電子電能表的電流頻率轉換器的製作方法
2023-12-10 00:22:21 2
專利名稱：電子電能表的電流頻率轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於電子電能表(即電子電度表)、電子功率表中的電流頻率轉換器，即是一種將輸入模擬信號(電流或電壓)轉換成數字量(頻率量)的轉換部件。
目前，電子式電能表或電子式功率表中用的模擬－數字轉換器一般採用電壓頻率(V／F)轉換器，但由於輸入信號範圍窄，零區小信號段的線性度和穩定性不好，難以滿足高精度標準電能表的要求，要達到高精度的要求，則電路結構就複雜，成本高、調試困難，而且，採用這種轉換器的電能表只有單方向計數顯示的功能，而在實際應用中，對單相標準電能表及一般電子式電能表均希望具有正向、反向計數顯示的功能，目前尚無此功能的產品，給使用帶來不便。
因此本實用新型的目的是提供一種線路結構簡單、成本低、精度高，具有正向、反向計數顯示的電流頻率轉換器(I／f)，以滿足電子式電能表、電子式功率表在實際應用中的要求。
本實用新型的技術方案是採用由恆流控制運算放大器、高精度穩壓電源(正負8伏)、晶體三極體、取樣電阻及滿度微調電位器組成的正、負恆流源，恆流源控制電路是由4個場效應管組成橋路連接，與其相連接的積分器輸入端接有一組直流偏置調零電路，積分器的輸出端連接正、負電壓比較器，兩正、負電壓比較器分別與由D觸發器組成的完整脈衝波形發生器相連接，完整脈衝發生器及時間電路與由與門或非門、R－S雙穩態觸發器組成的輸出控制電路相連接。
本實用新型實施例結合附圖加以敘述。
圖1為電子電能表的電流頻率轉換器線路圖。
由圖1所示，正恆流源由運算放大器F1、(採用LM747)＋15V、＋8V高精度穩壓電源、矽PNP三極體9015，取樣電阻R1、微調電位器W1組成，負恆流源由運算放大器F3(用LM747)，－15V、－8V高精度穩壓電源，矽NPN三極體9013，取樣電阻R2、微調電位器W2組成，恆流源控制電路由4個場效應管T1～T4(用3DJ3)組成橋路，場效應管採用導通電阻小於30歐姆的結型場效應開關管，與其相連接的積分器由電容C1、及運算放大器F2組成，積分器輸入端接有電阻R3、R4、R5及電位器W3組成的直流偏置調零電路以克服運放F2的失調電流對積分的影響，解決小信號段的誤差，提高轉換精度，正、負電壓比較器是兩個運算放大器F4和F5，它們是集成在一片中的高輸入阻抗運算放大器，如LF353，與正、負比較器相接的完整波形發生器用兩個D觸發器，它們可用集成塊4042或4013，電流頻率轉換器的輸出控制電路為兩個與門4081及由4001組成兩個或非門及R－S雙穩態觸發器，時間電路用4060分頻電路及晶體振蕩器組成，產生標準脈衝信號。
由圖1所示，當輸入電流i＝0時，恆流源控制電路的場效應管T1、T3不導通，T2、T4導通，使I＋(正恆流電流)與I－(負恆流電流)均流向地端，因此I＋、I－對積分迴路沒有影響，使積分輸出端電平接近於0電平，這就提高了轉換精度。當輸入電流i＜0時，即i為負時，積分器輸出端正向積分，當輸出大於正比較電壓＋2.5V時，正電壓比較器即輸出「1」電平置正向D觸發器的D輸入端，只有當時間電路的一基準脈衝的上跳變到D觸發器的CP端時，D觸發器的Q端輸出為「1」狀態，Q端為「0」狀態，此時使T2截止，T1導通，負恆流源電流I＋對積分器進行一次充電；充電為定時間為一個脈衝周期t，定電流幅值I＋，即一定面積的電荷量對C1充電；此時積分器則為反向積分狀態。如果時間電路的基準脈衝的上跳變信號先到達D觸發器的CP端，而電壓比較器尚未輸出「1」信號，即D觸發器的D輸入端為「0」信號，D觸發器不觸發保持初始狀態，積分器繼續向上積分，直到下一基準脈衝出現上跳變時為止，這樣保證了恆電流源對積分器的充放電時間是一個完整脈衝寬度為t的時間，這樣就提高電流頻率轉換器的轉換精度。由於I＋對積分器充電，積分器輸出反相積分，積分器輸出電壓低於正比較電壓值，比較器輸出為「0」，則D觸發器D端為0，當下一個時間基準脈衝上跳變時，Q端變為「0」狀態，Q端為1狀態，使T1截止，T2導通，使恆電流源對地放電，積分器重新開始正向積分，直到再大於＋2.5V正比較電壓時，又出現上述結果，當Q端為「1」時，時間電路的基準脈衝經與門的CP一端輸出脈衝信號，脈衝頻率正比於輸入電流i的大小，與此同時，Q端的輸出到RS觸發器的S端，使
端為「0」，
端為1，指示負向計數。當i＞0時，其工作原理一樣，只是脈衝信號是CP＋端輸出，RS觸發器
端為「1」狀態，
端為「0」狀態，CP＋、CP－及經2級或非門後CPε端可接至兩種類型可逆計數器以顯示電能表或功率表的讀數。
本實用新型，經多次試驗證實，它具有正、負計數顯示的功能，精度高，但線路簡單，成本低，可用於各類型的電子式電能表或功率表中。
權利要求1.一種電子電能表的電流頻率轉換器，它主要包括積分器、恆流源、比較器、時間電路，其特徵在於恆流源是由恆流控制運算放大器、高精度穩壓電源、晶體三極體、取樣電阻及滿度微調電位器組成的正、負恆流源，與恆流源相連接的是由4個場效應管組成橋路連接的恆流源控制電路，與恆流源控制電路相連接的積分器輸出連接正、負電壓比較器，而電壓比較器分別與由D觸發器組成的完整脈衝波形發生器相接，完整脈衝波形發生器和時間電路與由與門、或非門及雙穩態觸發器組成的輸出控制電路相連接。
2.根據權利要求1所述的電子電能表的電流頻率轉換器，其特徵在於積分器的輸入端接有電阻R3、R4、R5及電位器W3的直流偏置調零電路。
3.根據權利要求1所述的電子電能表的的電流頻率轉換器，其特徵在於正、負電壓比較器分別由兩個運算放大器F4和F5組成。
4.根據權利要求1所述的電子電能表的電流頻率轉換器，其特徵在於恆流源控制電路採用的4個場效應管為導通電阻小於30歐姆的結型場效應開關管。
專利摘要一種電子電能表、功率表電流頻率轉換器，其特徵是恆流源採用正、負恆流源，與其相連接的有一個四場效應管接成橋路的恆流源控制電路，積分器輸出接有正、負電壓比較器，為提高轉換精度接有由兩D觸發器組成的完整脈衝波形發生器，最後接有輸出控制電路，本實用新型的優點是使電子電能表或功率表具有雙向計數顯示功能，精度高並且線路結構簡單，可用於不同類型的電子電能表或功率表中。
文檔編號G01R11/00GK2044074SQ89211309
公開日1989年9月6日 申請日期1988年12月28日 優先權日1988年12月28日
發明者劉運中 申請人:劉運中