電子數字式電度表的製作方法
2023-09-21 19:02:30
專利名稱：電子數字式電度表的製作方法
技術領域：
電子數字式電度表是一種專門用於測量交流電量的電子儀器。
目前大量使用的磁電式機械傳動計數電度表存在著測量精度差，功能少等缺點。
為避免磁電式機械傳動計數電度表的不足，根據單片集成A／D轉換器的大量生產和使用，電子數字式測量儀表在小型化和降低價格方面的明顯進展，本實用新型的轉換電路，控制電路和顯示裝置均採用了集成電路片，就使其具有測量精度高、功能多等優點，既可累計顯示當天的電度量，又可累計顯示一日、一月、一年電度量，並有相應的時間顯示，是目前機械計數電度表的換代產品。
實現本實用新型的具體措施如下該電度表的功率測量及轉換電路，由積分器A／D轉換器，累加器為主構成，控制電路由控制器Ⅰ，控制器Ⅱ為主構成，顯示裝置分為累時顯示裝置，累天顯示裝置，累加器Ⅰ，累加器Ⅱ。
其具體措施還有控制電路的控制器Ⅰ包含有脈衝發生器，分配器，三角波發生器，施密特觸發器，控制器Ⅱ包含有一個分配器，各器件均為集成電路片。其控制電路中還有受控於兩個控制器的4個與門集成電路片。
另外，電度表的兩個時間顯示裝置分別由計數器Ⅰ，計數器Ⅱ及解碼器，數碼管組成，累加器Ⅰ由寄存器A、B，解碼器組成，累計當天電度量，累加器Ⅱ由寄存器C、D組成，累計一月，一季、一年電量，各顯示裝置均由輝光數碼管顯示相應數字。
本實用新型附圖如下
圖1是電路結構框圖圖2是電路工作原理圖圖3是計時控制原理圖圖4是記憶裝置供電結構圖圖5是三角形波脈衝發生器電路圖圖6是電度表面板圖圖7是A／D轉換電路圖圖8是單相功率模擬乘法電路圖圖9是模擬乘法器波形圖結合附圖，本實用新型的工作原理如下述1、單相功率模擬乘法電路是將每相相位不同的交流電壓V0和電流V1(在輸入乘法圖之前也交成電壓)信號，分別接入模擬乘法器輸入端，輸出端輸出相應的直流電壓。
單相功率模擬乘法電路主要由比較器、三角波發生器(三相共用)、反相器、加法器、FET和濾波器組成。比較器是將輸入信號Ve和對稱的三角波信號進行雙向比較。因為兩個輸入信號都是相位不同的交變信號，所以比較時分四種情況①Ve＞0，Vi＞0時，V0＜0。②Ve＜0，Vi＜0時，V0＜0。③Ve＞0，Vi＜0時，V0＞0，④Ve＜0，Vi＞0時，V0＞0。
先分析①Ve＞0，Vi＞0時，V0＜0的情況。
Ve和V△在比較器中進行比較，得到調寬的脈衝，脈衝的寬度，就是Ve和V△兩交點的水平距離。例當V1輸出正脈衝時，FET導通，Vi經兩條通路到A3的反相端。
V3＝Vi－2Vi＝－Vi當FET夾斷時Vi只經A1到A3∴V3＝Vi這種調幅調寬的脈衝的頂部是一段正弦波曲線，它經A3反饋迴路的電容平伏後，V3交成了矩形波。
由波形圖得知T1＝ (V△+ Ve1)/(2V△) ——①T2＝ (V△+ Ve2)/(2V△) ——②
Ve1，Ve2是曲線上的兩點，分別過兩點作兩條水平直線，分別與三角形兩條斜邊相交，兩交點的距離、分別為T1、T2，與Ve1Ve2成比例。
經濾波後，得到三角波一周期的平均值，為V0＝ 1/(T1+ T2)
