電子式電能表校驗接口電路設(shè)計與制作

高麗娟

【摘 要】電子式電能表的電能輸出脈沖是一個必要的計量參數(shù)。由于對電能輸出脈沖沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和明確規(guī)定，存在著許多電子式電能表不能進(jìn)行檢定和校驗的問題。本文介紹了一種以555集成電路為基礎(chǔ)的寬適應(yīng)范圍接口電路，可以調(diào)節(jié)這些電能輸出脈沖的占空比和幅度，解決電子式電能表的校驗問題，這種接口電路體積小、重量輕、攜帶方便。

【關(guān)鍵詞】電子式電能表 標(biāo)準(zhǔn)電能表 555集成電路 占空比

1 引言

電能表是對電能進(jìn)行計量的儀表，它測量的數(shù)據(jù)是進(jìn)行計量收費和了解能源消耗量的基本依據(jù)。按照國家規(guī)程JJG596-2012的規(guī)定，電能表要按一定周期進(jìn)行檢定或校驗，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和規(guī)范。本文設(shè)計了一種寬適應(yīng)范圍接口電路。它可以將這些電子式電能表的輸出脈沖進(jìn)行變換，在保證脈沖數(shù)量一致的前提上，通過調(diào)節(jié)電子式電能表輸出脈沖的幅度和占空比，從而和我們的使用的標(biāo)準(zhǔn)電能表相配備，保證對這些電子式電能表檢定和校驗的進(jìn)行。

2 標(biāo)準(zhǔn)表法檢定電子式電能表

2.1 電能表校驗原理

具體對電能表校驗流程是：在一個特定時間段內(nèi)，被校驗電能表接收從標(biāo)準(zhǔn)電能表的功率源發(fā)出一定功率的電能，并將這些電能轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的電脈沖信號輸出，再通過專用接口電路輸入到標(biāo)準(zhǔn)電能表。

2.2電子式電能表誤差計算

應(yīng)用JJG596-2012的定時比較法：在特定的一段時間t（s）內(nèi)，分別記下標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表累計的電能值，用式（1）計算被檢電能表的相對誤差Υ（%）。

從中可以看出，校驗過程就是通過對被檢表的輸出電能脈沖進(jìn)行計數(shù)。這種校驗方法下，為了保證對輸出電能脈沖進(jìn)行準(zhǔn)確計數(shù)，對輸入到接口電路的電脈沖信號有一定要求：不僅要求有一定幅度，而且對脈沖持續(xù)時間，占空比也有一定要求。否則標(biāo)準(zhǔn)電能表（源）接收不到被檢電能表的電脈沖信號，檢定校驗無法進(jìn)行。一般被校電能表發(fā)出的是方波信號，占空比為50%左右，但是也有許多被校電能表發(fā)出的脈沖信號不是方波，占空比甚至為95%或以上。脈沖信號占空比很大，低電平持續(xù)時間短，標(biāo)準(zhǔn)裝置不能接收這種信號，故不能對這種電能表進(jìn)行校驗。

3 關(guān)于電能輸出脈沖的規(guī)程和存在的問題

關(guān)于電能表校驗裝置標(biāo)準(zhǔn)電能表的規(guī)定中，也沒有對輸入脈沖信號的接收范圍，脈沖的波形進(jìn)行具體的規(guī)范，這就很可能造成電能表校驗裝置不能識別電能表輸出脈沖信號。因此，有很多國內(nèi)外電能表廠家和電能表校驗裝置廠家都只是關(guān)注自己產(chǎn)品，沒解決這兩者之間的接口的適應(yīng)性問題。比如在我們使用的PRS200.3標(biāo)準(zhǔn)電能表，通過試驗觀察得知，標(biāo)準(zhǔn)電能表只能識別占空比為50%左右的脈沖信號，對占空比過大或過小的脈沖信號則不能進(jìn)行的有效識別。

4 接口電路的設(shè)計與制作

4.1關(guān)于接口電路設(shè)計問題

接口電路的設(shè)計，要解決的關(guān)鍵問題如下：

將電能表輸出的脈沖信號通過某種電路進(jìn)行變換，使變換后的脈沖信號占空比可以調(diào)節(jié)，同時變換后的信號頻率嚴(yán)格對應(yīng)電能表輸出的脈沖頻率。

