專利名稱：自動數碼型電能計量在線檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力系統電子檢測領域，為一種數碼型電能計量在線檢測儀。
電力系統計量管理中常出現二次回路短路、斷路、接觸不良、互感器比數用錯、電度表精度下降等造成用戶計量裝置誤差大的問題，致使各支路計量數之和與總計量數對比嚴重超出正常線損范圍。查找誤差大的用戶計量裝置是供電管理部門為難的事。目前一般是人工觀察或停電拆下計量裝置拿到專用校驗臺上進行校測，這樣既費力費時，又需停電會造成經濟損失，且只能校驗計量表，不能帶互感器檢驗在線運行狀態下的計量裝置誤差情況。有的用戶私自更換互感器比數，顛倒二次回路極性，或短路、斷路二次回路等方式進行竊電，嚴重影響正常供電管理秩序。管理人員憑觀察很難查出這些隱患。1990年4月已申報的鉗型電流互感器電能計量在線檢測器，祥見申請號90204771.x，是用秒表法測出被測表和檢測表轉盤每轉所用時間進行對比，人工計算出被測裝置的計量誤差，因用戶所用電度表有400轉／度，450轉／度，480轉／度，500轉／度等不同類型，互感器有101，151，301等更多類型，人工計算繁雜易出錯，雖能在線檢測出誤差，但操作不簡便直觀。
本實用新型的目的是提供一種能自動測量，自動計算，自動顯示誤差值，且體積小，攜帶方便，操作簡單的自動數碼型電能計量在線檢測儀。
本實用新型的自動數碼型電能計量在線檢測儀，其特征是由鉗型電流互感器，檢測電度表光電傳感器，被測電度表光電傳感器，計算顯示器，直流穩壓電源，機箱所組成。其結構是三只鉗型電流互感器輸出端接檢測電度表，檢測表光電傳感器接計算顯示器，被測表光電傳感器輸出線接計算顯示器。直流電源輸入線接檢測表電壓線，輸出端接各部分電源端。計算顯示器面板上有數碼管，符號顯示標志，互感器比數開關，被測表每度轉數置數開關，每測程轉數置數開關，復位、啟、開、停按鍵。此計算顯示器有計數式計算顯示器和單片機式計算顯示器兩種結構型式，帶數字電度表的單片機計算顯示器可不用機械電度表。
圖1為自動數碼型電能計量在線檢測儀電路原理圖。圖1中HG1、2、3為被測裝置的互感器，DB1為被測裝置的電度表，A、B、C為三根電力線，O為零線，QHG1、2、3為此檢測儀的三只鉗型電流互感器，DB2為檢測儀所帶電度表，CG2為檢測表光電傳感器，CG1為被測表光電傳感器，DS為直流電源，DJ－1為計算顯示器。圖1的工作原理是三只QHG1、2、3開口卡住三根電力線，閉合后成為三只電流互感器，QHG輸出電流接入三相電度表DB2，DB2轉盤上印有數十條徑向黑白色條，通過反光傳感到CG2傳感頭，經CG2整形將黑白色條變為電脈沖送到計算顯示器。同時CG1通過光電識別，將DB1轉盤上唯一的黑色標記轉過的數目數也送入計算顯示器。當按復位鍵后，數碼復位。按啟鍵后，當黑色標轉到CG1傳感頭時，開始計CG2送來的脈沖，當DB1轉夠已設定的轉盤轉數時，計算顯示器自動停止對CG2脈沖的計數，完成一個測程。根據同時間內計CG1的盤轉數和CG2的脈沖數，計算出DB1與DB2所計電量值在相比之下的誤差。QHG和DB2在使用前經過系統校準。
圖2為穩壓電源電路圖，BX為保險管，T1、T2為擴展輸出電流的晶體管，Z為整流管，7805為穩壓塊。
圖3為檢測表光電傳感器CG1的電路結構圖。圖中ZP2為轉盤，CT2為傳感頭，D1為發光管，T1為光電管，IC1為施密特非門，T2為晶體管，R為電阻，C為電容，a為輸出脈沖接線點。結構原理是ZP2上有數十條徑向黑白色條，實例為50對黑白相間色條，D1發出的光束經ZP2反射到T1，當反射點為黑色時，T1不導通，T2截止，IC輸出低電平，當ZP2轉到使反光點為白色時，反射光使T1中有電流，T2導通，IC1輸出高電平。R2接T2集電極作提升電阻，R3接IC輸出端作提升電阻，R1串D1作限流電阻，C1接IC輸入端與地作抗干擾電容。
