一種工頻電流的測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種工頻電流的測量裝置。
【背景技術】
[0002] 準確、及時地在最大的范圍內測量每一個周波的電流量值是電力測量設備的首要 任務。現有應用于電氣測量領域的儀器儀表基本上是采用逐次逼近型、斜坡型、雙積分型以 及壓頻變換型V/F的模/數轉換器等等，按照轉換原理轉換器還可分為直接A/D轉換器和間 接A/D轉換器。這些轉換器作為基本器件構成了眾多的測量儀器儀表，但這些儀器儀表都存 在量程窄、轉換速度慢的缺點，有些儀器儀表測量檔位的變換還需要人工手動換擋，已不適 應現時代的技術要求。
【發明內容】
[0003] 本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種工頻電流的測量裝置。
[0004] 本實用新型采用的技術方案是：
[0005] -種工頻電流的測量裝置，該測量裝置的輸入信號為測量用電流互感器的二次電 流經過電阻轉換成的、且經過電子線路的濾除諧波干擾等處理、其波形幅值與一次電流成 比例的正弦波形信號，也稱被測正弦電流波形信號，該測量裝置包括一個前置的電壓跟隨 器;一個正弦波形信號過零時產生時間計數啟動脈沖的時間啟動模塊，其輸出時間啟動脈 沖;一個正弦波形信號到達比較電壓值I bj時產生時間截獲脈沖的時間截獲模塊，其輸出時 間截獲脈沖；以及一個受時間啟動脈沖和時間截獲脈沖控制的、用來獲取被測正弦電流波 形信號過零后到達比較電壓值時的采樣時間t值并把該采樣時間t值作為與該模塊連接的 存儲器的地址直接讀取該存儲器相應地址中的存儲數據的時間數據應用模塊；
[0006] 其中，前置的電壓跟隨器由一個運放構成，其輸出的被測正弦電流波形信號分成 六路，分別輸出到第一、四、五、六、七、八電路單元的同相輸入端；
[0007] 時間啟動模塊包括第一、二、三電路單元；
[0008] 第一電路單元是由一個運放構成具有開環增益的電壓比較電路并后接TTL電平轉 換接口電路再把高電平的矩形波微分且輸出的電路單元，其有兩個輸出端，該電路單元中 的第二個有施密特觸發器的與非門的輸出端是第一個輸出端，其輸出的時間計數啟動脈沖 是高電平的矩形波脈沖，其和第二十、二十一電路單元的C7?端相連接;該電路單元中的最 后一個二極管的輸出端是第二個輸出端，其把高電平的矩形波微分后和第三電路單元中運 放的同相輸入端相連接；
[0009] 第二電路單元是一個零點電壓調整電路單元，該電路中的電壓跟隨器的輸出端作 為電路單元輸出端，其和第一電路單元中運放的反相輸入端相連接；
[0010] 第三電路單元是把第一電路單元的第二個輸出端、即通過二極管輸出的信號再進 行調整、輸出的電路，該電路單元輸出端是一個反相器的輸出端，輸出信號是低電平的尖脈 沖，其輸出到第二十四電路單元的第一個四S-R鎖存器中的四個及端和第二個四S-R鎖存器 中的一個及端；
[0011]時間截獲模塊包括第四、五、六、七、八、九、十、^ 、十二、十三、十四、十五、十六 電路單元；
[0012] 第四、五、六、七、八電路單元是電路結構、所使用的元器件型號、參數完全一樣的 五個電壓比較電路單元，分別由運放構成具有開環增益的電壓比較電路并后接TTL電平轉 換接口電路再把高電平的矩形波微分且輸出的電路單元，并且五個電路單元的每一個電路 單元都有兩個輸出端，電路單元的第一個輸出端分別是所在電路單元中的第一個有施密特 觸發器的與非門的輸出端，其輸出的低電平矩形波脈沖分成兩路，一路用作確定小數點位 置的信號，被分別連接到第二十四電路單元中的兩個四S-R鎖存器中的對應的五個及端，另 一路連接到下一個與非門的兩個輸入端；電路單元的第二個輸出端分別是所在電路單元中 最后一個二極管的輸出端，其輸出的是高電平的時間截獲尖脈沖，且都和第十六電路單元 中運放的同相輸入端相連接；
[0013] 第九、十、十一、十二、十三電路單元分別是由分壓電阻和電壓跟隨器構成的比較 電壓的輸出電路，它們分別輸出第一、二、三、四、五比較電壓到第四、五、六、七、八電路單元 中運放的反相輸入端；
[0014] 第十四電路單元是一個電壓基準集成電路，其輸出的電壓分成兩路，分別通過電 壓跟隨器輸入到第三、十六電路單元中運放的反相輸入端；
