、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，通過電路使被測正弦電流波形信號過零時和到達比較 電壓時產生的時間計數啟動脈沖和時間截獲脈沖對一個時間數據應用模塊進行控制、獲 取該正弦電流波形信號經過零點后、在Hus內該正弦電流波形信號幅值所能到達的某一個 比較電壓時的采樣時間t值并以該采樣時間t值作為存儲器地址直接讀取時間數據應用模 塊中連接的存儲器的相應地址存儲單元中的數據來取得被測電流每一個周波的測量值，可 實現連續測量和小數點的自動轉換，從lmv到lOOOOmv及以上范圍內的信號均可測量，是一 款形式新穎、原理簡單、測量快速、量程寬廣、精確度高的新型電力測量裝置，可靈活應用于 不同需求、不同場合，其裝置輸出的數字量信號可作為量值顯示，可參與功率計算或電能計 量，可傳送到其他需要應用這種數字化量值的設備，還可作為一種簡便的電流后備保護，同 時這種方法還可以應用于對工頻電壓的測量。本實用新型具有明顯的技術優勢和顯著的社 會經濟效果。
【附圖說明】
[0040] 以下結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明；
[0041] 圖1本實用新型時間t與正弦波形的幅值^的關系示意圖；
[0042] 圖2本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路框圖；
[0043] 圖3本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之一；
[0044] 圖4本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之二；
[0045] 圖5本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之三；
[0046] 圖6本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之四；
[0047] 圖7本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之五；
[0048] 圖8本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之六；
[0049] 圖9本實用新型一種工頻電流的測量裝置的電路接線示意圖之七。
【具體實施方式】
[0050] 如圖1至9之一所示，本實用新型的測量裝置應用了一種工頻電流測量方法，應用 于測量裝置，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，所述電流測量方法包括一個電流測量公式，通過該公式計 算得到數據以及把這些數據編制成轉換表、存入存儲器的方法。其應用該方法的電流測量 裝置包括一個前置的電壓跟隨器;一個正弦電流波形過零時產生時間計數啟動脈沖的時間 啟動模塊;一個正弦電流波形到達比較電壓時產生時間截獲脈沖的時間截獲模塊;一個受 時間啟動脈沖和時間截獲脈沖控制的時間數據應用模塊，且該時間數據應用模塊中連接有 已存入轉換表數據的存儲器。為了加深理解，以下結合電力系統頻率為50HZ的實例作進一 步具體說明。
[0051] -種工頻電流的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 把這些數據編制成轉換表、存入存儲器的方法;其步驟：
[0052] (1)根據正弦電流的數學表達式，當正弦電流波形的初始值為零或者說它的初相 位為零時，其數學表達式為：i = Imsin 〇 t，式中，i表示正弦電流的瞬時值；Im表示正弦電流 瞬時值中最大的值稱為幅值=2iif，在本實施例中的電力系統頻率為每秒50HZ，把2JI以 360°表示;把每秒時間改為以微秒表示，t也以微秒來表示50HZ的正弦電流波形過零以后到 達該電流瞬時值i的時間；進一步的，把I m表示為一個被測正弦電流的幅值，把i表示為被測 正弦電流的瞬時值或者說是一個設定的瞬時值、或者說是一個比較值Iw，t表示被測的正弦 電流波形信號過零后到達比較電壓I bj時的時間值，那么，上述的數學表達式演變成一個 50HZ的工頻電流測量公式：