圖4為被測表光電傳感器電路結構圖。圖中ZP1為被測表轉盤，CT1為光電傳感器探頭，探頭上有夾角a＝30°～60°的入射和反射光孔，LS為發光燈泡，裝在發光孔中，T1為光電管，裝在入射光孔中；T2為三極管，IC3、IC4、IC5為非門，IC1為二——十六進制計數器，IC2為顯示譯碼器，LED為數碼管，K1、2、3為測程轉數置數開關，D1～3為二極管，R為電阻，C為電容。結構原理是ZP1邊緣有一個黑色標記，ZP1每轉一周出現一次，CT1發射束對準ZP1邊緣，黑標轉到反光點時，T1接收光量大減，T1不導通，因T1發射極接T2基極，T2截止，T2集電極輸出為高電平加IC3輸出端，IC3輸出端為低電平，IC3輸出接IC4輸入，IC4輸出為高電平，IC4輸出接脈沖輸出點C和IC1計數輸入端，這樣ZP1每轉一周，C點輸出一個正脈沖。IC1接成可變N進制計數器，N由K1、K2、K3確定，因K1、2、3分別接IC1的第2、3、4位，另一端分別接D1、2、3負極，D1、2、3正極均接IC5輸入端和提升電阻R2，當只有K1合時，IC1計到2轉，數碼為0010時，IC5輸出低電位，IC5輸出接計算顯示器e點，使計算顯示器停止對CG1脈沖計數，并同時向b點發正脈沖加IC1能使端，使IC1也停止計數。IC1計數輸出碼接IC2輸入線，經IC2譯碼輸入七段顯示碼接LED，顯示出測程轉數。IC1在復位后數碼為0。同理K2合為4轉，K3合為8轉，K1、2、3全合時測程為14轉。
圖5為計數式計算顯示器電路結構圖。為表述簡便集成塊用序號表示。圖5中1～3、17為觸發器；7～12為4位二進制計數器；13～16為帶加減控制的十進制計數器；18～21為七段顯示譯碼器；4～6、22為施密特非門；LED1～4為數碼管；D9～12為發光二極管；D1～8、D13為二極管；K1～12為撥動開關；C1為電容。結構原理是R1、C1、非門4構成100KHZ方波振蕩器，D8、13和非門5構成與非門；當3Q為低，5被關門，3Q為高，4產生的方波可通過5、6加7和10的脈沖輸入端。當按復位鍵后，1、2置零端，R接地，1Q、2Q為低電平，門5關閉，同時13～16置數使LED顯示碼為100、0。當按啟鍵后，1Q為高電平，D10亮，標明已按啟鍵，當C點送來被測表黑標的正跳變脈沖加2的CP端時，2Q為高電平，2Q接3D，允許對CG1脈沖計數。當C2G1輸出的正脈沖加a點時，3Q為高，門5開，高頻脈沖經6加7、10，7、8、9為三級計數器，當9有負進位脈沖反饋到3R端時，3置零，門5關。當a點下一個脈沖到時，門5再次開，9有負進位脈沖時，再次關閉門5，這樣a點來一個脈沖，門5通過一串脈沖，此串脈沖數多少與7、8、9進位數n成正比，7、8進位數由K1～4和K5確定，若K1～5置定7、8、9進位數為n，則門5通過的脈沖數相當于CG2輸出到a點的脈沖數乘n。這樣實現檢測表傳感脈沖數乘n的功能。D9負接2Q，D9正接EC，2
為低，D9亮表明處檢測狀態。2
接b點，由b接圖4中IC1的使端，當被測表轉夠預置轉數時，圖4e點送出的負脈沖接圖b的1R、2R端，使1Q、2Q為低電位，停止對a點脈沖的計數，同時b點輸出正跳變，使圖4IC1停止計數。加入計數器10脈沖輸入端的脈沖數，通過10、11、12三級計數器分頻，12輸出的脈沖接13～16的4位十進制計數器。計數碼輸出4線接七段譯碼器18～22輸入，18～21譯碼輸出七線分別接LED4、3、2、1輸入，由LED1～4顯示出誤差值，LED3點段經R2接電源點亮。觸發器17Q接13～16加減控制端，17
