CN102096061A - 一种用于电子式互感器的量程自适应校验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子式互感器的量程自适应校验装置，属于测量设备技术领域。本装置包括用于接收被校验电子式互感器的第一电压信号的第一信号处理器，用于接收标准互感器的第二电压信号的第二信号处理器，用于对第一电压信号和第二电压信号分别进行模数转换的数据采集卡，用于对数字信号进行处理的中央处理器，用于显示来自中央处理器处理结果的显示器。本发明校验装置使输入信号的电压始终处于采集卡的最佳工作点，从而使对电子式互感器的测量更加精确。

Description

一种用于电子式互感器的量程自适应校验装置

技术领域

本发明涉及一种用于电子式互感器的量程自适应校验装置，属于测量设备技术领域。

背景技术

伴随着全球经济的持续快速发展，全球对电能的需求量越来越大，与此同时也对供电的质量提出了更高的要求，如可靠、安全、经济、高效、环境友好等。为应对日益提高的电能要求，智能电网的概念应运而生。电子式互感器作为智能电网最重要的组成部分之一，与智能电网一样，处在兴起与发展的最佳时期，应用范围与应用量都在不断增大。互感器性能技术指标的优劣，直接影响着电力***的生产、安全和经济效益，也是电能计量准确的先决条件。发电厂、电业局的发供电量的考核和核算，电力***提高自身管理水平以适应市场变化等工作，都受互感器准确度等性能的影响。电子式互感器与传统互感器相比输出地为弱电信号，校验方式与传统互感器也有较大的差异，随着越来越多的电子式互感器的出现，如何更准确的校验电子式互感器成为了一个急需解决的问题。

目前的电子式互感器的校验仪，都是直接对信号进行取样，然后对数据进行处理。当互感器输出信号较小时，由于受外界信号的干扰、采集卡本身的误差等影响，校验仪对互感器准确度的测量有很大的误差，这也就直接影响了用户对互感器真实性能的判断，从而影响电力***或用电单位的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提出一种量程自适应的电子式互感器校验装置，改变已有校验装置的结构，以减少因切换而带来的测量误差，提高电子式互感器校验装置的测量精度。

本发明提出的用于电子式互感器的量程自适应校验装置，包括：

第一信号处理器，用于接收被校验电子式互感器的第一电压信号，并对第一电压信号进行放大后发送至数据采集卡，所述的第一信号处理器与数据采集卡相连；

第二信号处理器，用于接收标准互感器的第二电压信号，并对第二电压信号进行放大后发送至数据采集卡，所述的第二信号处理器与数据采集卡相连；

数据采集卡，用于对第一电压信号和第二电压信号分别进行模数转换，得到的两路数字信号，将两路数字信号发送至中央处理器，接收中央处理器发送的量程切换控制信号，并向第一信号处理器和第二信号处理器发送量程切换信号，所述的数据采集卡与中央处理器相连；

中央处理器，用于接收来自数据采集卡的两路数字信号，对两路数字信号进行快速傅里叶变换，得到第一基波有效值和第二基波有效值，通过公式：(第一基波有效值-第二基波有效值)÷第二基波有效值×100％，得到第一基波有效值和第二基波有效值的比差，并发送至显示器显示；对两路数字信号进行全波有效值计算，得到第一全波有效值和第二全波有效值，并发送至显示器显示，同时将第一基波有效值与设定的采集卡量程进行比较，根据比较结果得量程切换控制信号，将量程控制切换信号通过采集卡分别发送至第一信号处理器和第二信号处理器；对两路数字信号进行谐波计算，得到两路数字信号之间的相位差，并发送至显示器显示；所述的中央处理器与显示器相连；

