两路方波的上升沿不发生畸变，而且做到过零翻转，就可实现精度的进一步提高。交直流变换器6为有源型精密半波整流器，模数变换器7采用低功耗，高特性，价廉的电压频率变换器VFC集成电路，其最高频率设计为15KHZ，对应输入电压为450V。为了避免测量电压间相位差时将外部电路误引入电路形成短路，造成事故，参考通道3之后设置一级光耦合隔离器4，参考通道3由V_CC独立供电，整个仪表不共地，通道3和通道5之间具有1500V以上击穿特性。单片机8采用8751或87C51，或其它MCS—51系列单片机，其有较强的功能和4KB内存容量，可在不另设外存贮器的情况下，直接将运算结果经译码器9加到显示器10进行显示。显示器10为四位数码管，前3位显示测量值，后一位通过其笔划组合即可显示测量单位。电源11设置了两组不共地电源VCC和V_DD。

根据图2，电流传感器1为卡钳式电流互感器，其次级绕组N₂同插头A联接，幅度校正电路主要由可调电阻器W和电阻R₁联接组成，其联接点处为电压输出端V出，可调电阻器W同开关K和插座B联接，插座B经R₂接电源V_DD，校正电容C通过上述电路的开关K联接于该电路，构成相位校正电路。由于电容C是通过开关K接入，因而幅度校正与相位校正互为独立，卡钳的插入式联接使卡钳有较好的通用性。

根据图3，交直流变换器6由低漂移运算放大器A₁、A₂和DC/DC(产生负电压)变换器A₃组成，A₄为精密稳压器。V_入为信号电压输入端，V出1为信号电压输出端，V出2为电源电压输出端。

本实用新型采用双电源供电的电压比较器和有源精密半波整流器，可以降低交流正弦波(尤其是小信号)的波形要求。仅有两组独立电源供电可使仪表体积减小，重量减轻。频率测量范围可以扩展到20HZ—1KHZ。

本实用新型的使用方式为：

通过开关设置相应测量功能。测量电流或电压时，打开校正开关进行校正，并使用图1中I₂或V₂端，测量频率时可使用V₂或者I₂端。两路电压间或电流间，或电压电流间的相位差或功率因数的测量，选定一路作为参考信号，接入V₁或I₁端，另一路接入V₂或I₂。本实用新型适合于电力发、输、配，供变电系统的二次回路工况控制、监测、调节、保护，亦可作普通电气测量。

Claims (4)

1、一种微机化在线测量多用数字式仪表，其特征在于，其具有：

a、带有幅度校正电路和相位校正电路的电流传感器(1)；

b、由开关和电阻元件组成的输入电路(2)；

c、由电压比较器组成的参考通道(3)；

d、由电压比较器组成的测量通道(5)；

e、交直流变换器(6)和模/数变换器(7)；

f、MCS—51单片计算机。

2、根据权利要求1所述的微机化在线测量多用数字式仪表，其特征在于：幅度校正电路主要由可调电阻器(W)和电阻(R₁)联接组成，可调电阻器(W)还同开关K联接；校正电容C通过上述开关K联接于该电路，构成相位校正电路。

3、根据权利要求1所述的微机化在线测量多用数字式仪表，其特征在于：交直流变换器(6)由低漂移运算放大器A₁、A₂和DC/DC变换器A₃组成，模/数转换器(7)由电压频率变换器构成。

4、根据权利要求1或2或3所述的微机化在线测量多用数字式仪表，其特征在于：参考通道(3)与光耦合隔离器(4)联接。

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