[0054]依據該電流測量公式，只要已知Ibj的值且獲得被測的正弦電流波形信號過零后到 達比較電壓IW時的時間t值、即采樣時間t值，就可以得知被測正弦電流波形幅值Im，從而完 成對一個被測電流的測量。如圖1所示，圖中，隨著被測正弦電流波形信號與比較電壓1^產 生的交點、即采樣時間t的變化，正弦波形信號幅值也隨著相應的變化。
[0055] (2)額定頻率f為50HZ的正弦電流波形其一個周波的時間為20ms，在一個半波內由 過零點開始到達其幅值所需的時間為Hus，是1/4個T的時間，即5000US。在實際的電流測量 應用中，電流測量、計量在每個周波中測量一次就已足夠、且涉及的精確度為千分之二以上 時已能滿足計量需求，所以本實用新型裝置中只設置正的比較電壓值且時間t的變量設定 在正弦電流波形信號由負到正過零時開始到5000US為止的范圍內，并且表格中每一個U直 取一個四位十進制數就可以滿足使用要求。設定I bj = lmv，把時間t作為一個變量，且由lus 開始、按每次遞增lus，一直到5000us為止，按照時間t由小到大的順序分別一一代入電流測 量公式中的t計算得到5000個I m的值，Im的值是7位以上的十進制數;按照時間t值由小到大 的順序把5000個1"的值編制成表格(參考附表），該表格稱為"時間t值與正弦波形幅值U直 轉換表"，簡稱"轉換表"。把表格中的每個時間t值以16位二進制數表示、按照時間t值由小 到大的順序依次作為存儲器的地址把表格中與時間t相對應的^數值的前4位十進制數采 用四位二-十進制BCD碼表示一個十進制數的形式存入存儲器的存儲單元中，存入4位十進 制的數值時都無須考慮到小數點的位置;一個字節存儲單元可以存放二個四位二-十進制 BCD碼也就是2個十進制數，只需二個字節的存儲單元即可存入4個十進制數，因此使用兩個 8KX 8的存儲器。其中，第（1)個存儲器U57的一個存儲地址的存儲單元內存放一個4位十進制 數Im數值的前兩位的數字，存儲單元的前半字節存放該4位十進制數前兩位中的第一位數 字的BCD碼，且存儲器的I/Oo、I/U、1/0 2、1/03依次連接BCD-七段譯碼器/驅動器U59的7、1、2、 6腳，存儲單元的后半字節存放該4位十進制數前兩位中的第二位數字的BCD碼，且存儲器的 1/〇4、1/0 5、1/06、I/O?依次連接BCD-七段譯碼器/驅動器U6Q的7、1、2、6腳;第⑵個存儲器U 58 的一個存儲地址的存儲單元內存放一個4位十進制數Im數值的后兩位的數字，存儲單元的 前半字節存放該4位十進制數后兩位中的第一位數字的BCD碼，且存儲器的1/0〇、1/0^1/02、 1/〇 3依次連接BCD-七段譯碼器/驅動器U61的7、1、2、6腳，存儲單元的后半字節存放該4位十 進制數后兩位中的第二位數字的BCD碼，且存儲器的1/〇4、1/〇5、1/〇6、1/〇7依次連接隊〇-七 段譯碼器/驅動器U62的7、1、2、6腳；
[0056]從圖1和附表中可以看出，當時間t值大于318us時，每一個相鄰的7位及7位以上的 1逍之間的值都相差較少、其分辨率都逐次升高，當時間t值小于318us時，每一個相鄰的7 位及7位以上的U直之間的值都相差較多、其分辨率都逐次降低，并且當采樣時間t值為 318us時其波形幅值近似等于比較電壓值的10.0264倍，因此318us是一個標志性的分界點； 當采樣時間t小于318us時就會影響測量的精確度，使該表格只能用在比較電壓值lmv的1~ 10倍的測量范圍內，超過該范圍則誤差逐步增大;根據采樣時間t為318us時其波形幅值近 似等于比較電壓值10倍的這一特點，在第一比較電壓lmv以上再設置一個10mv的第二比較 電壓，當被測的正弦電流波形信號幅值Im超過l〇mv以上時，其正弦波形信號與第二比較電 壓lOmv的交點即明顯地處在其幅值的附近、即時間t值明顯大于318us而略小于5000us的位 置，從而使獲得的Im的值依然能夠保持高分辨率和高精確度。假設第一比較電壓IbjiSlmv， 對應的被測的正弦電流波形信號幅值用1^表示;第二比較電壓I bj2為1 Omv，對應的被測的正 弦電流波形信號幅值用Im2表示;則：
[0059] 當上式(1)、（2)中的t為同一個時間數值時，將式(2)除以式(1)，得到：