接D12正，D12負串D11接地，D11、D12作符號顯示，13～15清零端和16置數端及17置1端均接復位鍵，復位后13～16為減計數狀態，數值為100、0，當減至000、0時，D1～4負端均為高電位，22輸出低電位，使17Q為低電位，13～16轉變為加計數狀態。10、11、12接成三極可變預置數計數器，每塊計到最大，自動置數和進位。K5～9為互感器比數置數開關，K9置X1位置時，K5為51檔，K6為101檔，K7為201檔，K8為401檔。K9置X2時，K5為101檔，K6為201檔，K7為201檔，K8為401檔。K9置X2時，K5為101檔，K6為201檔，K7為401檔，K8為801檔。K5～8可同時合上多個，其比數為各個所置比數之加。若被測裝置為151互感器，則K9置X1檔，K5、K6同時合上。K10～12為被測表轉數置數開關，K10合為2轉，K11合為4轉，K12合為8轉，可同時置2或3個，其轉數為所置數之和。若欲定測程為12轉，則同時合上K11和K12。圖4中轉數選定開關K1～3與圖5中轉數選定開關K10～12分別合為一體，為三個雙刀開關，這樣被測表轉數多，計數顯示器分頻數也大。在被測表準確情況下，一個測程不管被測表轉數多少，均能將復位后的顯示數100.0減到000.0。若被測表轉慢，一個測程所用時間相對會長，檢測表計數值為100.0＋X，復位值減此值后為－X，D11、D12亮，表示負誤差X％。若被測表轉快，一個測程所用時間相對會短，檢測計數顯示器計數值為100.0－X，復位值100.0減100.0－X，顯示數為X，表示正誤差X％。所以檢測完后符號標志和LED顯示數碼為被測裝置的誤差值。停鍵可在CG1失靈或被測表黑標不明顯時，可由人工數被測表轉數進行啟停，進行測量。
圖6為單片機式計算顯示器電路結構圖。圖中8031為單片計算機芯片，373為鎖存器，2764為EPROM，兩245為三態選通輸入器，AI為多路選擇輸入器，A／D為模／數轉換器，7406為驅門，XT為振晶片，QIB為鉗型電流／電壓傳送器，K1～8為互感器比數置數開關，K9～13為被測表每度轉數選擇開關，K14為四刀三支量程轉換開關，D1、2、3、8為發光管，D5、6為穩壓管，D4、7為二極管，LED1～6為數碼管，164為串行移位寄存器，C為電容。結構原理是8031的P1.0～P1.5接7406分別驅動LED1～6，P0口接373、245、2764、A／D的數據線，P2口低5位接2764高5位地址，373鎖存地址低兩位作兩個245片選線，由74LS32邏輯譯碼選擇兩輸入口。P3.0與P3.1接164，作串行輸出口。8031的12腳接被測表傳感脈沖，13腳接被測表傳感脈，兩中斷口分別以中斷形式計數觸發脈沖。8031的15腳接判鍵反饋線，17腳接A／D、245作讀數選通線，18、19接晶振。數碼顯示為動態顯示方式，164輸出8線分別并接LED1～6，P1.0～P1.5作位控輸出，經7406進行顯示驅動，8031的P1.6，P1.7，P3.4分別接發光指示燈，指示燈開、啟、停、復位狀態。8031的9腳接R2、C1和復位鍵，C1和復位鍵另端接5V，R2另端接地。啟、開、停三鍵分別接164的13、12、11腳，程控為定時掃描判鍵方式，此三鍵另端均接P1.5。8031的18、19接晶振XT，XT兩端與地間接兩電容C2、C3，AI的6路選擇輸入端A、B、C分別接分壓后的三相電壓，Ia，Ib，Ic分別接三相電流／電壓變送輸出端；虛框中為其一相的電流／電壓變送器。其余兩相與此相同；QIB兩電壓輸出線一端接地，另端經R5接C4和R6，C4另端接地，R6另端接C5、R7和K14－1的1支，C5另端接地，R7接K14－1的2支和R8，R8接K14－1的3支和R9，R9另端接地，R5、6，C4、5構成90°移相網絡，使Ia輸出電壓與QIB中電流同相。K14為量程轉換開關，其刀接D5正和Ia輸出端，D5負接D6負，D6正接D7負和T1基極，D7正接地，T1集電極串接D8、R10至5V，D8作超量程顯示管。虛框中電流一電壓變送器和AI、A／D配8031計算機最小系統構成智能電度表，由程序控制分時逐相循環相乘累加，算出電量值。當按復位鍵后，數碼顯示為零，按啟鍵后，當被測表有正跳變脈沖時，智能電度表開始累計電量，并同時計被測表轉數，被測表轉夠置定轉數時，智能表停止累計電量，并停止計被測表轉數，然后計算兩電量比較后的誤差值，送數碼管顯示出來。為調試簡單，可省掉智能數字電度表部分，仍用機械電度作檢測表，將光電傳感脈沖接a點，構成簡易單片機式自動數碼型電能計量在線檢測儀。用智能表的優點是重量輕，用機械表的優點是安裝調試簡單。
