用于计量电功率的计量仪制造技术

本发明专利技术涉及电功率计量仪。该计量仪１包括电压传感器４，响应于提供到负载的电压而产生模拟电压信号；电流传感器３，响应于提供到负载的电流而产生模拟电流信号；模数转换器８，其中第一采样部件在第一采样时间基于模拟电压信号产生第一电压样本，第二采样部件在第二采样时间基于模拟电流信号产生第一电流样本。该计量仪还包括：相位补偿部件９，通过对照第一采样时间而调整第二采样时间，来补偿模拟电压和电流信号之间的相移，以便提供基本同相的第一电压样本和第一电流样本；使电压和电流模拟信号饱和以产生电压和电流大致方波的部件６，１２和１３；以及用于通过采用电流方波的过零时间和电压方波的过零时间之差而估计采样时间偏移的部件１５。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电功率计量仪的领域，该电功率计量仪利用数字信号处理，从而通过对所述电功率进行积分而提供电能消耗量。
技术介绍
提供允许测量设备消耗的电能的需给电表(electrical utility meter)是公知的。这样的计量仪将被计量的电力线中与电流和电压成正比的模拟信号转换为数字信号，用于数字信号处理。由模数转换器提供这样的转换步骤。然后，可以将该数字信号容易地相乘，并且该乘积提供电功率。然后将电功率提供给累加器，该累加器产生与被计量的电力线上使用的功率成正比的脉冲。这样的公知需给电表遇到的一个问题是该计量仪的精度需要在电压和电流信号各自提供到模数转换器之前，所述电压和电流信号具有正确的相位关系。也就是说，该相位关系应精确地代表电力线中的相位关系。然而，电压和电流滤波、放大和隔离是通过包括可能引入它们之间的相位差或误差的仪表变压器和其它电路元件的电路来实现的。为了获得需要的精度，并补偿仪表变压器的制造误差和电路元件随时间推移和环境暴露而发生的改变，这一问题的一种已知解决方案是为该电表提供相位补偿部件。这样的方案已在文献US5017860中公开，其中公开了一种计量仪，其包括补偿部件，用于调整一个信号(电流或电压)相对于另一个信号的采样时间，以补偿系统中的相移，并提供对电力线上使用的功率的更精确的表示。然而，这一方案带来一些难以解决的问题。相移可能实际上根据放大和滤波阶段中使用的组件的容差而改变。所以，在这样的相移改变的情况下，所述调整采样时间的部件可能不再有效。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于计量电力负载上的电功率的计量仪，其即使在相移变化的情况下，也通过考虑正确的相位关系而允许良好的测量精度。更具体地，本专利技术提供了一种用于计量电功率的计量仪，包括电压传感器，用于响应于提供到所述负载的电压而产生模拟电压信号，电流传感器，用于响应于提供到所述负载的电流而产生模拟电流信号，模数转换器，包括第一采样部件，用于在第一采样时间基于所述模拟电压信号产生第一电压样本，第二采样部件，用于在第二采样时间基于所述模拟电流信号产生第一电流样本，相位补偿部件，用于通过对照所述第一采样时间而调整所述第二采样时间，来补偿所述模拟电压和电流信号之间的相移，以便提供基本同相的所述第一电压样本和所述第一电流样本，所述计量仪的特征在于，其还包括用于使所述电压和电流模拟信号饱和以产生电压和电流大致方波的部件，用于通过采用所述电流方波的过零时间和所述电压方波的过零时间之间的差而估计所述采样时间的偏移的部件。由此，利用该计量仪，实时进行相移估计，以便对相位补偿部件进行必要的校正。这可通过使正弦曲线电压和电流模拟信号饱和以便产生方波，并将所述方波提供到微控制器以便估计采样时间的偏移而完成。所以，根据本专利技术，存在对相移校正延迟的自动校准。有利地，所述用于使所述电压和电流模拟信号饱和的部件是过零检测电路。有利地，所述用于使所述电流模拟信号饱和的部件是饱和放大器。有利地，所述相位补偿部件是集成在所述模数转换器中的定时器。有利地，所述计量仪包括微控制器，所述微控制器包括所述模数转换器，中断输入端，用于接收所述电压和电流大致方波，并检测所述电压和电流大致方波的过零点。附图说明通过参考附图阅读作为示例给出的本专利技术的实施例的以下描述，本专利技术的其它特征和优点将变得清楚，其中图1示意性地示出了根据本专利技术的计量仪的方框图。具体实施例方式图1示意性地示出了根据本专利技术的计量仪1。通常，所述计量仪1可操作地连接到未示出的耗电设备如住宅或工业企业的电力线负载2。该计量仪1包括电流传感器3，电压传感器4，电压电平调整部件5，电流电平调整部件6，电压过零检测电路12，电流过零检测电路13，微控制器7。所述微控制器7包括模数A/D转换器8，包括，包含比较寄存器的相位调整定时器9，输入选择器10，具有中断输入端的模块14，相移测量装置15，校准控制装置18，采样定时器19，乘法器16，积分器17。该电压传感器4与电力线2相连，并可操作以产生代表电力线2上的电压波形的电压测量信号Vs。所述电压传感器4可例如为简单的电阻分压器。然后，由电压电平调整部件5调整该Vs信号，输出调整后的电压测量信号Vin。使用所述电压电平调整部件5是为了向A/D转换器8提供正确的信号电平。应注意所述电压电平调整部件5也可具有滤波功能。该电流传感器3也与电力线2相连，并可操作以产生代表电力线2上的电流波形的电流测量信号Is。所述电流传感器可例如为用于导出电流的分流电阻。然后，由电流电平调整部件6调整该Is信号，输出两个调整后的电流测量信号Ilow和Ihi。Ihi和Ilow信号代表分别用两个不同增益A1和A2调整的同一Is信号。这允许跨整个电流范围(例如10mA到100A)的良好的A/D转换器输入范围。例如，A1用于产生4到100A的主电流的合适信号Ihi，而A2用于产生10mA到4A的主电流的合适信号Ilow。和电压调整部件5一样，应注意电流调整部件6也可具有滤波功能。A/D转换器8基于电压调整部件5提供的电压测量信号Vin而产生包括多个电压测量样本Vin(1)、Vin(2)、Vin(3)、...Vin(n)的采样电压测量数据流。同样地，所述A/D转换器8基于电流调整部件6提供的电流测量信号Ihi而产生包括多个电流测量样本Ihi(1)、Ihi(2)、Ihi(3)、...Ihi(n)的第一采样电流测量数据流，并基于电流调整部件6提供的电流测量信号Ilow而产生包括多个电流测量样本Ilow(1)、Ilow(2)、Ilow(3)、...Ilow(n)的第二采样电流测量数据流。一个问题在于调整和滤波步骤在不同模拟信号中引入了相移；当对信号进行采样时，必须考虑这样的相移。对于用于调整信号Is的电流调整部件6，这样的情况尤其正确。电流调整部件6提供的调整引起Ihi和Ilow的一些相移，并且在为了降低噪声和改善信噪比而对信号附加低通滤波时，进一步发生相移；在Ilow发生严重相移的情况下，最后一点为关键。所以，在Vin和Ihi之间总是存在不太高的第一相移，并在Vin和Ilow之间存在第二较高相移。为了得到基本同相的与电压和电流信号对应的电压和电流样本，微控制器7包括相位调整定时器9，用于补偿所述模拟电压Vin和所述电流信号Ihi之间以及所述模拟电压Vin和所述电流信号Ilow之间的相移。为了提供基本同相的电压样本和电流样本，通过对照Vin的采样时间来调整Ihi和Ilow的采样时间而获得这样的补偿。然而，相移可能根据放大和滤波阶段使用的组件的容差而改变。所以，即使在这样的相移改变的情况下，相位调整定时器9也必须有效。利用计量仪1，为了对所述相位调整定时器9进行必要的校正，实时进行对相移的估计。为了获得该结果，将10A信号与电压信号同相地注入该电流输入信号。这一信号将在Ilow信号上施加虚拟(virtual)的基本上为方形的波Ilowzc，其被传递进入模块14的中断输入端。例如通过使电流电平调整部件6中包括的具有A2增益的运算放大器饱和，可获得这样的饱和。Ihi和Vin信号实际上不需要该10A信号，因为它们分别具有过零点检测电路13和12。来自这些电路的大致方波输出Ihizc和Vinzc也被传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计量电功率的计量仪（１），包括：电压传感器（４），用于响应于提供到所述负载的电压而产生模拟电压信号，电流传感器（３），用于响应于提供到所述负载的电流而产生模拟电流信号，模数转换器（８），包括：第一采样 部件，用于在第一采样时间基于所述模拟电压信号产生第一电压样本，第二采样部件，用于在第二采样时间基于所述模拟电流信号产生第一电流样本，相位补偿部件（９），用于通过对照所述第一采样时间而调整所述第二采样时间，来补偿所述模拟电压和 电流信号之间的相移，以便提供基本同相的所述第一电压样本和所述第一电流样本，所述计量仪（１）的特征在于，其还包括：用于使所述电压和电流模拟信号饱和以产生电压和电流大致方波的部件（６，１２，１３），用于通过采用所述电流方 波的过零时间和所述电压方波的过零时间之间的差而估计所述采样时间的偏移的部件（１５）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特布朗，陈春，
申请(专利权)人：阿克塔里斯英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]