显示器，用于显示来自中央处理器的两路数字信号之间的相位差、两路数字信号之间的比差、第一全波有效值和第二全波有效值以及第一基波有效值和第二基波有效值。

上述校验装置中，所述的第一信号处理器和第二信号处理器分别包括：

选择器，用于根据上述中央处理器的量程控制切换信号，将接收的相应量程的电压信号发送至导通电阻，导通电阻与选择器相连；

导通电阻，用于导通选择器与运算放大器，导通电阻通过负反馈电阻与运算放大器的输出端相连；

运算放大器，用于对来自选择器的电压信号进行放大，得到放大的电压信号，运算放大器的反向输入端与导通电阻相连，运算放大器的正向输入端通过补偿电阻接地。

本发明提出的量程自适应的电子式互感器校验装置，利用放大倍数可选的反相比例运算放大电路对信号进行相应的处理后，信号输入采集卡进行A/D转换与数据采集，采集卡将采集的数据输送到中央处理器，中央处理器对数据进行分析与计算，中央处理器将计算结果发送到显示器显示。中央处理器可以根据电子式互感器输出信号与数据采集卡物理量程的电压比，发送量程控制切换信号，使输入信号的电压始终处于采集卡的最佳工作点，从而达到对电子式互感器进行更加精确测量的目的。

附图说明

图1是本发明提出的电子式互感器校验装置的结构框图。

图2是本发明校验仪装置中信号处理器原理框图。

具体实施方式

本发明提出的一种量程自适应的电子式互感器校验装置，其结构框图如图1所示，包括：

第一信号处理器，用于接收被校验电子式互感器的第一电压信号，并对第一电压信号进行放大后发送至数据采集卡，所述的第一信号处理器与数据采集卡相连；

第二信号处理器，用于接收标准互感器的第二电压信号，并对第二电压信号进行放大后发送至数据采集卡，所述的第二信号处理器与数据采集卡相连；

数据采集卡，用于对第一电压信号和第二电压信号分别进行模数转换，得到的两路数字信号，将两路数字信号发送至中央处理器，接收中央处理器发送的量程切换控制信号，并向第一信号处理器和第二信号处理器发送量程切换信号，所述的数据采集卡与中央处理器相连；

中央处理器，用于接收来自数据采集卡的两路数字信号，对两路数字信号进行快速傅里叶变换，得到第一基波有效值和第二基波有效值，通过公式：(第一基波有效值-第二基波有效值)÷第二基波有效值×100％，得到第一基波有效值和第二基波有效值的比差，并发送至显示器显示；对两路数字信号进行全波有效值计算，得到第一全波有效值和第二全波有效值，并发送至显示器显示，同时将第一基波有效值与设定的采集卡量程进行比较，根据比较结果得量程切换控制信号，将量程控制切换信号通过采集卡分别发送至第一信号处理器和第二信号处理器；对两路数字信号进行谐波计算，得到两路数字信号之间的相位差，并发送至显示器显示；所述的中央处理器与显示器相连；

显示器，用于显示来自中央处理器的两路数字信号之间的相位差、两路数字信号之间的比差、第一全波有效值和第二全波有效值以及第一基波有效值和第二基波有效值。

上述校验装置中，信号处理器的原理框图如图2所示，包括选择器，导通电阻R1-Rn、运算放大器A、负反馈电阻Rf和补偿电阻Rd。选择器与导通电阻相连，导通电阻与运算放大器的反相输入端相连，负反馈电阻的两端分别于运算放大器的反相输入端和输出端相连，运算放大器的正向输入端通过补偿电阻接地。

本发明校验装置中，信号处理器对电压信号进行放大，放大后的信号输入到数据采集卡，数据采集卡对两路信号时进行模数转换并和采样，采样后的两路数字信号传送到中央处理器，中央处理器对两路数字信号进行快速傅里叶变换，得到第一基波有效值和第二基波有效值，通过公式：(第一基波有效值-第二基波有效值)÷第二基波有效值×100％，得到第一基波有效值和第二基波有效值的比差；对两路数字信号进行谐波计算，得到两路数字信号之间的相位差；对两路数字信号进行全波有效值计算，得到第一全波有效值和第二全波有效值，同时将第一基波有效值与设定的采集卡量程进行比较，根据比较结果得到量程切换控制信号，将量程控制切换信号通过采集卡分别发送至第一信号处理器和第二信号处理器。

