專利名稱:電子式電能表的制作方法
本實用新型涉及一種電能測量儀器，特別是涉及一種校驗民用電度表的電子式電能表。
我國目前所用的家用電度表的校驗表，均采用感應(yīng)式原理制造，精度為0.5級。瑞士LANDIS & GYR公司制造的Z·T型電表也是一種精度為0.5級家用電表，它們的指示器均為機(jī)械指針式指示器，這樣的電度精度較差，讀數(shù)不直觀。
本實用新型的目的在于向公眾提供一種精度為0.2級的電子式電能表，用液晶數(shù)字顯示被測電能的量值，既直觀又使用方便。
本實用新型由電壓互感器B1、電流互感器B2、乘法器、i－f變換器、顯示裝置、電源、時序電能、控制開關(guān)、外殼、支架和緊固件組成。本實用新型的原理方框圖如附圖1所示，它是在Z·T型電表的乘法器中增加了功率和溫度補(bǔ)償電路，在其顯示裝置中將機(jī)械指針式顯示改為液晶數(shù)字顯示，并增加了一個光電脈沖電路。附圖1中，電壓互感器B1和電流互感器B2起到與電網(wǎng)的隔離作用，并為乘法器1提供合適的電平，乘法器的作用是基于時分割法原理，它由電壓調(diào)寬電路和電流調(diào)幅電路以及功率和溫度補(bǔ)償電路組成。電壓調(diào)寬電路將由電壓互感器B1二次側(cè)輸入的電壓瞬時值變換為寬度與之相適應(yīng)的方波，再經(jīng)電流互感器B2二次側(cè)電流幅度去調(diào)制這一方波，從而在乘法器的輸出端得到被測信號的電壓和電流的瞬時值的乘積——安培·秒面積，它和被測信號的瞬時功率成正比。但當(dāng)待信號在大功率時，電流互感器B2通過較大電流，二次側(cè)電流的傳遞系數(shù)有下降的趨勢，同時當(dāng)工作環(huán)境溫度發(fā)生變化時，會引起電路中晶體管的內(nèi)阻發(fā)生變化，這些都會影響儀器的精度和穩(wěn)定性，故本實用新型設(shè)置了功率和溫度補(bǔ)償電路，它是通過控制方波調(diào)寬電路的調(diào)寬系數(shù)來實現(xiàn)的。其工作原理見附圖2，它由6JC1、6JC2和電流互感器上的輔助繞阻B，負(fù)載電阻R1以及4B33，34，電阻和電位器4W2等組成。當(dāng)B2上通過的電流上升時，在R1上的交變電壓隨著上升，并由6JC1整流成直流電壓，由6R10線性疊加到6JC2的反相輸入端，使6JC2的輸出電壓隨被測電流的升高而升高，通過電壓互感器B1的中心抽頭A加到調(diào)寬電路上，控制方波調(diào)寬電路的調(diào)寬系數(shù)，補(bǔ)償大功率下電流互感器二次側(cè)電流傳遞系數(shù)下降的趨勢，使負(fù)載特性曲線得到改善。溫度補(bǔ)償是通過兩只三極管4BG33，34(見附圖2)接成二極管形式，與4R31，4R32構(gòu)成一個電橋，電位器4W2作為電橋的對角線，其中心抽頭所得到的電壓加到6JC2的同相輸入端，調(diào)節(jié)6CJ2的輸出電壓，從而起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩３朔ㄆ鬏敵龅姆讲ㄔ俳?jīng)積分器和比較器，即i－f轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換成與方波面積成正比的脈沖頻率。i－f轉(zhuǎn)換器的工作原理接近于變形的二次積分式模數(shù)變換原理，與方波面積成正比的脈沖頻率通過時序電路5，數(shù)字控電路6及轉(zhuǎn)換開關(guān)等，最后經(jīng)液晶顯示器6以數(shù)字形式顯示出某段時間內(nèi)被測信號的電能值。為了使本實用新型能進(jìn)行光電信號控制的測試，特設(shè)置了光電脈沖形成電路，將光電探頭拾取的信號經(jīng)放大、整形后通過轉(zhuǎn)換開關(guān)K5－1加到數(shù)字控制電路中，實現(xiàn)光電信號控制。各電路工作電壓由穩(wěn)壓電源提供。