[0060] Im2= 10 X Iml--(3)
[0061] 從（1)、（2)、（3)式可知，當第二比較電壓Ibj2為第一比較電壓Ibjl的10倍、且在相同 的時間t時，幅值1^等于幅值1^的10倍，即幅值I ml和幅值1^的有效數字相同，只要把幅值 Iml的小數點向右移動一位就是幅值Im2的值。同樣的道理，可以再設置第三比較電壓lOOmv、 第四比較電壓lv和第五比較電壓l〇v，當被測的正弦電流波形信號的幅值超過lOOmv、lv、 l〇v時，其相應的正弦波形信號的幅值與幅值Iml也是100、1000、10000倍的關系，其有效數字 完全相同，把幅值I ml的小數點依據其相應的倍數關系依次向右移動二、三、四位就可以了。 這表明，以Ibji = lmv時用時間t值作為變量所計算出來的"時間t值與正弦波形幅值Im值轉 換表"也完全適用于被測正弦電流波形幅值超過10mv、100mv、lv、10v時的測量應用。在土 15v的電源系統中比較電壓的設置最多只能是五個，最低的是lmv，最高的是10v，分別是 lmv、lOmv、lOOmv、lOOOmv即 lv、lOOOOmv即 10v，后一個值是前一個值的 10倍。
[0062] 如圖2所示，一個應用本實用新型方法的測量裝置，其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，一個正弦波形信號 依次到達多個設置的比較電壓時產生時間截獲脈沖的時間截獲模塊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；
[0063] 如圖3至9之一所示，其中，前置電壓跟隨器山由一個運放0P-07構成，一個由測量 用電流互感器的二次電流經過電阻轉換成的、且經過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，輸入到山的同相輸入端V IN， Ui的反相輸入端與其輸出端Vi相連接，其輸出端Vi輸出的信號分成六路，分別輸出到第一、 四、五、六、七、八電路單兀中的運放U9、Ul3、Ul2、Ull、UlQ、UlQl的同相輸入端；
[0064] 時間啟動模塊包括第一、二、三電路單元；
[0065] 第一電路單元是由一個運放0P-37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，0P-37作為電壓比較器U9， 其接法是，電壓跟隨器Ui的輸出端％和電阻R 12的一端相連接，電阻R12的另一端和U9的同相 輸入端相連接，電阻Rl3的另一端和U9的反相輸入端相連接，U9的輸出端和電阻R23的一端相 連接，R23的另一端和R24的一端相連接，R24的另一端連接模擬地，電容&和辦4并聯，&和辦4并 聯接入使用能增強電路的濾波能力，R23的另一端還和有施密特觸發器的與非門U 14的兩個 輸入端相連接，二極管口:的輸入端和U14的兩個輸入端相連接，其輸出端連接+5v，二極管D2 的輸出端連接Di的輸入端，D2的輸入端連接數字地，U14的輸出端和與非門U15的兩個輸入端 相連接，第一電路單元有兩個輸出端，U 15的輸出端V15是第一電路單元的第一個輸出端，其 輸出的高電平的矩形波脈沖分成兩路，一路作為時間啟動脈沖輸出到第二十電路單元中的 依次連接的四個計數器的@端和第二十一電路單元中的依次連接的四個寄存器的既端， 另一路輸出到電容C7的一端，C7的另一端和電阻R34的一端相連接，R34的另一端連接數字 地，C 7的另一端還和二極管Dn的輸入端相連接，Dn的輸出端V25是第一電路單元第二個輸出 端，其把高電平矩形波脈沖微分，Dn輸出端V 25和第三電路單元中U25的同相輸入端相連接； 第三電路單元輸出的是用于小數點的位置復位的復位脈沖；
[0066]第二電路單元是一個零點電壓調整電路單元，運放0P-07作為該電路中的電壓跟 隨器U2，U2的輸出端￥2作為電路單元的輸出端;其接法是，可調電阻心的一端連接+15 V，另一 端連接_15v，可調整端連接電阻R2的一端，R2的另一端連接電阻R 3的一端，R3的另一端連接 模擬地，R2的另一端還和U2的同相輸入端相連接，其反相輸入端和輸出端V 2相連接，其輸出 端％和電阻R13的一端相連接；