[0015] 第十五電路單元是一個精密的電壓基準集成電路，其輸出穩定的10v基準電壓到 第九、十、十一、十二、十三電路單元；
[0016] 第十六電路單元是把第四、五、六、七、八電路單元的第二個輸出端輸出的信號再 進行調整、輸出的電路，該電路單元輸出的是高電平的更尖、窄的時間截獲脈沖，該電路單 元的輸出端和第二十一電路單元的CP端相連接；
[0017] 時間數據應用模塊，它受時間啟動脈沖和時間截獲脈沖控制、用來獲取被測的正 弦電流波形信號過零后到達比較電壓時的采樣時間t值并把該采樣時間t值作為存儲器地 址直接讀取與該應用模塊相連接的存儲器相應地址中的存儲數據進行顯示、參與相關電氣 量的計算、傳輸等應用，其包括第十七、十八、十九、二十、二十一、二十二、二十三、二十四、 二十五電路單元；
[0018] 第十七電路單元是第一保持脈沖電路，由一個與門構成，其一個輸入端與第二十 電路單元輸出的16位二進制數中的第11位相連接，另一個輸入端與16位二進制數中的第13 位相連接，其輸出端在時間計數電路啟動計數后的第5120us時產生并輸出第一保持脈沖， 其輸出分成兩路，一路輸入到第二十二電路單元的CP端，另一路輸入到第十八電路單元的 一個輸入端；
[0019] 第十八電路單元是第二保持脈沖電路，由一個與門構成，其一個輸入端和第十七 電路單元的輸出端相連接，另一個輸入端和第二十電路單元輸出的16位二進制數中的第8 位相連接，其輸出端在時間計數電路啟動計數后的第5248us時產生并輸出第二保持脈沖， 第二保持脈沖輸入到第二十四電路單元中的兩個4位雙向移位寄存器的CP端；
[0020] 第十九電路單元是10MHZ脈沖產生及十分頻電路，其輸出的1MHZ脈沖輸入到第二 十電路單元四個計數器的CP端；
[0021] 第二十電路單元是四個四位二進制同步計數器依次連接成的時間脈沖計數電路， 其四個計數器的￡1端和時間啟動模塊的第一電路單元的第一個輸出端相連接，其四個計 數器共16個數據輸出端和第二十一電路單元的16個數據輸入端一一對應相連接，其輸出一 個由零開始、每次遞增1 us的16位二進制數；
[0022] 第二十一電路單元是四個以并入-并出方式工作的4位雙向移位寄存器依次連接 成的時間數據暫存電路，四個寄存器的茂端和時間啟動模塊的第一電路單元的第一個輸 出端相連接，四個寄存器的CP端和時間截獲模塊的第十六電路單元的輸出端相連接，四個 寄存器共16個數據輸出端和第二十二電路單元的16個數據輸入端一一對應相連接；
[0023] 第二十二電路單元是四個以并入-并出方式工作的4位雙向移位寄存器依次連接 成的時間數據保持電路，四個寄存器的斤端通過電阻連接+5V電源，四個寄存器的CP端和 第十七電路單元的輸出端相連接，四個寄存器的16個數據輸出端中的前十三個依序和第二 十三電路單元的13條地址線端腳一一對應相連接；
[0024] 第二十三電路單元是設置成只讀工作方式的兩個并聯的電擦除可編程只讀存儲 器EEPR0M，兩個存儲器的地址線并聯且和第二十二電路單元的13個數據輸出端依序一一對 應相連接，存儲器存儲單元中已存入轉換表中的H個U直；
[0025] 第二十四電路單元是小數點自動轉換電路單元，包括：（1)時間數據判斷電路，其 在第二十二電路單元、即時間數據保持電路輸出并保持的時間數據大于或等于319us時輸 出低電平；（2)小數點位置確定電路；（3)8線-3線優先編碼輸出電路；（4)3線-8線譯碼輸出 電路；（5)小數點保持及輸出驅動電路；
[0026] 第二十四電路單元的具體接線為：（1)時間數據判斷電路，其在第二十二電路單 元、即時間數據保持電路輸出并保持的時間數據大于或等于319us時輸出低電平，其電路 由第一個四2輸入或門集成電路U52、第一個四2輸入與門集成電路U67、第二個四2輸入與門 集成電路U68、第二個四2輸入或門集成電路U 69和一個反相器U7Q構成，把第二十二電路單元 第一個寄存器u53的15、14、13、12腳，即對應于存儲器的地址端腳4〇) 1^2^3依次與第一個 四2輸入與門集成電路U67的1、2、4、5腳相連接，第二個寄存器U 54的15、14、13、12腳，即對應 于存儲器的地址端腳A4、A5、A6、A7依次與第一個四2輸入與門集成電路U67的12、13腳和第一 