= (-Ti)/(T1+ T2) ·Vi1+ (T2)/(T1+ T2) ·Vi2=V△+ Vei2V△V△+ Ve12V△+V△- Ve22V△·Vi1+V△+ Ve22V△V△+ Ve12V△+V△+ Ve22V△·Vi2]]>=－Vi1Ve1- Vi2Ve2+ V△(Vi2- Vi1)2V△+ (Ve1- Ve2)]]>下面分析一下上式中的V△(Vi2－Vi1)和Ve1－Ve2兩項，這兩項在每一三角波周期內都存在，但在正弦波正半周的前 1/4 周期內，Ve1＜Ve2、即Ve1－Ve2＜0，而在後 1/4 周期內的對稱位置上，Ve1＞Ve2即Ve1－Ve2＞0且其絕對值相等，所以互相抵消。同樣分析V△(Vi2－Vi1)項，在整個工頻周期內，也可抵消。
∴V0＝－ (Ve1Vi1+ Ve2Vi2)/令 Vi＝ (Vi1+ Vi2)/2 以Vi代替Vi1，Vi2則 V0＝－ (Vi(Ve1+ Ve2))/(2V△)＝－ (ViVe)/(V△)式中Ve＝ (Ve1+ Ve2)/2這就實現了調幅調寬的模擬乘法運算。
用同樣方法，可以分析出情況②Ve＜0、Vi＜0時，V0＜0，③Ve＞0、Vi＜0時，V0＞0，④Ve＜0，Vi＞0時，V0＞0在一個工頻周期內平均有功功率＝－①－②＋③＋④2、模數轉換器(A／D)主要由求和積分器、線性電壓發生器比較器、繼電開關、雙穩電路、計數器、與門電路組成。它由施密特Ⅰ來的信號使開關閉合，求和積分器信號電壓加在比較器同相端，此時線性電壓發生器的電壓從0開始上升，與信號電壓進行比較，打開與門，標準時鐘脈衝進入與門，計數器開始計數，直到線性電壓發生器電壓上升到與信號電壓相等時，與門關閉，計數器停止計數後由來自分配器Ⅰ的復位脈衝，使雙穩復位，使開關斷開。
線性電壓發生器的V－T關係式為VL＝kt當Vi＝VL時Vi－積分器信號電壓則Vi＝VL＝kt又t＝τNτ－為標準時鐘脈衝周期∴Vi＝kτNN－為進入計數器的時鐘脈衝個數Vi是積分器輸出的電壓，代表累計的電度量，所以脈衝數N表示電度量的多少。
3、控制脈衝的產生控制器Ⅰ中的三角波發生器和兩隻施密特觸發器，使三角波轉換為兩個矩形脈衝。矩形脈衝Ⅰ起動控制器Ⅰ中的分配器，分配器輸出控制脈衝完成A／D轉換，累加運算傳遞數碼，清零等一系列動作，隨後產生的矩形脈衝Ⅱ使積分器放電開關閉合放電，閉合時間恰好使電容放電完畢，其誤差正常值約為2／10000。
4、累時控制矩形脈衝Ⅱ還將通過微分電路做為計時脈衝送到計時裝置的計數器進行計數如圖2，圖3所示。(圖2圖3中的「－·－」表示控制線，「——」表示清零線)，由於三角波的周期是3分鐘，時間顯示計數器1－1的數據，經解碼器解碼後的數字應乘以3，由數碼管顯示所計分鐘數。每隔20個脈衝再向時間顯示計數器I－2進位一次，為一小時。並同時對計數器I－1清零。如此時間顯示器Ⅰ將受控顯示小時，分鐘數值。
當時，分計數器計滿480個脈衝時，與門2，與門4打開，第481個脈衝通過，經微分後清零，由累天顯示裝置的計數器Ⅱ累計天數，再由滿365天後的第一個脈衝通過，清零。
5、電度量的累加第481個矩形脈衝Ⅱ，先將寄存器A的數據傳到寄存器C，經延時，使寄存器A清零，然後啟動控制器Ⅱ，並發出控制脈衝，使寄存器C的電度量累加於寄存器D中，同時對寄存器C清零。累加器Ⅰ，Ⅱ由控制器Ⅰ，Ⅱ中的兩個分配器發出的控制脈衝實現電度量累加。
另外，因要求三角波發生器和求和積分器同時啟動，故要求開關K1，K2聯動。
