單相電能表的溫度補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種單相電能表的溫度補償方法。
【背景技術】
[0002]電能表中的霍爾電流傳感器受溫度的影響比較大，受到溫度影響后，傳感器的輸出信號將產生溫度漂移。嚴重影響了電能的測量精度，因此需要對該傳感器進行溫度補償。
[0003]常用的溫度補償方法一般有硬件補償方法和軟件補償方法。硬件溫度補償方法通常是利用惠斯通電橋四個橋臂上串、并聯的阻值可變的電阻，來平衡因四個電阻的初始值不匹配而造成的零點漂移以及電阻阻值隨溫度變化而變化產生的溫度漂移。硬件補償方法雖然速度快，實時性高，但具有通用性差，調試困難，精度低等缺點。軟件補償方法就是用相關軟件對從傳感器采集出的數據進行處理，這種方法通用性強，便于調試，因此受到了廣泛使用。常用的軟件補償方法有神經網絡法，二維回歸分析法，最小二乘法，分段線性插值法(查表法)等。神經網絡法的補償精度雖然高，但權值矩陣和偏置矩陣占用的內存太大，因此對單片機的要求較高，增加了電能表的成本。二維回歸分析法和最小二乘法雖然方法相對簡單，但是其補償精度確不高。分段線性插值法(查表法)分段時如果溫度間隔太大，則補償精度不高，如果溫度間隔過小，則占用電能表較多的存儲資源，溫度間隔多大，則補償精度達不到要求。
[0004]已公布的專利技術中，專利號為201210155429.9的專利申請文獻中提出了一種分段線性插值法(查表法)。它是通過溫度實驗得到各個溫度點的補償值R(T)，即首先確定溫度值與補償值之間的一一映射關系(T，R(T))，然后按照溫度從低到高將對應的補償值用一維數組存入數據表中。在溫度Tc補償時，首先在存儲的數據表中查找出Tc溫度點前后兩個溫度點Ta和Tb對應的補償值Re，然后計算出斜率再進行線性插值，即得溫度Tc點的補償值Rc=ra+ (rb-ra) * (Tc-Ta) / (Tb-Ta)。在溫度對霍爾傳感器的幅值和相位都產生影響的單相電能表溫度補償中，這種方法要在功率因數為1.0和0.5L時分別補償幅值和相位，而且要存儲兩個數據表到flash中，占用了電能表更多的存儲資源，且運算量相對較大。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種代碼量小，補償速度快，精度高，成本低，穩定性好，不需要占用電能表額外存儲資源的單相電能表的溫度補償方法。
[0006]本發明提供的這種單相電能表的溫度補償方法，包括如下步驟:
1)在室溫下校準電能表:在功率因數1.0時得到電流比差寄存器、功率比差寄存器的初始值，幅值校正后在功率因數0.5L時得到角差寄存器的初始值，將它們寫入到計量芯片相應的寄存器；
2)以5°C為間隔，調節溫箱溫度(環境溫度范圍內)，功率因數1.0時讀出當前溫度下電能表的電流測量值，并以此計算當前溫度區間內的電流微調比例因子和功率微調比例因子； 3)以5°C為間隔，調節溫箱溫度(環境溫度范圍內)，在幅值校正基礎上，功率因數0.5L時讀出當前溫度下電能表的功率誤差，并以此計算當前溫度區間內的角差微調補償因子；
4)利用步驟2)和3)獲得的電流、功率微調比例因子及角差微調補償因子計算電流比差寄存器、功率比差寄存器及角差寄存器在新溫度區間內的新值；
5)利用計量芯片的片上溫度傳感器進行溫度測量，進行溫度區間的判斷，將步驟4)所述新值取整后分別寫入電流比差寄存器、功率比差寄存器及角差寄存器；
6)重新計算校驗和并將結果寫入校驗和寄存器；
7)重復步驟4)至步驟6)即可進行環境溫度范圍內的溫度補償。