個四2輸入或門集成電路U 52的1、2腳相連接，第三個寄存器U55的15、14、13、12腳，即對應于 存儲器的地址端腳A8、A9、Alt)、All依次與第二個四2輸入與門集成電路U68的1腳、第一個四2輸 入或門集成電路U 52的4、5、12腳相連接，第四個寄存器U56的15腳，即對應于存儲器的地址端 腳A 12以及U56的14腳依次與第一個四2輸入或門集成電路U52的13腳、第二個四2輸入或門集 成電路U 69的10腳相連接，第一個四2輸入或門集成電路U52的3腳與第二個四2輸入或門集成 電路U 69的1腳相連接，第一個四2輸入或門集成電路U52的6腳與9腳相連接，10腳與11腳相連 接，第一個四2輸入或門集成電路U 52的8腳與第二個四2輸入或門集成電路U69的5腳相連接， 第一個四2輸入與門集成電路U 67的3腳與10腳相連接，6腳與9腳相連接，第一個四2輸入與門 集成電路U67的8、11腳依次與第二個四2輸入與門集成電路U 68的5、4腳相連接，第二個四2輸 入與門集成電路U68的2、3、6腳依次與第二個四2輸入或門集成電路U 69的3、4、2腳相連接，第 二個四2輸入或門集成電路U69的6腳與9腳相連接，第二個四2輸入或門集成電路U 69的8腳與 反相器U7Q的輸入端相連接，反相器U7Q的輸出端作為時間數據判斷電路的輸出端分別與小 數點位置判斷電路中的第一與門U37、第二與門U 38、第三與門U39和第四與門U9Q的一個輸入端 相連接，反相器U 7Q的輸出端在時間數據保持電路單元的數據輸出端輸出并保持的時間數據 大于或等于319us時輸出低電平，或換言之，當時間數據小于319us時反相器U7Q的輸出端輸 出高電平;構成本時間數據判斷電路的二輸入與門以及二輸入或門可以用三輸入、四輸入 與門以及三輸入、四輸入或門靈活代替；
[0027] (2)小數點位置確定電路是由第一反相器U3Q、第二反相器U31、第三反相器U 32、第四 反相器U33、第五反相器U91、第一或門U34、第二或門U35、第三或門U36、第四或門U92、第一與門 U37、第二與門U38、第三與門U39、第四與門U9Q和第一個四S-R鎖存器U40和第二個四S-R鎖存器 U93構成的，其電路的具體接法是，把U22的輸出端與U4Q的2、3腳相連接，把U2Q的輸出端與U40 的6腳相連接，把U18的輸出端與U40的15腳相連接，把U16的輸出端與U40的11、12腳相連接，把 Ul02的輸出端與U93的2、3腳相連接，反相器U27的輸出端與U4Q的1、5、10、14腳和U93的1腳相連 接，U7Q的輸出端分別與第一與門U37、第二與門U38、第三與門U39和第四與門U9Q的一個輸入 端相連接，U4Q的4腳與U3Q的輸入端和U37的另一個輸入端相連接，U3Q的輸出端和U71的11腳相 連接，U37的輸出端和U34的一個輸入端相連接，U4Q的7腳與U34的另一個輸入端和U38的另一個 輸入端相連接，U34的輸出端與U 31的輸入端相連接，U31的輸出端與1]71的12腳相連接，U38的輸 出端和U35的一個輸入端相連接，U4Q的13腳與U35的另一個輸入端和U39的另一個輸入端相連 接，U35的輸出端與U32的輸入端相連接，U32的輸出端與U71的13腳相連接，U39的輸出端與U36的 一個輸入端相連接，U4Q的9腳與U36的另一個輸入端和U9Q的另一個輸入端相連接，U36的輸出 端與U33的輸入端相連接，U33的輸出端與U71的1腳相連接，U9Q的輸出端與U92的一個輸入端相 連接，U93的4腳與U92的另一個輸入端相連接，U92的輸出端與U91的輸入端相連接，U91的輸出 端與Un的2腳相連接；
[0028] (3)8線-3線優先編碼輸出電路是由74LS148優先編碼器u71、反相器U72、U73和U74構 成的，其接法是，U71的11、12、13、1、2腳依次與1] 3〇、1]31、1]32、1]33、1]91的輸出端相連接，其5、10腳 接數字地，其6、7、9腳依次連接U72、U73和U74的輸入端，U72、U73和U74的輸出端依次連接U75的3、 2、1腳；