[0067]第三電路單元是把第一電路單元的第二個輸出端、即二極管Dn輸出的已經經過微 分的復位脈沖再次和u25的反相輸入端上的調整電壓進行比較，從而在U25的輸出端獲得高 電平的更尖、窄的脈沖，這個脈沖經過第三電路單元的輸出端、即反相器U27的反相輸出后成 為低電平的尖、窄的用于小數點的位置復位的復位脈沖，其接法是，Dn的輸出端V 25和電阻 R35的一端相連接，R35的另一端連接數字地，電容C8和R35并聯，C 8和R35并聯接入使用能增強 電路的濾波能力，Dn的輸出端V25還和U 25的同相輸入端相連接，U25是一個運放0P-37,電壓基 準集成電路U7輸出的用于調整脈沖寬度的調整電壓通過電壓跟隨器U 24及電阻R33和U25的反 相輸入端相連接，U25的輸出端和電容Cl4的一端相連接，Cl4的另一端和電阻R41的一端相連 接，1? 41的另一端連接數字地，C14的另一端還和反相器U27的輸入端相連接，U 27的輸出端V27作 為第三電路單元的輸出端和第二十四電路單元中的第一個四S-R鎖存器U 4Q的四個瓦端、即 1、5、10、14腳和第二個四3-1?鎖存器1]93的一個互端、8卩1腳相連接；
[0068]時間截獲模塊包括第四、五、六、七、八、九、十、十一、十二、十三、十四、十五、十六 電路單元；
[0069]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0P-37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74LS279四S-R鎖存器U4〇和U 93中 的對應的五個歹端、即置位端，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；電路中的有施密特觸發器的 與非門是 74LS132,其包括Ul4、Ul5、Ul6、Ul7、Ul8、Ul9、U2Q、U21、U22、U23、UlQ2、Ul()3。第四電路單兀 的接法是，電壓跟隨器山的輸出端％和電阻R 2Q的一端相連接，電阻R2Q的另一端和U13的同相 輸入端相連接，電阻R21的另一端和Ul3的反相輸入端相連接，Ul3的輸出端和電阻R31的一端相 連接，R31的另一端和R32的一端相連接，R32的另一端連接模擬地，電容C#PR 32并聯，C#PR32并 聯接入使用能增強電路的濾波能力，類似的電容和電阻的并聯在第五、六、七、八電路單元 中也有，作用相同，不再說明，R31的另一端還和U 22的兩個輸入端相連接，二極管D9的輸入端 和U22的兩個輸入端相連接，其輸出端連接+5v電源，二極管D 1Q的輸出端連接D9的輸入端，D10 的輸入端連接數字地，U22的輸出端V22是第四電路單元的第一個輸出端，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，被連接到U 4Q中的2、3腳，另一路連接 到U23的兩個輸入端;U23的輸出端和電容Cl3的一端相連接，Cl3的另一端和電阻R4Q的一端相 連接，R40的另一端連接數字地，C 13的另一端還和二極管D15的輸入端相連接，D15的輸出端V26 是第四電路單元的第二個輸出端，其輸出的是高電平的時間截獲尖脈沖，其和第十六電路 單元中U26的同相輸入端相連接;第五電路單元的接法是，電壓跟隨器山的輸出端乂:和電阻 Rl8的一端相連接，電阻Rl8的另一端和Ul2的同相輸入端相連接，電阻Rl9的另一端和Ul2的反 相輸入端相連接，Ul2的輸出端和電阻R29的一端相連接，R29的另一端和R3Q的一端相連接，R30 的另一端連接模擬地，電容C4和R3Q并聯，R29的另一端還和U2Q的兩個輸入端相連接，二極管D7 的輸入端和U 2Q的兩個輸入端相連接，其輸出端連接+5v電源，二極管D8的輸出端連接D7的輸 入端，D 8的輸入端連接數字地，U2Q的輸出端V2Q是第五電路單元的第一個輸出端，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，被連接到U40中的6腳，另一路 連接到U21的兩個輸入端;U21的輸出端和電容Cl2的一端相連接，Cl2的另一端和電阻R39的一 端相連接，R39的另一端連接數字地，c 12的另一端還和二極管Dw的輸入端相連接，Dw的輸出 端V26是第五電路單元的第二個輸