本實用新型與瑞士LANDIS & GYR公司制造的Z·T型電子式電度表相比較，因增加了功率和溫度補(bǔ)償電路，負(fù)載特性曲線得到改善，提高了精度。本實用新型精度可達(dá)到0.2級，優(yōu)于Z·T型電子式電度表，它的使用將給生產(chǎn)和科研起到促進(jìn)作用。本實用新型設(shè)置了光電脈沖形成電路和采用液晶顯示裝置，所以它具有用途廣、使用方便、重量輕和顯示清晰等優(yōu)點。
附圖1為本實用新型的原理方框圖。其中1是乘法器，2是i－f轉(zhuǎn)換器，3是時序電路，4是光電脈沖電路，5是數(shù)字控制電路，6是顯示器，7是電源部分，K5－1為時控／圈控選擇開關(guān)，圖上開關(guān)置于時控位置，K5－2為自動／手動復(fù)零選擇開關(guān)，圖上開關(guān)置于手動位置，AN1為手動復(fù)零按鈕，CZ1為光電探頭插座，CZ2為外接自動打印機(jī)插座，K7－1、2為外接自動打印開關(guān)，圖上開關(guān)置于機(jī)內(nèi)顯示位置。
附圖2為本實用新型實施例的乘法器和i－f轉(zhuǎn)換器的電路圖。
附圖3為本實用新型實施例的時序電路的電路圖。
附圖4為本實用新型實施例的光電脈沖形成電路，數(shù)字控制電路和顯示器的電路圖。
附圖5為本實用新型最佳實施例的外殼前面板外觀示意圖。其中8是測量指示燈，9是外接自動打印機(jī)插座CZ2，10是外接自動打印機(jī)開關(guān)K7－1、2，11是手動遙控復(fù)零插座CZ4，12是手動復(fù)零按鈕AN1，13是自動／手動復(fù)零選擇開關(guān)，14是時控／圈控選擇開關(guān)，15是電源開關(guān)，16是予置撥盤開關(guān)，17是數(shù)字顯示窗。
附圖6為本實用新型最佳實施例的外殼后蓋板外觀示意圖，18－電源插座，19、20－被測信號電壓接線柱JX1、JX2，21、22－被測信號電流接線柱JX3、JX4，23－電源保險絲座，24－光電探頭插座CZ1。
本實用新型的最佳實施例如附圖2、3、4、5和6所示，附圖23和4是其電路圖，附圖5和6是其外殼的前面板和后蓋板的外觀示意圖。
本實用新型的最佳實施例的乘法器和i－f轉(zhuǎn)換器如附圖2所示，被測信號的參數(shù)V和I通過電壓互感器B1和電流互感器B2分別送到電壓調(diào)寬電路和電流調(diào)幅電路。調(diào)寬電路由晶體管BG1－12組成，其中BG1－4組成一種多諧振蕩器，其輸出方波的寬度由4C1和4BG10、11的內(nèi)阻所形成的充放電速度決定，4BG10、11的內(nèi)阻受被測電壓所控制，因此多諧振蕩器輸出方波瞬間寬度受到正弦電壓的幅度的調(diào)制。電流調(diào)幅電路由兩只斬波器和4JC1、2組成，斬波器由兩只MOS開關(guān)串聯(lián)和并聯(lián)而成，如附圖2中的4BG13－16，調(diào)寬波直接驅(qū)動MOS開關(guān)4BG13、16經(jīng)4JC2反相后驅(qū)動4BG14、15。4BG17－20用于切換正負(fù)恒流源。4BG18、20輸出的電荷量受到被測信號的調(diào)制，它的大小與輸入功率成正比，但它會受到被測功率的大小和工作環(huán)境溫度的影響，6JC1和6JC2等元件組成的功率和溫度補(bǔ)償電路是為了克服這些影響而設(shè)置的，其工作原理已述，6JC1為FOOTC，6JC2為5GT650M。4JC1、2均為 1/4 C660B，4JC1的第2腳受控于時序電路。
i－f轉(zhuǎn)換器由積分電路和比較電路二部分組成，如附圖2所示，積分電路由4JC3、LM308、4BG28－31及電阻、電容組成，它將乘法器產(chǎn)生的瞬間電荷變?yōu)槠骄?，濾去其高頻分量，形成斜變電壓。比較電路由運(yùn)算放大器4JC4組成，它將積分器輸出的斜變電壓與零電平比較后，輸出一個計數(shù)脈沖，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。