電能表生產(chǎn)廠家眾多，輸出脈沖占空比范圍也寬，這個電路要有一定的適應(yīng)性。

許多電能表校驗必須在現(xiàn)場進(jìn)行校驗，這就要求這種接口電路使用方便，自帶電源，輕便。

幅值可變功能。

電路保護(hù)功能。

根據(jù)以上問題，利用555集成集成電路設(shè)計了一款脈沖調(diào)節(jié)電路。

4.2 555集成電路工作原理

555集成電路內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖

三個電阻R1、R2及R3都是5kΩ。A比較器的負(fù)端輸入為2VDD/3，B比較器的正端輸入為1VDD/3。外部輸入電壓和這兩個基準(zhǔn)電壓的大小決定這兩個比較器輸出。當(dāng)6腳TH大于2VDD/3時，A比較器輸出高電平1，送給RS觸發(fā)器置0信號，Q=0， =1，放電管D導(dǎo)通，OUT輸出腳3為0，當(dāng)2腳 的電壓低于1VDD/3時，B比較器的輸出為1，送給RS觸發(fā)器置1信號，Q=1， =0，放電管D截止，OUT輸出腳3為1。當(dāng)TH小于2VDD/3或 的電壓高于1VDD/3時，比較器A和B輸出均為0，輸出狀態(tài)保持不變。

4.3 接口電路設(shè)計

利用555集成電路這種特性，設(shè)計接口電路如。這個電路TRI平時接高電平，在TRI輸入低電平或負(fù)脈沖后，開始工作。從圖1中分析，A比較器輸出為1，B比較器輸出為0，觸發(fā)器置0，輸出OUT為0，放電管D（7）導(dǎo)通，TH（6）為0，但是輸出OUT仍然為0，并且保持穩(wěn)定。

當(dāng)輸入TRI為低電平0時，B比較器輸出為1，觸發(fā)器置1，輸出OUT變?yōu)?，放電管（D7）截止，電源VCC通過電阻R1對電容C1充電，THR電壓逐漸升高，當(dāng)大于2VCC/3時，A比較器置1，由于輸入脈沖低電平持續(xù)時間很短，B 比較器也為1，輸出OUT為0。這樣就將輸入低電平持續(xù)時間，轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的R1，C1充電時間。根據(jù)電路分析，充放電時間：

根據(jù)上式，理想情況下：這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾微秒到數(shù)分鐘，可以通過調(diào)節(jié)R1和C1大小來調(diào)節(jié)脈沖寬度，精度可以達(dá)到0.1%。而且脈沖寬度只與R1、C1時間常數(shù)有關(guān)，與電源電壓的無關(guān)。只要參數(shù)設(shè)置合適，脈沖轉(zhuǎn)換電路的輸入脈沖和輸出脈沖數(shù)目可以保證一致，確保了電能表計量的準(zhǔn)確性。而且從圖中看出明顯改變了輸出波形的占空比。這就從根本上解決了被檢電能表不能正常檢校的問題。

從圖2中看，穩(wěn)壓管D1，D2起保護(hù)作用，可以有效防止現(xiàn)場高電壓，或接線錯誤對555集成電路的損壞，三級管Q1不僅可以有效隔離后面電路的影響，而且可以增大接口電路的輸出負(fù)載能力。

5結(jié)語

根據(jù)以上原理，制作的接口電路，實際應(yīng)用效果良好。對于不同占空比的脈沖信號，可以通過調(diào)節(jié)滑動電阻R1來調(diào)節(jié)對應(yīng)的脈沖寬度，達(dá)到適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)校驗裝置的目的。此電路消耗功率很小，可以使用一節(jié)9V電池供電，體積小，攜帶方便。在現(xiàn)場使用中效果很好，適應(yīng)性強(qiáng)。在電子電能表校驗中，使用脈沖法進(jìn)行校驗時，利用這種接口電路可以有效增大電能表校驗標(biāo)準(zhǔn)裝置對電能表發(fā)出的脈沖識別能力，擴(kuò)大了電子電能表檢校的范圍，解決了電子式電能表按照常規(guī)不能計量檢定的問題。

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