[0029] (4)3線-8線譯碼輸出電路是由74LS138譯碼器U75構成的，其接法是，其5、4腳連接 數字地，6腳通過電阻R 57連接+5V電源，其14、13、12、11腳分別連接1]76的3、4、5、6腳，其10腳 連接U95的3腳；
[0030] (5)小數點保持及輸出驅動電路是由兩個4位雙向移位寄存器74LS194、即U76、U95 以及74LS07緩沖/驅動門電路U77、U78、U79、U8Q和U94構成的，其接法是，U76、U 95的1、9、10腳通過 電阻抱7連接+5￥電源，1]76、1]95的11腳與1] 51的6腳相連接，1]76的15、14、13、12腳分別對應的與 緩沖/驅動門電路仏9、1]8()、1]78、1]77的輸入端相連接，1]79、1]8()、1]78、1]77的輸出端分別通過電阻 R65、R47、R48、R49和依次表示個、十、百、千位的LED七段顯示器中的小數點顯示位dp相連接， u95的15腳與緩沖/驅動門電路U94的輸入端相連接，U94的輸出端通過電阻R 5Q與顯示萬位小數 點的D16相連接，D16是發光二極管LED;U 51的6腳在時間計數電路啟動計數后的第5248個US時 會輸出一個脈沖，該脈沖的上升沿會把經過Un、U75處理后得到的唯一的一個小數點信號送 出顯示。
[0031] 第二十五電路單元是數碼顯示電路，用于即時顯示被測電流的值，其包括四個 B⑶-七段譯碼/驅動器74LS47、限流電阻以及四個LED七段數碼顯示器和一個LED發光二極 管;其與第二十三電路單元的兩個地址線并聯的存儲器的數據口線I/O進行連接。
[0032] 所述第二十五電路單元采用LED七段數碼顯示器或者液晶顯示器。在以下的實施 例中，顯示器1]63、1]64、1]65、1]66是采用1^七段數碼顯示器，顯示器中的小數點顯示位(^依次 用來表示個位、十位、百位、千位的小數點，即U63中的dp表示個位小數點，U64中的dp表示十 位小數點，U65中的dp表示百位小數點，U66中的dp表示千位小數點，發光二極管Dl6用來表示 萬位小數點；四個LED七段數碼顯示器和顯示器中的dp以及D 16共同組成的數碼顯示電路可 以用來即時顯示大范圍的被測電流值。
[0033] 該測量裝置涉及一種工頻電流的測量方法，應用于所述測量裝置，且該測量裝置 的輸入信號為測量用電流互感器的二次電流經過電阻轉換成的、且經過電子線路的濾除諧 波干擾等處理、其波形幅值與一次電流成比例的正弦波形信號，也稱被測正弦電流波形信 號，所述測量方法包括一個電流測量公式、通過該公式計算得到數據、以及對這些數據的應 用方法，其包括以下步驟：
[0034] (1)由正弦電流的數學表達式推導得到一個測量公式：
[0036]式中，Im是被測的正弦電流波形信號幅值，Ibj是比較電壓值，t是被測的正弦電流 波形信號過零后到達比較電壓Ibj時的時間值，其單位為us，f是電力系統的額定頻率;依據 該公式，只要知道電力系統頻率f、比較電壓值I bj并獲得被測的正弦電流波形信號過零后到 達比較電壓k時的時間值，即獲得采樣時間t值時，即可求得被測電流U勺值；
[0037] (2)額定頻率的正弦電流波形信號在一個半波內由過零點開始到達其幅值所需的 時間為Hus，
，其中H取正整數，f是電力系統的額定頻率，并且設定Ibj = lmv，把時 間t值由lus開始、按每次遞增lus、一直到Hus為止，分別一一代入測量公式中的t計算得到H 個Im的值，把得到的U直數據依照時間t值的由小到大的順序編制成表格、即附表，稱為"時 間t值與正弦波形幅值U直轉換表"，簡稱"轉換表"；
[0038] (3)把以16位二進制數表示的時間t值從lus起到Hus為止，依次作為存儲器的地址 并一一對應地把轉換表中的Hflm的值采用四位二-十進制的BCD碼存入存儲器的存儲單元 中，存儲器采用電擦除可編程只讀存儲器EEPR0M，存儲器地址容量應大于5K，一個存儲器的 每一個存儲單元為一個字節，可以存放2個四位二-十進制BCD碼也就是2個十進制數，二個 字節的存儲單元存放4個十進制數，即用二個8K X 8存儲器，依順序，第一個存儲器存放一個 十進制4位數中的前兩位，第二個存儲器存放一個十進制4位數中的后兩位。
[0039]本實用新型采用以上技術方案，利用測量用電流互感器的二次電流經過電阻轉換 成的