本實用新型的自動數碼型電能計量在線檢測儀，通過現場試用，效果很好。檢測時不需停電，卡上三只鉗型互感器，根據被測裝置互感器比數，電度表每度轉數，欲定測程轉數，置定相應檔位后，按一下復位和啟動鍵，幾分鐘后就可顯示出準確的誤差值。該檢測儀重量僅十多公斤，一人可攜帶，若檢測電度表用高精度電度表，能用作在線校驗儀。
本實用新型可為電力系統提供一種新型在線計量檢測或校驗工具，對查堵、偷、漏、竊電，維護正常供電秩序，具有較大的實用價值和社會效益。
權利要求1.自動數碼型電能計量在線檢測儀，其特征是由三只開口鉗型電流互感器、檢測電度表、檢測表光電傳感器、被測表光電傳感器、計算顯示器、直流穩壓電源、機箱所組成；總體結構關系是三只鉗型電流互感器輸出端接檢測電度表，檢測表光電傳感器接計算顯示器，被測表光電傳感器輸出線接計算顯示器，直流電源輸入線接檢測表電壓線，輸出端接各部分電源端。計算顯示器面板上有數碼管、符號顯示標志、互感器比數置數開關、被測表每度轉數置數選擇開關、每測程轉數置數開關、復位、啟、停按鍵；其計算顯示器有計數式計算顯示器和帶數字電度表的單片機計算顯示器兩種結構型式。
2.根據權力要求1的自動數碼型電能計量在線檢測儀，所述計算顯示器的計數式計算顯示器，其特征是由觸發器1～3，17，二——十六進制計數集成塊7～12，十進制計數集成塊13～16，譯碼器18～21，數碼管LED1～4，施密特非門4～6，22，二極管D1～8、D13，發光二極管D9～12，互感器比數置數開關K5～9，被測表每度轉數選擇開關K1～4，測程轉數置數開關K10～12，啟、停、復位鍵，電阻、電容所構成；其結構關系是觸發器1的R端接D5正及停鍵和觸發器2的R端，1S端接啟鍵；D5負接復位鍵，二鍵另端接地，D10負接1
，D10正接5V，1Q接2D，2S接D9正和5V，1
接外接點b和D9負；2Q接3D，3的CP接外聯接點a，3S接5V，3R接計數塊9的進位輸出腳，3Q接D8負，D8正接D13正和非門5輸入端，D13負接非門4輸出端和電阻R1，R1另端接4輸入端和電容C1；C1另端接地，5輸出接6輸入，6輸出接計數器7和10脈沖輸入端。7、8、9接成三極可變進位計數器，7進位端接8計數輸入端，8進位端接9進位輸入端，9進位輸出負脈沖接觸發器3的R端和9的置數端，7的9腳接D7正和K1，7的10和15腳接D7負和K2，7的1腳接D6負和K4，8的15腳接D6和K3，K1～4另一端均接地；10、11、12接成三極可變進位計數器，K5～8分別接10的4位置數端，K9的X1和X2端分別接11的1和15腳置數端，K10～12分別接12的1、10和9腳，K5～8與K10～12的另端均接地，K9刀接地。12進位端接13，13～16接成4位十進制計數器，13～16的BCD碼輸出分別接18～21的BCD碼輸入端，18～21的譯碼輸出端分別接LED4、3、2、1的七段譯碼輸入端，LED1～4公共點接地，若使用共陽極，則公共點均接5V，13～16的加減控制端(5腳)均接觸發器17的Q端，17
接D12正，D12負串D11接地，13～16的最小借位脈沖分別接D4、3、2、1負，D1～4正接非門22輸入三端，22輸出端接17的R端，LED3的點段經電阻R2接5V。2CP外接C點，1R外接e點，D5負外接f點。
3.根據權力要求1的自動數碼型電能計量在線檢測儀，所述的單片機計算顯示器，其特征是由單片計算機芯片8031，鎖存器373，可擦寫只讀存儲器2764，三態選通輸入塊245，移位寄存器164，6驅動門7406，多路選擇器AI，模／數轉換器A／D，總線BS，數碼管LED1～6，二極管D4、7，發光管D1、2、3，晶振XT，啟、開、停、復位鍵，鉗型電流——電壓變送器QIB，電度表、互感器、置數開關K1～13，檢測表量程轉換開關K14，穩壓管D5、D6，阻容移項網絡所構成；結構關系是8031，373，2764接成單片機最小系統，兩245，A／D輸出8線接8031的P0口，兩245輸入端的雙8線分別接K1～13和K14－2的三支，K1～13另端接地，K14－2的刀接地。