[0007]所述電能表在一個溫度可調的高低溫溫箱中工作，以5°C為間隔調節溫箱溫度，獲得各個溫度區間內電流比差寄存器、功率比差寄存器及角差寄存器的值。利用計量芯片的片上溫度傳感器測量溫度，進行溫度區間的判斷。所述電流比差寄存器、功率比差寄存器和角差的新值計算時取整。步驟2)中當前溫度下電流比差寄存器的新值為:電流比差寄存器的初始值X電流微調比例因子；當前溫度下功率比差寄存器的新值為:功率比差寄存器的初始值X功率微調比例因子；步驟3)中當前溫度下角差寄存器的新值為:角差寄存器的初始值+角差微調補償因子。所述電流或功率微調比例因子為:電能表常溫下的電流測量值+當前溫度下的電流測量值。所述角差微調補償因子為:功率因數0.5L時從電能表檢定裝置上讀得的當前溫度下的功率誤差+角差校正比率。
[0008]本發明克服了溫度效應對霍爾傳感器輸出及電能測量精度的影響，成本低，原理簡單，運算量小，補償速度快，補償精度高，不需占用電表額外的存儲資源，非常適合于比較廉價的單片機應用。與現有技術相比，本發明具有以下優點:
1.充分利用現有的硬件資源，且沒有占用電能表有限的存儲資源，節省了成本。有些軟件方法需要占用大量內卡或flash上寶貴的存儲資源來存儲查找表，中間數據等。本方法通過電表上現有計量芯片的片上溫度傳感器測量溫度，通過管理芯片進行運行，沒有用到其它元件；
2.與校表原理相似，原理簡單，便于理解，代碼量小。通過動態更改計量芯片中的電流比差寄存器、功率比差寄存器和角差寄存器的值來補償溫度效應對電流的幅值和相位的影響。只需利用兩個溫度變化前后電表測試的電流值與電能表檢定裝置顯示的功率誤差，即可通過簡單的計算算出電流、功率微調比例因子和角差微調補償因子；
3.補償速度快，實時性高。程序由定時器控制，每秒調用，立即寫入新值到計量芯片中的電流比差寄存器、功率比差寄存器和角差寄存器實現補償；
4.通用性好，拓展性強。只要計量芯片具有電流、功率比差和角差校正功能，都可利用這種方法進行溫度補償，可拓展至利用其它計量芯片進行計量的單相表或三相表的溫度補
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【附圖說明】
[0009]圖1是本發明方法硬件平臺框圖。
[0010]圖2是本發明方法軟件設計流程框圖。
[0011]圖3是功率因數為1.0時補償前和補償后的電流測量值對比圖。
[0012]圖4是功率因數為0.5L時補償前和補償后的功率測量值對比圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1是實施本發明方法的硬件平臺框圖，串接在火線上的霍爾傳感器取樣火線電流后經過抗混疊濾波電路進入計量芯片，由計量芯片片上的ADC(模數轉換器)采樣后，經過相應的濾波等處理。在功率因數為1.0時，直接進行電流和功率有效值的計算，隨后經過電流和功率比差校正后得到準確電流與功率測量值。在功率因數為0.5L時，則需要進行角差校正后再進行電流和功率有效值的計算，隨后再經過電流和功率比差校正得到準確的測量值。當環境溫度變化時，由于霍爾傳感器受到溫度的影響，因此其輸入到計量芯片的端口電壓發生改變，為了得到準確的電流測量值因此需要進行溫度補償。
[0014]圖2是本發明進行溫度補償的方法和過程。
[0015]具體的實施步驟如下:
1.先將電表放置在一個溫度能調節的高低溫溫箱中工作，火線通電流I，我們可以預先設定一個環境溫度范圍，這個范圍應當是電表工作環境可能達到的溫度范圍，如_40°C到70 0C ；
2.在室溫(25°C)時將表校準，此時電表測量的火線電流為I，火線比差寄存器、火