信号处理器中的选择器接收到量程切换控制信号后，将导选择电阻R1-Rn中只有一个与互感器信号导通，如与互感器导通的电阻为Rm，则信号处理器对信号的放大倍数为补偿电阻阻值与该导通电阻阻值的比-Rf/Rm，R1-Rn多路电阻阻值各不相同，当多路选择器改变被导通的电阻时，-Rf/Rm的值随之变化，从而达到改变量程，使输入采集卡信号的电压值始终处于采集卡最佳工作点，多路电阻与运算放大器相连。

本发明装置中，采集卡为多路模拟输入、输出，多路数字I/O、具有高精度、高采样率、内外两种时钟触发模式等优点，可通过软件来控制数字信号的输出，从而达到控制量程切换的目的。

本发明验证装置的一个实施例中，数据采集卡采用NI公司的6013采集卡，中央处理器为AMD Athlon，显示器为明基T705

本发明装置中所用的第一信号处理器和第二信号处理器中的选择器，可以使用深圳光辉电子公司的CD4051，导通电阻阻值分别为5KΩ、20KΩ、50KΩ、80KΩ、100KΩ、120KΩ，反馈电阻阻值100KΩ，补偿电阻阻值100KΩ，运算放大器可采用ADI公司的AD720。

Claims (2)

1.一种用于电子式互感器的量程自适应校验装置，其特征在于该装置包括：

第一信号处理器，用于接收被校验电子式互感器的第一电压信号，并对第一电压信号进行放大后发送至数据采集卡，所述的第一信号处理器与数据采集卡相连；

第二信号处理器，用于接收标准互感器的第二电压信号，并对第二电压信号进行放大后发送至数据采集卡，所述的第二信号处理器与数据采集卡相连；

数据采集卡，用于对第一电压信号和第二电压信号分别进行模数转换，得到的两路数字信号，将两路数字信号发送至中央处理器，接收中央处理器发送的量程切换控制信号，并向第一信号处理器和第二信号处理器发送量程切换信号，所述的数据采集卡与中央处理器相连；

中央处理器，用于接收来自数据采集卡的两路数字信号，对两路数字信号进行快速傅里叶变换，得到第一基波有效值和第二基波有效值，通过公式：(第一基波有效值-第二基波有效值)÷第二基波有效值×100％，得到第一基波有效值和第二基波有效值的比差，并发送至显示器显示；对两路数字信号进行全波有效值计算，得到第一全波有效值和第二全波有效值，并发送至显示器显示，同时将第一基波有效值与设定的采集卡量程进行比较，根据比较结果得量程切换控制信号，将量程控制切换信号通过采集卡分别发送至第一信号处理器和第二信号处理器；对两路数字信号进行谐波计算，得到两路数字信号之间的相位差，并发送至显示器显示；所述的中央处理器与显示器相连；

显示器，用于显示来自中央处理器的两路数字信号之间的相位差、两路数字信号之间的比差、第一全波有效值和第二全波有效值以及第一基波有效值和第二基波有效值。

2.如权利要求1所述的校验装置，其特征在于其中所述的第一信号处理器和第二信号处理器分别包括：

选择器，用于根据上述中央处理器的量程控制切换信号，将接收的相应量程的电压信号发送至导通电阻，导通电阻与选择器相连；

导通电阻，用于导通选择器与运算放大器，导通电阻通过负反馈电阻与运算放大器的输出端相连；

运算放大器，用于对来自选择器的电压信号进行放大，得到放大的电压信号，运算放大器的反向输入端与导通电阻相连，运算放大器的正向输入端通过补偿电阻接地。

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