時序電路如附圖3所示，3JC14輸出的正向計數(shù)脈沖通過與非門3JC18和3JC20加到3JC22的“D”數(shù)據(jù)輸入端，3JC22是D觸發(fā)器，其中CP端已輸入時鐘脈沖，在Q端輸出的方波嚴(yán)格等于CP端時鐘脈沖的一個周期，這就是所謂“量化”過程，經(jīng)量化的計數(shù)脈沖通過與非門3JC25、3JC24加到JK觸發(fā)器的R端，J、K端接高電位，S端接低電位，當(dāng)CP端有正跳變時，其輸出端得到與計數(shù)脈沖對應(yīng)的方波，此方波經(jīng)3JC4、5的100次分頻后加到與非門3JC7通過3JC9和3JC11將高電位加到或非門3JC13的第9腳，在3JC13的輸出端得到低電位，該低電位加到由3JC15、16組成的RS觸發(fā)器的輸入端3JC16第5腳，于是RS觸發(fā)器反轉(zhuǎn)，3JC16第6腳由原來的低電位轉(zhuǎn)換成高電位，3JC15的第3腳由原來的高電位轉(zhuǎn)換成低電位，使調(diào)幅電路中由異或門4JC1組成的占空比反轉(zhuǎn)，即調(diào)寬方波通過4JC1后占空比翻轉(zhuǎn)。同時，由于與非門3JC19的第2腳為高電位，允許計數(shù)脈沖經(jīng)過3JC19，3JC21后加到3JC23觸發(fā)器的D端，經(jīng)過該D觸發(fā)器的R端，經(jīng)100次分頻后又促使RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，這樣使調(diào)幅電路中的4JC1不斷翻轉(zhuǎn)，正負(fù)恒流源的斬波器的輸入端也被兩個D觸發(fā)器的輸出端所控制。
光電脈沖形成電路，見附圖4的右下角，它由3BG1、2，(3DG102C)3JC27( 1/6 CH40106B)和電阻組成。光電探頭拾取的脈沖經(jīng)3BG1，3BG2放大，并經(jīng)3JC27施密特觸發(fā)電路整形，通過時控、圈控選擇開關(guān)K5－1加到三位數(shù)控電路的CP端。
數(shù)字控制電路如附圖4中所示，包括計數(shù)電路、復(fù)零電路和防潛電路。數(shù)字電路由三塊可予置1／N數(shù)字的計算集成電路(附圖4中的2JC1、2、3)和每塊集成電路予置端A、B、C、D接有按8、4、2、1碼的撥盤開關(guān)(附圖4中的K2、K3、K4)，這些開關(guān)都裝在前面板上。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)K5－1置于“圈控”位置，撥盤開關(guān)予置的數(shù)值表示予置的圈數(shù)；當(dāng)K5－1置于“時控”位置，撥盤開關(guān)予置的數(shù)值表示予置的秒數(shù)。
本實用新型的復(fù)零電路由自動復(fù)零和手動復(fù)零兩部分，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)K5－1置于“自動”位置時，秒脈沖經(jīng)2JC6分頻后得到T＝2秒方波，2JC5分頻后得到T＝4秒的方波，將它們分別加到顯示板的數(shù)碼管的EN端和R端，顯示器即可每4秒鐘自動復(fù)零一次。當(dāng)K5－2置于“手動”位置時，可進(jìn)行手動復(fù)零，它是通過與非門3JC27和3JC26(JK觸發(fā)器)來實現(xiàn)的。當(dāng)手動復(fù)零按鈕AN1按下時，與非門3JC27輸出高電壓，這時3JC26的CP端有正跳變，
Q端為低電位，于是顯示器和數(shù)字控制電路的計數(shù)器同時復(fù)零。本實用新型可實現(xiàn)遙控復(fù)零，在本實用新型的前面板上裝有一個與手動復(fù)零按鈕并聯(lián)的插座(見附圖3和5)，按下插入該插座的遙控按鈕，即可實現(xiàn)遙控復(fù)零。