綜上所述，本實用新型對比現有技術的主要優點是由於功率測量電路的電功率轉換為電壓迅號，經求和積分後，使電容器的電量與電度量成正比，被A／D轉換為數字量，再由控制器Ⅰ發出的控制脈衝將數字量送到累加器，累加出當天電度量，再由控制器Ⅰ，Ⅱ發出的控制脈衝將當天24小時電度量送到累加器Ⅱ累計出一月、一季、一年的電度量，與此同時，由控制器Ⅰ發出計時脈衝，由計時裝置計數，並顯示累計時間，又由計時裝置發出的進位脈衝，使累計天數裝置計數，並由顯示裝置顯示累計天數。這就變機械傳動計數而為集成電路電子數字累積顯示，不僅提高了測量精確度，而且顯示功能全面。
此外，因本實用新型配有如圖4的記憶裝置即寄存器A、D，計數器Ⅰ、Ⅱ，四個器件加用一個備用電源(乾電池)，並用2隻二極體將主電源和備用電源隔離，可保證停電時各顯示裝置數值不被消失。
本表另裝有標準時鐘，在12點能發出聲光信號，使按時記錄。
本實用新型所採用的各集成電路片型號如下表
權利要求1.電子數字式電度表由功率測量及轉換電路，控制電路和顯示裝置組成，其特徵是功率測量及轉換電路由積分器，A/D轉換器為主構成，控制電路由控制器1，控制器2為主構成，顯示裝置分為累時顯示裝置，累天顯示裝置，累加器1、累加器2；功率測量電路輸出的是測量電路測得的交流電流和交流電壓兩信號，分別與轉換電路的兩輸入端連接，轉換電路的輸出是矩形波信號(即交流電流和交流電壓的模擬乘積的平均值)，該信號與求和積分器的輸入端連接，求和積分器的輸出是直流模擬電壓信號，它與A/D的輸入端連接，A/D輸出是數字量，由控制電路的轉換的數字送到累加器進行累加。
2.根據權利要求1的電度表，其特徵是控制電路的控制器1包含有脈衝發生器，分配器，三角波發生器，施密特觸發器及有關控制電路，控制器2包含有一個分配器和有關控制電路，各器件均為集成電路片；脈衝發生器的輸出，經控制電路與分配器的輸入端連接，分配器的輸出分別與各個需要控制信號的部件的輸入端連接，控制器1、2的分配器與同一脈衝源連接，長周期的三角波發生器的輸出端與兩個並聯的施密特觸發器的輸入端聯接，兩斯密特觸發器的輸出先後為兩個矩形脈衝，分別連接到控制器1的輸入端(經控制電路)和放電開關的輸入端，和計數器的輸入端。
3.根據權利要求1的電度表，其特徵是控制電路還有受控於兩個控制器的四個與門集成電路片。
4.根據權利要求1的電度表，其特徵是兩個時間顯示裝置，分別由計數器1，計數器2及解碼器組成，累加器1由寄存器A、寄存器B及解碼器組成，累計當天電度量，累加器2由寄存器
寄存器D組成，累計一天、一月、一年的電度量；各顯示裝置均由輝光數碼管顯示相應數字；累計時，分裝置的計數器輸入端與施密特觸發器2的輸出端連接；累計天數裝置的計數器的輸入端與施密特觸發器1的輸出端連接，它們分別由與門2、4控制計數。
專利摘要電子數字式電度表是一種用於測量交流電度量的電子儀表。該測量儀表由於採用了數字電子技術。其轉換電路，控制電路和顯示裝置均由集成電路片構成，與常規的磁電式機械傳動計數電度表相比具有測量精度高，功能多等優點。既可累計顯示每小時用電量，又可累計顯示，一日，一月，一年用電量，並有相應的時間顯示，是目前使用的磁電式電度表的換代產品。
文檔編號G01R22/00GK2042598SQ88202638
公開日1989年8月9日 申請日期1988年3月30日 優先權日1988年3月30日
發明者宋壽椿 申請人:宋壽椿