晶振接8031的18、19腳，18、19腳分別接C2、C3至地；8031的10腳接164的1、2腳，11腳接164的8腳；D1、2、3負分別接8031的7、8、14腳；D1、2、3正分別經電阻接5V；C1正接5V，C1負接復位鍵和R2，復位鍵另端接5V，R2另端接地，8031的15腳接判鍵反饋線，啟、開、停三鍵分別接164的13、12、11腳，此三鍵另端均接叛鍵反饋線。8031的P1.0至P1.5分別接7406的6個門輸入端，7406的6個門輸出端分別接LED1～6的共陰端，8031的12腳接被測表轉數光電傳感輸出端，AI的6路輸入分別接分壓后的電壓A、B、C和三相電流傳感輸出端Ia、Ib、Ic，三個相同的電流一電壓傳感器均是QIB一端接地，另端通過R5接C4、R6，R6另端接C5、R7、K14－1的1支，R7另端接K14－1的2支和R8，R8另端接R9和K14－1的3支，C4、C5、R9另端接地，K14－1刀接Ia輸出端和D5正，D5負接D6負，D6正接D7負和T1基極，D7正和T1發射極接地，T1集電極接D8負，D8正通過R10接5V；QIB、A／D、AI結合8031系統構成數字電度表。
4.根據權力要求1的自動數碼型電能計量在線檢測儀，所述的檢測表光電傳感器；其特征是由轉盤上印制的徑向黑白色條，光電探頭CT2，發光管D1，光電管T1，晶體管T2，非門IC，電阻R1、2、3，電容C1所構成。D1正、T1集電極、R2、R3接EC電源，D1負經R1接地，T1發射極接T2基極，T2集電極接R2、C1、IC輸入端，IC輸出端接R3和輸出線a點，C1另端和T2發射極接地。
5.根據權利要求1的自動數碼型電能計量在線檢測儀，所述的被測表光電傳感器；其特征是由探頭CT1，發光燈LS，光電管T1，晶體管T2，非門IC3、4、5，二——十六進制計數器IC1，顯示譯碼器IC2，數碼管LED，二極管D1～3，測程轉數置數開關K1～3，電容C1，電阻R1、2所構成；結構關系是LS、T1集電極和R1接電源，LS另端接地，T1發射極接T2基極，T2集電極接R1、C1、IC3輸入端，IC3輸出接IC4輸入，IC4輸出接脈沖輸出線C點和IC1脈沖輸入端，IC1的4位BCD碼輸出端接IC2輸入端，IC2譯碼輸出的7線接數碼管，LED公共點接地；若是共陽極接＋5V，IC1計數器第2、3、4位分別接K1、2、3，K1、2、3另端分別接D1～3負，D1～3正接IC5輸入和R2，R2另端接EC，IC5輸出接外聯接線e點，IC1的14腳接外接線b點，IC1清零端聯接線f點。
6.根據權利要求1.3所述的單片機式自動數碼型電能計量在線檢測儀，將其單片機式計算顯示器中的數字電度表部分去掉，仍用機械電度表，構成的簡易單片機式自動數碼型電能計量在線檢測儀；其特征是由簡易單片機計算顯示器，檢測電度表，鉗型電流互感器，被測表光電傳感器，檢測表光電傳感器，直流電源，機箱所組成，其總體結構關系是將權利要求3所述的計算顯示器中去掉AI、A／D和電流——電壓變送器部分，由檢測表光電傳感器輸出端接8031的14腳作電量計數輸入，其余與權利要求3所述相同。
專利摘要電力系統查找誤差大的計量裝置，一般是停電拆下用戶計量表和互感器到專門校驗臺上校測。這樣既費人力物力，且停電會造成經濟損失。本實用新型提供一種“自動數碼型電能計量在線檢測儀”，能不停電在線檢測出用戶計量裝置誤差，其由鉗型電流互感器，檢測電度表，檢測表光電傳感器，被測表光電傳感器，計算顯示器，機箱所組成。能帶互感器一統測量，一人可攜，檢測迅速準確，幾分鐘可測出誤差，是電業部門一種新型檢測工具。
文檔編號G01R35/00GK2081539SQ9022267
公開日1991年7月24日 申請日期1990年10月26日 優先權日1990年10月26日
發明者鄭五星, 張振乾, 鄭宏禮 申請人:鄭五星