當(dāng)被測電路的電流變?yōu)榱銜r，由于積分電路中的積分電容有殘余電荷需泄放，經(jīng)模數(shù)變換后還將慢速計若干個數(shù)，為克服這種現(xiàn)象，本實用新型最佳實施例設(shè)置了防潛電路，它由附圖4中的集成電路2JC7－2JC12組成。2JC10和2JC11為級聯(lián)的D型觸發(fā)器組成雙穩(wěn)態(tài)，在2JC10的CP端通過與非門2JC7加入T＝2秒的方波，經(jīng)兩級雙穩(wěn)態(tài)的分頻，同時在這兩級雙穩(wěn)態(tài)的R端加上計數(shù)脈沖，當(dāng)計數(shù)脈沖的周期小于2秒時，第二級雙穩(wěn)態(tài)始終不能翻轉(zhuǎn)，即2JC11的
Q端始終為高電位，當(dāng)2JC12的CP端有正跳變時，
Q端始終保持D端原有的高電位，此高電位打開與非門2JC8，經(jīng)2JC9恢復(fù)正向后，加到計數(shù)器的輸入端去。當(dāng)計數(shù)脈沖的周期大于2秒時，2JC10、11在2秒方波的作用下翻轉(zhuǎn)，2JC11的
Q端翻轉(zhuǎn)為低電位，將與非門2JC7封住，2秒方波不能輸入CP端，同時2JC12的
Q端變低電位，計數(shù)脈沖不能通過2JC8、9。該防潛電路實際上起到極低頻率的頻率鑒別作用，使本實用新型工作穩(wěn)定可靠。
本實用新型最佳實施例的數(shù)字顯示器由數(shù)字顯示板1JC1和電阻組成，數(shù)字顯示板為五位LED－CMOS組合電路，它兼有計數(shù)、貯存、譯碼和顯示驅(qū)動的功能。
電源部分7主要提供各電路所需的電源電壓，其中有正負(fù)15V穩(wěn)壓電源，＋10V和＋5V穩(wěn)壓電源以及提供電流調(diào)寬電路所需的＋3mA和－3mA恒流源。
本實用新型的外殼由箱體、前面板和后蓋板組成，所有線路板均裝在一個金屬或塑料制成的箱體內(nèi)，除開關(guān)、接線柱、顯示器和插座等裝在前面板和后蓋板上外，前面板和后蓋板的外觀見附圖5和6。本實用新型最佳實施例外殼的尺寸為220×180×74Cm3。
權(quán)利要求
1.電子式電能表包括電壓互感器、電流互感器、乘法器、i-f轉(zhuǎn)換器、時序電路、數(shù)字控制電路、電源、開關(guān)和外殼，本實用新型的特征在于還包括a、乘法器中有一個通過控制方波調(diào)寬電路的調(diào)寬系數(shù)實現(xiàn)補(bǔ)償?shù)墓β屎蜏囟妊a(bǔ)償電路；b、具有一個由二只3DG102晶體管和 1/6 CH40106B集成塊和電阻組成的光電脈沖電路；c、顯示器采用液晶數(shù)字顯示，其數(shù)字顯示板為LED-CMOS組合電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的電子式電能表其特征在于數(shù)字電路中有自動／手動復(fù)零電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的電子式電能表其特征在于外殼上裝有一個與手動復(fù)零按鈕并聯(lián)的插座。
專利摘要
電子式電能表，屬于物理測量儀器。為了提高電子式電能表的測量精度，實現(xiàn)多功能測試和讀數(shù)方便，本實用新型的電路中有功率和溫度補(bǔ)償電路和光電脈沖形成電路，并采用液晶數(shù)字顯示的形式，使本實用新型成為一種精度達(dá)到0.2級，可采用時控或光控和液晶數(shù)字顯示的電子式電能表，作為校驗電能表的標(biāo)準(zhǔn)表和高精度的電能測試儀表。
文檔編號G01R35/04GK86206517SQ86206517
公開日1987年12月9日 申請日期1986年11月17日
發(fā)明者汪熊 申請人:上海新華無線電廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan